saiar curs

8/6/2019 Saiar Curs

1/173

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE INGINERIE IN ELECTROMECANICA, MEDIU SI

INFORMATICA INDUSTRIALA

CATEDRA DE MASINI ELECTRICE SI INGINERIA MEDIULUI

SURSE DE API INGINERIAAPELOR REZIDUALE

(INGINERIA APELOR)

-Note de curs-

s.l. dr. ing. Gabriela Dana PETROPOL SERB

2010

8/6/2019 Saiar Curs

2/173

Surse de api ingineria apelor reziduale (Ingineria apelor) Note de curs.

Gabriela Dana Petropol Serb

[2010]

CUPRINS

I. SURSE DE AP

1. Surse de ap. Generaliti. 1

1.1. Apa sursnatural 1

1.2.Dinamica apelor. 5

1.2.1. Msurarea vitezei apei rurilor 5

1.2.2. Determinarea debitului de ap 9

1.2.3. Studiu de caz: Determinarea debitului unui ru prin metoda

chimic

11

1.3. Circuitul hidrologic 13

1.3.1. Definiia i componentele circuitului hidrologic 13

1. 3. 2. Ecuaiile bilantului hidrologic 15

2. Economia apelor 16

2.1. Apa resursnaturalsau economic? 16

2.2. Apa resurseconomic 18

2.3. Cantitatea i calitatea apei necesarpentru diverse folosine 20

2.3.1. Normele consumului de ap 20

2.3.2. Normele consumului de ap pentru alimentarea cu ap a

centrelor populate

20

3. Apa i proprietile ei generale 25

3.1. Structura moleculara apei 25

8/6/2019 Saiar Curs

3/173



[2010]

3.2. Proprietile fizice ale apei 27

3.3. Proprietile organoleptice ale apei 34

3.4. Proprietile chimice ale apei 34

3.5. Coninutul apei n natur 40

4 Poluarea apelor

A. Poluarea apelor de suprafa42

4.1. Definiie. Surse de poluare 42

4.2. Tipologia polurii apelor 43

4.3 Autoepurarea apelor de suprafa 49

4.4. Managementul apelor de suprafa 51

4.4.1 Msuri de protecie i refacere a calitii apelor de suprafa 51

4.4.2 Monitorizarea calitii apelor de suprafa 51

4.4.3. Sisteme Informatice de Supraveghere a Mediului 52

4.5. Aplicaii de curs 60

A.1. Determinarea coninutului de nitrii, nitrai i amoniu al

probelor de ap

60

A.2. Determinarea coninutului de fosfai al probelor de ap 62

A.3. Determinarea coninutului de fier al probelor de ap 64

B. Poluarea apelor subterane 654.6. Generaliti 65

4.7. Tipologia polurii apelor subterane 65

4.8. Surse de poluare a apelor subterane 69

4.9. Dezvoltarea legisliei UE referitoare la apele subterane 71

4.10. Modelarea polurii apelor subterane 75

4.10.1. Dispersia poluantilor. 76

4.10.2. Relaiile apei subterane cu matricea mineral 78

4.10.3. Relaiile apei subterane cu fluidele nemiscibile 78

8/6/2019 Saiar Curs

4/173



[2010]

II. INGINERIA APELOR REZIDUALE5. Controlul substanelor poluante din ape 81

5.1. Metodele spectrale de analiz 81

5.2. Metodele electrochimice 85

5.3. Metodele cromatografice 86

6. Elemente de mecanica fluidelor 90

6.1 Noiuni de statica fluidelor 90

6.2. Noiuni de dinamica fluidelor 97

7. Proiectarea proceselor de tratare a apelor reziduale industriale 100

7.1. Probleme privind proiectarea proceselor de tratare a apelor

industriale

100

7.1.1. Studiul de prefezabilitate 1007.1.2. Studiul de fezabilitate 100

7.2. Scheme clasice de epurare a apelor reziduale industriale 101

7.2.1. Aplicaie de curs 103

7.3. Alegerea schemei de epurare a apelor reziduale industriale. Calculul

gradului de epurare necesar

105

7.3.1. Calculul gradului de epurare necesar din punct de vedere al

suspensiilor pentru dimensionarea staiilor de epurare

105

7.3.2. Calculul gradului de epurare necesar din punct de vedere alCBO5 pentru dimensionarea staiilor de epurare

108

7.3.3 Calculul gradului de epurare necesar din punct de vedere al O2 109

8 Procese unitare de tratare fizico chimic a apelor reziduale industriale 112

8.1.Egalizarea apelor reziduale, uniformizarea debitelori a compoziiei

apelor industriale112

8.2. Procese unitare fizice de tratare a apelor reziduale industriale 114

8.2.1. Separarea gravitaional 114

8.2.1.1 Clasificarea suspensiilor sedimentabile 114

8.2.1.2. Calculul vitezei de sedimentare 115

8.2.1.3. Viteza de sedimentare n suspensii concentrate 118

8.2.1.4. Determinarea vitezei de sedimentare a particulelor 120

8/6/2019 Saiar Curs

5/173



[2010]

8.3. Separarea particulelor prin decantare 120

8.4. Echipamente folosite la separarea particulelor grosiere 126

9. Flotaia 131

10 Procese chimice 137

11 Filtrarea prin membrane 14511.1.Membrane i procese de membran 145

11.2. Procesele de membrani fora motrice necesar 148

12 Osmoza. Aspecte teoretice si practice 150

12.1. Osmoza fenomen termodinamic 150

12.2. Osmoza procedeu tehnologic 155

12.2.1. Osmoza invers 155

12.2.2. Echipamentele cu proces de osmozinvers 156

12.2.3. Configuraia membranelor 157

12.2.4. Schema de principiu a unei instalaii de potabilizare a apei

de mare pe baza osmozei inverse

158

12.3. Firme specializate n producerea i comecializarea echipamentelor

pe bazde osmozinvers

159

13 Epurarea biologic 16413.1. Generaliti 164

13.2. Procese de transformare bacterian 165

13. 3. Etapele epurrii biologice 166

13.4. Bazine de epurare biologic 168

8/6/2019 Saiar Curs

6/173



1

[2010]

I. SURSE DE AP

1. Surse de ap. Generaliti.

1.1. Apa sursnaturalCe este mai natural dect o cdere de ap pe pietre, dect un lac linitit ntr-o

depresiune sau dect un ru captiv ntre malurile lunecoase printre care curge? Cu toateacestea, planeta noastr este singura din Sistemul Solar, pe care apa se gsete n starelichid.

Ce poate fi mai uor, astzi, dect a deschide un robinet? Ce este mai normal dect sfoloseti apa pentru a-i satisface nevoile zilnice? Totui, exploatat frmsuri pruden,apa este din ce n ce mai poluati producerea apei potabile este tot mai complexicostisitoare.

Apa, element hrnitor, component esenial a vieuitoarelor, considerat de anticiorigine a tuturor lucrurilor, a aprut pe Terra acum 4 miliarde de ani i o dat cu ea, ncet,ncet s-au dezvoltat i primele vieuitoare. De atunci, cantitatea de ap de pe planet nu s-aschimbat, n schimb, cantitatea de biomas mondial a crescut, fiind nsoit de o cerere deap din ce n ce mai mare. Concepiile au evoluat, dar nimeni nu poate contesta rolul deosebital substanei pe care Leonardo da Vinci o numea seva vieii pe pmnt.

Cutarea surselor de ap de-a lungul timpului a mobilizat multiple energii.Civilizaiile s-au nscut pe cursurile marilor fluvii, considerate reele naturale de distribuie.Construciile din valea Nilului pe de o parte, i a Tigrului i Eufratului pe de alt parte, audemonstrat c civilizaiile egiptene i mesopotamiene au experimentat de timpuriu hidrologia,ndreptndu-se spre irigaii. n 2500 . H.C., cretanii au pus la punct primele sisteme deaduciune a apei n locuine. n 700 d. H.C., regele asirian Sennachrib a construit la Nivive

un palat deservit de ap de munte adus printr-un canal de 100 km de piatr etanat cugudron. n perioada elenistic (IV-II . H.C.), grecii au inventat sistemul sifonului invers....Etimologic vorbind, termenul surs de ap provine din franuzescul source deau

care nseamna loc, parte, zona, punct de plecare a apei transportate de un ru.Pornind de la definiia din dicionar a conceptului de surs loc unde se produce, unde

se poate gsi sau de unde se propagceva, putem privi sursele de ap ca fiind un conceptinterdisciplinari interactiv pe care specialitii din diferite domenii de activitate ale tiinei l

pun n eviden prin instrumentele specifice ariei lor de aciune. Prezena noiunii de resursnatural n sisteme conceptuale ale diferitelor tiine, care studiaz natura, tehnica sausocialul, relev necesitatea abordrii coninutului ei, n sensul stabilirii unor coordonatecomune, concomitent cu reliefarea elementelor specifice ale unui anumit domeniu dereferin.

Problematica identificrii surselor de ap n Univers i pe Terra constituie opreocupare permanenta n cercetare.

Existapn Univers?Cercetrile recente au demonstrat, prin metoda spectroscopiei, prezena necontestat a

apei n univers, att n form gazoas (vapori), ct i n form solid (ghea) [2].Apa molecular apare n norii circumstelari i interstelari i este un constituent

important al cozii unor comete (de exempluHalley).De peste zece ani, cercettorii au elaborat teorii conform crora se gsesc cantiti

mici de ap npetele solare [3]. Cu siguran cantitile de ap sunt foarte reduse i geneza

8/6/2019 Saiar Curs

7/173



2

[2010]

lor se explic prin diferene de temperatur suficientre pe anumite poriuni, pentru ca atomiide hidrogen i oxigen s se poat asocia. Viaa acesteia este foarte scurt deoarece, o dat cucreterea temperaturii, apa dispare. Numai stelele pitice roii i brune pstreaz vaporii deap astfel formai, unde sunt ntrunite cerinele speciale pentru existena moleculei de ap(presiune ridicat, temperatur relativ joasi radiaie ultraviolet redus).

Mercura avut ap adus poate de comete, dar temperatura sa sczut a eliminat-o. PeVenus, procentul ridicat de deuteriu atmosferic i temperatura potrivit formrii a permisafirmarea existenei, n trecut, a apei. O dat cu nclzirea la 470C, aceasta nu a mai pututexista. Se presupune c peLunse poate s fi existat ap, ncercndu-se gsirea acestor urme

pe fundul craterelor polare. Planeta Marte are, n calotele polare, mari cantiti de ap, iarrelieful tipic pentru foste albii de ru indic existena unei perioade cu ap lichid. Sateliiimarilor planete de la periferia sistemului solar au i ei ap (solid), Mirinda (satelit al luiUranus) fiind constituit aproape exclusiv din ghea. Astfel, gsirea apei pe alte planete, care

prea cndva un mit, este astzi obiect de cercetare febril.[2]

Telescopul Canada-Frana-Hawaii (situat pe muntele Mauna Kea, Hawaii) a permis studiul multorfenomene astrofizice, inclusiv studiul de vapori de ap de pe Venus si Marte. (Foto CFHT, Hawaii).

Spectrometrul cu infrarou NIMS, mbarcat la bordul sondei Galileo,a permis studiul rspndirii vaporilor de ap pe Jupiter. Acestinstrument colecta lumina graie unui mic telescop i o repartiza n

funcie de lungimea de und, ceea ce i permitea s analizezecompoziia chimica a suprafeelor i a atmosferei planetare.(ClichNASA/JPL)

n figura de mai jos este ilustrat spectrul infrarou de pe Saturn observat cu satelitul ISO icomparat cu un spectru de calcul. Calculul permite evidenierea prezenei liniilor de absorbiea moleculei de ap (H2O), precum i a celorlalte molecule prezente n cantiti mici natmosfera Saturnian ca: PH3, NH3, CH3D , GeH4 ou AsH3.

8/6/2019 Saiar Curs

8/173



3

[2010]

Spectrul infrarou de pe Saturn observat cu satelitul ISOOrigineai repartiia apei pe TerraGraie vulcanilori distanei fa de Soare, Terra este singura planet care deine ap

sub form lichid.De unde vine apa terestr?Originea apei terestre este destul de controversat. Se susine c ea exist de la

nceputul formrii Pmntului dar nu n form lichidi nici ca vapori n atmosfer, ci legatn roci. Ea a fost eliberat treptat ca vapori de rocile fierbini mpreun cu bioxid de carbon,formnd a doua atmosfer (cea iniial, de heliu i hidrogen, de la formarea pmntului, se

persupune c ar fi fost rapid "mturat" de vntul solar). Cnd rcirea scoarei a progresatdestul, apa s-a condensat, au aprut ploile i s-au format mrile, iar aportul de ap dinadncimi a continuat prin emanaiile vulcanilor.

Cum este repartizatapa terestr?Apa de pe planeta noastr reprezint un nveli al Terrei, numit hidrosfer care e n

strns relaie i interdependen cu alte "nveliuri":atmosfera (nveliul gazos), litosfera(nveliul solid, al rocii de la suprafaa continentelor sau fundul oceanelor), sau biosfera

(nveliul viu).Hidrosfera e format din trei mari compartimente: apmeteoric(apa din atmosfer), apde suprafa(apa de la suprafaa pmntului) apa de sub suprafaa pmntului (numitapsubteran).

Apele de suprafa cuprind mrile i oceanele, lacurile i blile (toate fiind apestttoare) i apele de iroirei rurile (cu diversele lor denumiri n funcie de dimensiune -

pru, ru,fluviu...), care sunt ape curgtoare. O categorie distinct de ape de suprafa suntcele n stare solid. Mari suprafee de pe pmnt sunt acoperite sezonier sau permanent de

zpad saughea. Gheaa acoper temporar suprafaa multor ruri i lacuri i mri n zonede coast, dari n mod permanent suprafee din munii nali (gheari alpini) sau din zone

polare, formnd gheari continentali (de exemplu calota de ghea antarctic sau

groenlandian) sau banchize la suprafaa mrilor polare (banchiza arctic, cele din jurulcontinentului antarctic) din care se desprind aisberguri ce se topesc lent i uneori sunt duse nderiv de curenii marini pn n zone calde.

Fig. 1.1 Repartiia apelor de suprafa: 1- ruri 2%; 2- mlatini 11%, 3 lacuri 87% [5]

Din multitudinea de ape naturale, omul a intervenit asupra unora care le denumimmodificate antropic (de obicei ruri care au fost regularizate) i chiar a creat el ape stttoaresau curgtoare artificiale, cum sunt lacurile numite curent de acumulare sau respectivcanalele.

Se face i o distincie important n funcie de coninutul de sruri dizolvate n ap:mrile i oceanele precum i unele lacuri sunt ape srate, iar rurile i majoritatea lacurilor auapdulce.

8/6/2019 Saiar Curs

9/173



4

[2010]

Din suprafaa planetei noastre (510 milioane km), Oceanul planetar ocup 361milioane km, ceea ce reprezint 70,8%, iar uscatul, doar 149 milioane km, adic 29.2%. PeTerra exista ap dulce, ap srat, ape termale i ape minerale i alte forme de ape. Pmntulnu duce lips de ap, 2/3 din suprafaa sa fiind acoperite de ap, dar numai puin din aceastap este potabil.

Volumul global al acestor resurse este estimat la 1454 milioane km, din care volumuloceanelori mrilor este de 1362 km (97%). Apelor continentale (ruri, fluvii, lacuri, ghearietc.), singurele surse de ap potabil, le revin din cantitatea de ap a globului doar 37800 miikm (3%) figura 2.

Fig. 1.2. Apa pe Terra: 1 apa oceanic 97%; 2 - apa dulce 3%.[5]

Fig.1.3. Repartiia apei dulci: 1 calote glaciare 68,7%; 2 pnz freatic 30,1%; 3- alteforme de ap 0.9%; 4 - ape de suprafa 0.3%. [5]

Apa subteran poate fi i ea ap dulce sau ap srat. Dup adncime distingem apefreatice i ape de profunzime. Ele se afl de regul n dinamic, n legtur cu apele desuprafa, dar sunt i unele bine izolate de milenii pe care le numim ape fosile. Apelesubterane exploatabile de ctre om se numesc acvifere. Omul a nceput i el s influenezeapele subterane naturale tot mai mult i chiar s creeze acvifere artificiale.

n sol existi ap n form solid. n zone temperate apa nghea iarna pn la oadncime de la civa centimetri la civa metri, dar n munii nali i mai ales n zonelearctice i antarctice, pmntul e ngheat continuu de milenii pe adncimi ce pot ajunge la

sute de metri, acea ap numindu-sepermafrost. Uneori n vara arctic respectiv austral setopete un strat subire al suprafa, dar n profunzime apa rmne n stare solid.Sintez:Unitile geografice ale hidrosferei, respectiv sistemele teritoriale n care este

organizat apa sunt:oceanele (Pacific, Atlantic, Indian i Arctic) mrile: sunt ntinderi de ap oceanic mai mici sau mai puin adnci dect

oceanele.Ele se clasific dup raporturile lor cu oceanele i continentele n mri mrginae(comunic larg cu oceanul, fiind un fel de golfuri ale acestora), continentale (nconjurate de

8/6/2019 Saiar Curs

10/173



5

[2010]

uscat, comunicnd cu oceanul sau cu o alt mare, prin strmtori), mediterane (situate ntre 2-3continente i/sau ghirlande insulare: Mediterana, ana, Mediterana Asiatic, MediteranaAmericani OceanulArctic).

apele curgtoare: rurile i fluviile. Sunt organisme care colecteaz apelesuperficiale continentale. Rurile i fluviile au un regim de curgere permanent, deoarece sealimenteaz nu numai din ploi ci i din ape subterane.

lacurile: reprezint mase de ap care stagneaz n excavaiuni ale continentului.Dimensiunile lor sunt variabile: adncimea ncepe de la civa metri i pn la 1620 m ct areLacul Baikal, iar 1620 m ct are Lacul Baikal, iar suprafaa de la foarte mic la 3737..000km000 km2, ct are Marea Caspic.

apele subterane gheariiRepartiia apei dulci pe glob, n funcie de indicatorul de stres este ilustrat n figura

de mai jos.

1.2.Dinamica apelor.

1.2.1. Msurarea vitezei apei rurilorStudiul surselor de ap, fcut din perspectiva tiinelor inginereti (respectiv al

hidrologiei), permite abordri cantitative i ofer posibilitatea soluionrii numeroaselor

aspecte de ordin practic, legate de valorificarea resurselor de ap, de protecia lor, dediminuarea riscurilor hidrologice, etc. Un element important n acest sens, l constituie studiuldinamicii apelor.

Dinamicaapei este reflectat de distribuia vitezelor pe plan vertical i orizontal, deevoluia curenilor de suprafa i de adncime, de variaia debitelor lichide i solide, dedistribuia regimului termic n masa de ap etc.. Ea este rezultatul aciunii unui ansamblu defore i factori care acioneaz asupra apei:

- fora gravitaionalcare determin micarea apelor din ruri, dinspre altitudinile maimari spre cele mai mici,

8/6/2019 Saiar Curs

11/173



6

[2010]

- fora lui Coriolis care determin abaterea direciei de curgere a apei din ruri spredreapta n emisfera nordici spre stnga n emisfera sudic, acionnd perpendicularasupra acesteia,

- fora centrifugcare face ca oglinda apei, n partea concav a malului, s se ridice la oanumit nlime crend o nclinare spre malul convex, n timp ce malul concav esteafectat de eroziune i mai abrupt. Aceasta for se manifest n zona meandrelor.Factorii care influeneaz dinamica apei rurilor sunt: cantitatea de ap care se scurge,

limea i adncimile albiei, panta acesteia, rugozitatea patului .a.Sub aciunea forelor menionate, apa rurilor poate realiza dou tipuri de micri:

- laminar - cnd liniile de curent se deplaseaz paralel n ntreaga mas de ap, subforma unor lamele care n timpul scurgerii nu se amestec unele cu altele,

- turbulent - care se caracterizeaz prin deplasarea dezordonat a particulelor de ap,care se amestec continuu, modificndu-se direcia vectorilor de vitezi tinznd sse realizeze o uniformizare a temperaturii de la suprafa pn la adncimea maxim aapei.Trecerea de la micarea laminar la cea turbulent se face prin depirea unei viteze

critice, determinat experimental i care variaz ntre 0,017 cm/s i 0,33 cm/s, n funcie deadncimea apei.Hodograful vitezeloreste reprezentarea grafic n epur a repartizrii vectorilor de

vitez pe vertical. Mrimea acestora este diferit, n funcie de adncimile apei, de pantatalvegului (firul vii) i de prezena sau absena unor obstacole de pe patul albiei (praguri,

bancuri nisipoase submerse, rugoziti, bolovani etc).Construcia hodografului:

- se construiete sistemul de axe rectangulare, n care, pe vertical se reprezintadncimea apei i pe orizontal se reprezint valorile vitezei n punctele de msurarea vitezei, adic la suprafa, la 0,2 din adncimea rului - h (0,2h), la 0,6 h, la 0,8 h ila fundul apei.

- se reprezint valoarea vectorilor de vitez (v1, v2 ... vn), la o scar stabilit pe axa

orizontal a graficului, n dreptul fiecrui punct unde s-au fcut msurtori.- prin unirea extremitilor vectorilor de vitez se obine curba vitezelor pe verticalcare configureaz epura sau hodograful vitezelor.

Izotahele sau liniile de egal vitez sunt reprezentrile care dau o imagine generaldespre repartiia vitezelor n seciunea activ a rului.

Construcia izotahelor:- se reprezint profilul seciunii active a rului,- se reprezint epurele vitezelor, corespunztoare fiecrei verticale de msurare,- se nscriu n profilul seciunii active hodografele de la fiecare vertical de adncime,- se unesc punctele cu aceeai vitez a apei, obinute prin interpolarea vitezelor

msurate la diferite adncimi pe verticale.Viteza curentului de ap se determin cu dispozitive diferite, precum: flotorii care pot

fi de suprafa sau integratori, pr jina hidrometric, tubul hidrometric, bastonul lui Jens,morica hidrometric, etc..

Morica hidrometriceste dispozitivul cel mai larg rspndit pentru msurarea vitezeicurentului de ap. Ea permite determinarea cu destul precizie a vitezei punctuale a apei ladiferite adncimi.

Morica hidrometric este alctuit din trei pri principale: elicea (rotorul), corpul iaripa (coad sau ampenajul) (fig. 1.4). Poate dispune i de unele accesorii: dispozitiv de

sonorizare (optic sau sonor), cablu electric, tijgradatpentru introducerea moritii n apla adncimile dorite, cronometru, baterie electric.a. n cazul rurilor cu adncimi i debite

8/6/2019 Saiar Curs

12/173



7

[2010]

mari, pentru lansarea moritii se folosete un troliu, iar pentru meninerea ei vertical seutilizeaz un lest(numitsond sau bomb) a crui greutate este cuprins ntre 10 i 100 kg(n funcie de adncimea i viteza apei).

Fig. 1.4. Morica hidrometric: 1- elice; 2- cabluri electrice captor; 3- tij lansare (prjin); 4-aripa (coad); 5- corp

Funcionarea moritii hidrometrice: Sub aciunea curentului de ap elicea se rotete n jurul unui ax. La un anumit numr de rotaii ale elicei se realizeaz un contact electric care

genereaz un semnal acustic (sonerie) sau luminos (aprinderea unui bec). Se determin numrul de rotaii (n) pe care elicea acionat de curentul de ap le

efectueaz ntr-o unitate de timp:

t

iNn

=

unde:N = numrul de rotaii ale paletei la care se produce un impuls sonor sau luminos (acesta este,de regul, 20);i = numrul impulsurilor nregistrate;t = timpul de nregistrare a impulsurilor (n secunde). n mod normal, el trebuie s fie deaproximativ 120 secunde.

Viteza apei ntr-un anumit punct se obine cuformula moritii, care este de tipul:

v = vo + k n,n care: vo= viteza minim necesar curentului de ap pentru a roti elicea; k= constant; n =numrului de rotaii pe secund ale elicei.

Fiecare moric hidrometric dispune de o formul proprie care exprim legturadintre viteza de rotire a paletei i viteza apei. Formula moritii se stabilete la construcia ei

prin operaia de tararesauetalonare.Moritile pot nregistra viteze ale apei ntre 0,05 i 4 m/s. Moritile hidrometrice

electronice au principiul de funcionare asemntor cu al celor mecanice avnd ns,dispozitive electronice de contorizare a rotaiilor.

M surarea vitezei apei cu morica hidrometric are drept scop calcularea debituluilichid al unui ru prin metoda seciune - vitez.

Pentru determinarea vitezei curentului de ap cu ajutorul moritii hidrometrice se

parcurg urmtoarele etape:- se alege amplasamentul msurrii care este de preferat a fi o sectiune dreapt,perpendicular pe direcia de curgere, cu o geometrie simpl.

- nlimea apei, minim necesar n seciunea de msurare, trebuie s respecte criteriilede alegere a moritii. Morica trebuie folosit n gama de viteze pentru care a fost etalonat,iar utilizatorul trebuie s cunoasc ecuaia de etalonare, viteza de pornire i viteza maxim deutilizare a acesteia.

- se stabilete numrul verticalelor fixe n funcie de limea rului. Spaiul dintreverticale este fixat astfel nct diferena vitezelor ntre 2 verticale suprapuse s nu depeasc

8/6/2019 Saiar Curs

13/173



8

[2010]

20%. De exemplu, pentru o deschidere a seciunii de 2 m sunt necesare 5 verticale devitez.[3]

- pe fiecare vertical se msoar viteza n unul sau mai multe puncte, la adncimistandard stabilite n funcie de adncimea apei (h), de diametrul elicei, de existenaformaiunilor de nghe.

Observaie: n cazul utilizrii moritii normale (cu diametrul paletei de 12-14 cm), nalbii libere, punctele standard de msurare sunt urmtoarele:

- pentru h < 0,15 m, nu se efectueaz msurtoarea;- pentru 0,15 m< h

8/6/2019 Saiar Curs

14/173



9

[2010]

Prelucrarea datelor se face numeric folosind soft-uri specializate (exempluLOG_aFlow) al cror raionament urmrete paii cunoscui ai modelrii (figura 1.7).

Determinarea vitezelor punctuale ale apei, la diferite adncimi ale verticalelor devitez stau, de asemenea, la baza calculrii vitezelor medii ale apei n verticalele de vitez,care servesc la obinerea debitului de ap prin metoda seciune-vitez.

Fig. 1.7. Prelucrarea numeric a datelor experimentale

Metoda analitic este cea mai utilizat n activitatea hidrometric i const naplicarea de formule standard n funcie de numrul punctelor de msurare a vitezei, deci deadncimea apei, astfel:

la adncimi de 15-20 cm, cnd viteza se determina ntr-un singur punct (la 0,6h),

viteza medie a verticalei se consider egala cu cea punctual:Vm=V0,6h la adncimi de 21-40 cm, cnd sunt dou puncte de msurare (suprafa i fund),

viteza medie a verticalei este media aritmetic a vitezelor punctuale:Vm=(Vs+Vf)/2 la adncimi de 41-80 cm, cnd se msoar vitezele n trei puncte (0,2h;0,6h; 0,8h),

viteza medie se obine cu ajutorul relaiei:Vm = (V0,2h + 2V0,6h + V0,8h)/4; la adncimi de peste 81 cm, situaie n care exist cinci viteze punctuale

(suprafa; 0,2h; 0,6h; 0,8h; fund), viteza medie a verticalei se ob ine aplicndformula:

Vm = (Vs + 3V0,2h + 3V0,6h + 2V0,8h + Vf)/10.

1.2.2. Determinarea debitului de apDebitul de ap este o mrime fizic ce reprezint cantitatea de ap care strbate

seciunea activ a unui ru, canal sau a unei conducte n unitatea de timp. Se noteaz simboliccu litera Q i are ca uniti de msur m3/s sau l/s.

a. Debitul de apal unui ru

Determinarea debitelor lichide ale rurilor se poate realiza prin metode indirecte saudirecte, n funcie de precizia dorit, de caracteristicile scurgerii, de mijloacele tehnice .a.Msurarea debitului de ap al unui ru se efectueaz la posturile hidrometrice, conform

programelor stabilite. Numrul msurtorilor este n funcie de fazele caracteristice aleregimului hidrologic, de mobilitatea albiei, de prezena fenomenelor de iarni a vegetaiei,

putnd oscila, n medie ntre 25 i 75 pe an. Metodele indirecte presupun determinarea, mai nti a unor elemente hidraulice i de

dinamic (suprafaa seciunii, raza hidraulic, viteza apei, panta oglinzii apei etc.), urmat deintroducerea lor n formule.

8/6/2019 Saiar Curs

15/173



10

[2010]

Dintre metodele indirecte, cea mai utilizat este metoda seciune-vitez, bazat perelaia care exist ntre debitul de ap (Q), suprafaa seciunii () i viteza medie a apei nseciune (Vm):

Q = VmSuprafaa seciunii se determin prin nsumarea ariilor figurilor geometrice delimitate

de verticalele de sondaj, iar viteza medie se determin prin metodele studiate anterior. ncazul n care viteza medie n seciune este obinut prin metode hidraulice, formula de calculal debitului n seciunea respectiv este de forma:

.2/13/2

n

IRRICVQ m

===

unde: Q = debitul de ap [m3/s]; = suprafaa seciunii [m2]; Vm = viteza medie a apei nseciune [m/s]; C - coeficient de debit; R = raza hidraulic [m]; I = panta oglinzii apei[m/km]. Metodele directe permit determinarea debitului cu ajutorul unor dispozitive iinstalaii speciale, n funcie de care se disting: metoda volumetric, metoda chimic, metodadeversorilor hidrometrici.

Metoda volumicde determinare a debitului se aplic la lichide i gaze i presupunedeterminarea debitului ca sum a volumelor elementare de fluid, constante n intervalul detimp n care se face determinarea.

PPrrincipiul acestei metode este aplicat contorului volumetric pentru lichide (figura 1.8) instrument prevzut cu una sau mai multe camere de volum cunoscut, a cror umplere igolire succesiv este transmis unui index integrator. Pe cadranul acestuia, se citete numrulde camere golite, deci debitul.

Figura 1.8. Contorul volumetricMetoda gravimetric de determinare a debitului se aplic la lichide i gaze. Debitul

este produsul dintre volumul i densitatea fluidului trecut prin contor ntr-un interval de timp.Mrimile caracteristice sunt volumul i densitatea.

Contorul de mas (fig.1.9) se folosete pentru msurarea debitelor de api este uninstrument prevzut cu camere de volume cunoscute, care se dezechilibreaz prin umplere,antrennd un sistem de prghii cu ajutorul crora se transmite numrul de umpleri alecamerelor la sistemul indicator. Numrul de umpleri este transformat n cantitatea de lichidscurs printr-un sistem de integrare.

Figura 1.9. Contorul de mas

8/6/2019 Saiar Curs

16/173



11

[2010]

Metoda injeciei sau a diluiei se aplic la lichide i gaze i const n introducereaunor soluii identificabile n fluid, urmat de determinarea n aval a concentraiei desubstan, tiind c diluia este proporional cu debitul. La aceast metod se folosesc:-trasori neradioactivi ;-trasori radioactivi.

Metoda chimic prezint dezavantajul c trebuie utilizate instalaii voluminoase icantiti mari de soluie concentrat.

b). Msurarea debitului n canalePentru canalele deschise, msurarea debitelor se face amenajnd pe curs deversoare,

praguri i canale de msurare. Toate acestea, se ntlnesc pe cursurile amenajate hidrotehnic.Deversorii pot avea diferite forme geometrice. Ei se aeaz perpendicular pe direcia

de curgere a prului, iar debitul de ap se va calcula n raport de grosimea stratului de ap(sarcina) ce trece peste pragul deversorului. Frecvent, pentru msurarea debitelor de pecanale, praie sau rigole de irigaii se folosesc deversorii hidrometrici portativi. Acetia suntconfecionai din tabl metalic nu prea grea, pentru a fi manevrat cu uurin.

n afar de deversorii portativi, pentru unele rigole sau praie care ar constituiobiective hidrologice de interes local, particular sau social se pot construi deversori cu praglarg. Acetia pot avea pragul neinundat sau l pot avea inundat.

n figura 1.10 sunt prezentate diverse tipuri de deversoare : a-deversor simplu ; b-deversor dreptunghiular ; c-deversor triunghiular ; d-deversor parabolic ; e-deversortrapezoidal ; f-deversor circular, f-deversor proporional.

a. b. c. d.

e f g

Figura 1.10. Tipuri de deversoare.

Fiecare deversor, n funcie de tipul su, are o formul de calcul al debitului n care un

parametru important l reprezint grosimea stratului de ap (sarcina) care traverseaz pragul(grosime notat cu H). Aceasta se determin cu ajutorul unei mire, iar n lipsa ei, cu o rigl.Exist ns i tabele care n raport de forma deversorului i de sarcina H, indic debitul nm3/s sau l/s.

1.2.3. Studiu de caz: Determinarea debitului unui ru prin metoda chimicn hidrologie, aceast metod se utilizeaz n condiii naturale neadecvate pentru

msurtori prin alte metode (n regiunile muntoase, greu accesibile i la ruri ce au o

8/6/2019 Saiar Curs

17/173



12

[2010]

rugozitate a patului foarte accentuat (praguri, bolovniuri etc.), adncimi reduse, pantemari, viteze ridicate i scurgere turbulent).

Soluii necesare: soluii solubile cu concentraie mare de clorur de sodiu, sulfat demagneziu, bicarbonat de sodiu etc. sau soluii colorante (fluorescein, rodamin).

Pentru efectuarea msurtorilor, soluia chimic se pregtete aproape de apa rului,ntr-un recipient cu capacitate mare (butoi). Injectarea soluiei n ru poate fi efectuat ndou moduri : cu debit constant i instantaneu. Metoda de injectare cu debit constant- recipientul de lansare a soluiei este prevzut cu un robinet ce poate regla o valoare

dorit, constant, a debitului soluiei.- n aval de punctul lansrii n ap a soluiei trasoare (de NaCl, de exemplu) se iau

probe de ap crora li se determin concentraia.- durata de lansare a soluiei este de 10-20 minute,- probele de analiz se colecteaz n profilul din aval la fiecare dou minute: cte trei

probe de 0,5 1 de la suprafaa apei, una din mijlocul albiei minore i cte una de laambele maluri.

- pentru calculul debitului prin aceast metod vom nota cu : q = debitul soluiei, n l/s ;K1 = concentraia soluiei lansat n ap, n g/l ; Q = debitul rului n l/s ; K0= gradulde mineralizare natural al apei (g/l) ; K2= concentraia soluiei n proba colectat (g/l).Dac se consider c debitul soluiei la locul de lansare este egal cu debitul solu iei lalocul de colectare a probelor, atunci se obine urmtoarea egalitate :

QKo + qK1 = (Q + q) K2Prin urmare, debitul de ap va fi :

.KKKK

qQ02

21

=

Metoda injectrii instantanee (prin integrare) const n lansarea ntr-un punct alrului, a unei soluii trasoare, de volum (V) i concentraie (C1) cunoscute. Dup un traseusuficient de lung pentru ca soluia s se amestece bine cu apa rului, sunt prelevate eantioane

pe parcursul ntregii durate de trecere a norului soluiei. Prelevrile sunt efectuate n maimulte puncte ale seciunii transversale a rului, astfel nct s se poat stabili o valoare mediea concentraie apei (C2), care este n funcie de timpul de deplasare i de punctul de recoltare.

Valoarea medie exact a lui C2 se obine prin integrarea n funcie de timp aconcentraiilor apei determinate n diferite momente i locuri ale profilului de msurare,expresia debitului fiind:

8/6/2019 Saiar Curs

18/173



13

[2010]

2

1

0

2 )(CT

CV

dttC

MQ

T

==

unde: M este masa trasorului injectat, V, C1 volumul, concentraia soluiei injectate,

2C concentraia medie obinut prin integrarea concentraiilor de eantionare prelevate lamomentele de timp t, T durata de prelevare.

Un caz particular al metodei diluiei prin injectare instantanee este acela n care seutilizeaz soluie de NaCl, a crei detectare se realizeaz cu ajutorul sondeiconductivimetrice. O mas cunoscut de sare (NaCl) se dilueaz ntr-un volum de ap din rui se lanseaz instantaneu n cursul de ap. La o distan suficient de lung pentru a seamesteca bine soluia cu apa din ru se amplaseaz sonda conductivimetric. Aceastamsoar conductivitatea electric a apei pe parcursul trecerii norului de sare. Cunoscndu-se relaia de dependen direct dintre conductivitatea apei i concentraia n sruri, serealizeaz curba evoluiei concentraiei n funcie de timp, care prin integrare conduce lavaloarea debitului (integrarea se realizeaz automat de ctre dispozitivul computerizat ataat

sondei conductivimetrice).c).Determinarea curbei nivel debitCurba nivel-debitilustreaz grafic legtura dintre nivelul (H) i debitul apei (Q) ntr-o

seciune: Q =f(H). Ea se traseaz ntr-un sistem de axe rectangulare n care pe abscis sereprezint debitul de ap (Q, n [m3/s]), iar pe ordonat, nivelul (H, n [cm]). Pentru alegereascrilor se recomand ca dreapta care unete punctele extreme s formeze cu axa absciselorunghiuri de cca. 45-60.

Prin corelarea valorilor debitelor msurate cu cele ale nivelurilor corespunztoare lor,se nscriu pe grafic mai multe puncte. Curba nivel-debit se poate ob ine prin interpolareanumeric a acestor puncte.

Pentru o evaluare ct mai corect a debitului de ap se mai construiesc curbele =f(H) i Vm = f(H) ( = suprafaa seciunii de scurgere, n [m

2], iar V = viteza medie a apei, n

[m/s]). Cu ajutorul lor poate fi verificat curba Q = f(H), efectundu-se pentru fiecare 10 cmde pe scara nivelurilor, produsul x Vm, care trebuie s dea valoarea pentru Q identic (saun limitele de 5%) cu cea indicat, pentru nivelul respectiv, de curba = f(H).

1.3.Circuitul hidrologic

1.3.1. Definiia i componentele circuitului hidrologicCircuitul hidrologic este un concept ce nglobeaz fenomele de micare i renoire a

apei pe Terra. Aceast definiie implic faptul c mecanismele care regizeaz circuitulhidrologic nu apar singure, unele dup altele, dar sunt i concomitente. Circuitul hidrologicnu are astfel nici nceput, nici sfrit.

Prin definiie, circuitul hidrlogic al apei reprezint succesiunea de faze prin care apatrece din atmosfer pe Terra i se rentoarce apoi n atmosfer.

Circuitul apei nu are un punct clar de plecare, dar putem ncepe cu oceanele. Soarele,care este "motorul" circuitului apei, nclzete apa oceanelor, care se evapor ajungnd n aersub form de vapori. Curenii de aer ascendeni transport vaporii n atmosfer, undetemperaturile mai sczute determin condensarea vaporilor sub forma de nori.

Curenii de aer deplaseaz norii pe glob. Particulele de nori se ciocnesc, cresc ndimensiuni i cad sub forma de precipitaii. O parte a precipitaiilor cade sub form de zpadi se poate acumula n calote glaciare i gheari. Zpada aflat n zone cu o clim mai blndse topete cnd vine primvara, iar apa rezultat se scurge pe suprafaa solului.

8/6/2019 Saiar Curs

19/173



14

[2010]

Cea mai mare parte a precipitaiilor cade napoi n oceane sau pe sol, unde, datoritgravitaiei se scurge n continuare, pe suprafaa solului ca scurgere de suprafa. O parte dinaceast scurgere de suprafa intra n albia rurilor, curentul de ap deplasndu-se ctreoceane. Scurgerea de suprafa i exfiltraiile din apa subteran, se acumuleaz ca ap nlacuri i ruri.

Nu toat apa provenit din scurgerile de suprafa ajunge n ruri. O mare parte aacesteia se infitreaz n sol, o alt parte din aceast ap rmne n apropierea suprafeeisolului i se poate infiltra napoi n apa de suprafa (ruri, mri i ocean) sub forma descurgere de ap subteran (descarcare n acvifer).

O parte din apa subterana gsete fisuri n suprafaa pmntului i iese la suprafasub form de izvoare cu apa dulce.

Apa din acviferul freatic (apa subteran de adncime mic) este asimilat derdcinile plantelori se ntoarce napoi n atmosfer prin evapotranspiraia de pe suprafaafrunzelor.

O alt parte a apei infiltrate n pmnt ajunge la adncimi mai mari i remprospteazacviferele de adncime (zona subteran saturat), care inmagazineaz cantiti imense de ap

dulce pe perioade ndelungate. Totui, n timp, aceast ap se deplaseaz, o parte urmnd sreintre n ocean, unde circuitul apei "se termin". i "rencepe".n funcie de scara spaial la nivelul creia se analizeaz, circuitul apei n natur

poate avea caracter local sau universal (figura 1.11).Circuitul universal al apei n natur este procesul de transfer al apei de pe ocean pe

uscat i apoi iar n ocean.Circuitul local al apei poate fi oceanic sau continental. Definim circuitul local oceanic

al apei ca fiind procesul de transfer al apei de la suprafaa oceanului n atmosfer si apoinapoi n oceanul planetar. Circuitul local planetar este procesul de transfer al apei de lasuprafata pamntului n atmosferi apoi, napoi pe suprafaa terestr.

Bilanul hidrologic reprezint diferena dintre aporturile i pierderile de ap de pe unteritoriu considerat.

Componentele bilanului hidrologic la nivel planetar sunt:- cantitatea medie anual de ap evaporat de pe suprafaa Oceanului Planetar EO;- cantitatea medie anual de ap evaporat de pe suprafaa continental, EC;- cantitatea medie anual de precipitaii czute pe suprafaa Oceanului Planetar, XO;- cantitatea medie anual de precipitaii czute pe suprafaa continentala, XC;- cantitatea medie anual de apa scurs n ocean, Y.

8/6/2019 Saiar Curs

20/173



15

[2010]

Figura 1.11. Circuitul universal al apei pe glob: I circuitul local continental; II circuitullocal oceanic

1. 3. 2. Ecuaiile bilantului hidrologicCircuitele locale i cel universal al apei se pot scrie sub forma unor ecuaii simple

numite ecuaiile bilantului hidrologic.a. Ecuaia bilanului hidrologic al Oceanului Planetar:

333OO km36800km412200km449000YXE +=+=

b. Ecuaia bilanului hidrologic al Suprafeei Continentale333

CCkm36800km98800km62000YXE ==

c. Ecuaia bilanului hidrologic universal:Se obine prin totalizarea celor dou ecuaii i este constant:

COCO XXEE +=+ 333333 km511000km511000km98800km412200km62000km449000 =+=+

8/6/2019 Saiar Curs

21/173



16

[2010]

2. Economia apelor

2.1. Apa resursnaturalsau economic?

Cum s-a precizat n capitolul anterior, dei este una din cele mai abundente resursenaturale, apa are o distribuie inegal pe suprafaa planetei i calitatea ei nu este aceeai pestetot.Problema disponibilitii i accesului la ap este una din problemele majore cu care vaavea de-a face omenirea n secolul urmtor.

Astzi se estimeaz c, de fapt, unul din cinci locuitori ai planetei, nu are acces la apn suficientmsuri unul din trei la o ap de calitate. n acest context, poate fi util de aaminti c m sura cantitativ i calitativ a elementelor ciclului hidrologic, precum im sura altor caracteristici ale mediului care influeneaz apa, constituie o baz esenial

pentru gestionarea eficace a apei (Declaraia de la Dublin, 1992). De fapt, ntelegerea ianaliza circuitului apei este la baza tuturor studiilor asupra gestiunii apelor.

Pentru a nelege coninutul i semnificaia noiunii de resurs de ap, aceast sursnatural-bilogic trebuie analizat n legtur indisolubil cu resursele hidrice.

Resursa hidric se prezint ca o resurs natural primar, ce constituie patrimoniulcomun al omenirii, administrat de ri suverane, n calitatea acesteia de bun liber. Resursa deap natural primar se identific cu coninutul noiunii de resurs hidric numai n condiiilen care se manifest ca un bun liber, atunci cnd resursa de ap poate fi utilizat pentrusatisfacerea direct a unor nevoi sociale prin consumul resursei hidrice.

Altfel spus, resursa hidricsau resursa naturalde ap este un rezultat al proceselornaturale hidrologice i reprezint cantitatea i variaia n timp a volumelor poteniale de apale bazinelor hidrologice aflate pe Terra fiind considerat un dar al naturii, un bun liber nforma fizic ce poate satisface anumite nevoi sociale dar care nu are o expresie valoric.

De exemplu, apa de izvor, care dispune de proprieti ce o fac apt pentru consum, icare nu a necesitat intervenia omului pentru amenajare, constituie un bun liber i seidentific cu coninutul noiunii de resurs hidric.

De obicei, apa natural (de izvor, de ploaie etc.) nu este niciodat pur, n compoziiasa se afl dizolvate diverse substane chimice. De aceea, pentru a imprima unor resursehidrice proprieti care s le fac apte pentru satisfacerea unor necesiti economice i sociale,omul a intervenit asupra acestora, modificndu-le antropic, prin lucrri de regularizare acursurilor de ap, prin sisteme de acumulri de ape i canale de distribuie, amenajri pentrutratament, odihn, agrement, practicarea jocurilor nautice etc., i care au necesitat nsemnateeforturi sociale. Din acest moment, resursa hidric primar prelevat devine un bun eco-economic derivat apreciat printr-un anumit pre, bun economic definit prin termenul deresursde ap.

Din momentul n care resursa hidric este captat n diferite amenajri naturale sauartificiale, care necesit eforturi economice, aceasta devine resurs de ap, un bun eco-economic derivat, exprimat att sub aspect fizic, ct i valoric.

Resursa de apreprezint modificarea antropic a resursei hidrice i transformarea eintr-o resurs eco-economic cu ajutorul proiectelor inginereti i/sau a realizrii de lucrri iinstalaii hidrotehnice, pentru asigurarea cerinelor de ap ntr-un anumit spaiu geografic sau

bazin hidrologic.Resursa apreprezint cantitatea resursei hidrice care a fost modificat sau gestionat

pentru a deveni resurs eco-economic care, n funcie de destinaia ei economico-socialmbrac fie forma de bun economic, cnd satisface anumite necesiti personale sau colective,

8/6/2019 Saiar Curs

22/173



17

[2010]

fie de factor de producie, cnd este utilizat n procesele de producie specifice diferitelorramuri i subramuri ale economiei naionale, participnd la crearea de noi bunuri economice.

Prin natura lor, potenialul hidric i resursa de ap (bruti prelucrat) se ncadreazn:

- Categoria resurselor regenerabile, constituind factori biologici de mediu pentruviaa economico-social. Cu toate c este o resurs natural-biologic regenerabil, apa estelimitat n ceea ce privete volumul anual disponibil, manifestnd tendina de scdere nunele bazine hidrografice sau imposibilitatea utilizrii ei n caz de poluare accentuat, dac sedepesc limitele de toleran specific fiecrui ecosistem n care este prezent.

Limitele de utilizare a resurselor de ap apari din alte cauze, cum ar fi: transportul resurselor de ap la distan se desfoar n condiiile

manifestrii unor dificulti de natur tehnico-economic, fapt pentru care ele suntprivite ca o resurs regenerabil, ce nu dispune de un sistem naional interconectat alacestora;

resursele de ap disponibile sunt puternic influenate, sub aspect cantitativ icalitativ, de activitile antropice, fie datorit prelevrii apropiate de limita de

suportabilitate sau peste aceast limit n diferite bazine hidrografice, fie prin poluarealor accentuat.- Categoria resurselor parial refolosibile. Apa, ca orice resurs de natur biologic,

prin folosirea ei succesiv se degradeaz treptat, ceea ce necesit eforturi materiale ifinanciare pentru asigurarea disponibilitilor de ap privite sub aspect cantitativ, dar mai alescalitativi, pe aceast baz, s-i continue circuitul ei natural i economic.

- Categoria resurselor deficitare. n raport cu cererea de consum n continu cretere,dari de exigena calitativ a solicitanilor, resursele hidrice i apa sunt, de regul, deficitare.Dar, indiferent de categoria n care se ncadreaz, resursa ap, ca orice resurs natural sau

bun economic, n raport cu creterea populaiei i a nevoilor are un caracter limitat, restrictiv.Semnificaia deosebit, complexitatea resursei de ap au determinat conturarea a

dou activiti distincte, dar legate ntre ele. Una de natur practici se refer la activitatea

de administrare, gestionare i gospodrire raional, ntr-o concepie unitar i de largperspectiv a resurselor de ap ale rii, cu implicaii majore n dezvoltarea economico-social denumit gospodrirea resurselor de ap ce se constituie ca un subsistem aleconomiei naionale; alta, reprezint conturarea unei tiine distincte privind studiul apei sub

multitudinea aspectelor acesteia, denumithidrologie*.

Obiectul activitii de gospodrire a resurselor de ap l constituie resursa de apprivit prin multitudinea aspectelor sale cantitative, calitative i structurale; subiectul,participanii direci i indireci la realizarea actelor de gospodrire raional a obiectului;scopul, concretizat n asigurarea durabilitii resurselor de ap, n condiiile afirmriicriteriului economic i ecologic; metoda, exprimata prin arsenalul de mijloace tehnice iinstrumente de natur economic i extraeconomic prin care se realizeaz gospodrireaeficient a resursei ap.

Hidrologia constituie un complex de studiu, o tiin de grani, care se afl laintersecia tiinelor naturale cu cele inginereti, economice, matematice, sociale etc.Hidrologia ca tiina poate fi ncadrat, n principal n sistemul tiinelor naturii, subgrupageotiinelor, cu toate c hidrologia aplicat aparine altor sisteme de tiin fizic, geologie,chimie, biologie, mecanica fluidelor,matematic, statistic etc.

8/6/2019 Saiar Curs

23/173



18

[2010]

2.2. Apa resurs economic

Conceptul economia apelor reprezint ramura economiei unei ri care are ca obiecttotalitatea msurilor necesare pentru folosirea raional a resurselor de ap. Apariia idezvoltarea acestui concept a fost impus de caracteristicile acestei resurse:- distribuie neuniform n spaiu i timp a resurselor hidrice;- posibilitile relativ limitate pentru transportul apei din zone unde aceasta este n exces nzone deficitare;- caracterul limitat al resurselor hidrice;- influena cantitativi calitativ a activitii antropice asupra regimului de curgere al apei nruri i fluvii;- reutilizarea apei att n lungul unui curs de ap, ct i n cadrul aceleiai folosine.

n raport cu diferitele utilizri / folosine ale apei, se structureazi diferitele ramuriale economiei apelor.

1.Alimentrile cu api canalizarea centrelor populate i a zonelor industrialeApa potabil i industrial necesar consumatorilor, denumit i ap de consum, se

obine att din apele subterane (straturi freatice,straturi de mare adncime sau izvoare) ct idin apele de suprafa curgtoare sau stttoare. Consumatorii de ap au o mare varietate denevoi, adecvat domeniilor diferite ale vieii sociale.

Alimentarea cu ap a centrelor populate se poate face n sistem centralizat, n mediulurban sau n sistem individualizat n mediile rurale.

Industria are nevoie de importante cantiti de ap n procesele de fabricaie, de rciresau nclzire a agregatelor. Mari consumatoare de ap sunt: industria carbonifer,metalurgic, industria chimic, industria celulozei i hrtiei. Cantiti mari de ap seutilizeaz pentru rcirea centralelor termice i atomoelectrice.

Fig.2.1. Alimentrile cu api canalizarea centrelor populate i a zonelor industriale:folosinele apei, tratarea i controlul acesteia naintea deversrii n efluent

8/6/2019 Saiar Curs

24/173



19

[2010]

Conform SR 1343-1:2006 schema general a unui sistem de alimentare cu apcentralizat este prezentat n figura 2.2.

Fig. 2.2. Schema generala a sistemului de alimentare cu ap a unei localiti:C captare (construciile i lucrrile prin care se preleveaz controlat apa dintr-o sursnatural); SP

i staii de pompare (asigur condiiile hidrodinamice pentru transportul apei

ntre obiectele schemei n cazurile n care acesta nu se poate asigura gravita ional); ST staie de tratare (uzin de ap) (asigur corectarea calitii apei sursei pn la calitatea cerutde utilizator); R construcii de nmagazinare (nmagazineaz apa pentru: asigurarea apei n

perioada avariilor sistemului n amonte de R, volumul rezervei intangibile de combatere aincendiului; asigur compensarea cantitilor de ap ntre alimentare Ri consumul din R); A

aduciune (asigur transportul apei de la captare la rezervoare); RD reea de distribuie(transport apa de la rezervoare la branamentul fiecrui consumator n cantitatea i la

calitatea cerute de utilizatori) sistem de msur continu a volumelor de ap, astfel ncts se poat controla permanent balana cantitilor de ap n sistem.

2. Transporturile fluviale i maritime pentru oameni i mrfuriTransportul pe ap, ca unul din cele mai vechi sisteme de transport, a aprut i s-a

dezvoltat vertiginos datorit avantajelor pe care le are n raport cu celelalte categorii detransport: canale naturale de transport, posibilitate de comunicare cu toate continentele, preredus, etc.. Transporturile pe ap i-au consolidat locul pe care-l ocup n ansamblulsistemului unitar al transporturilor datorit avantajelor economice i imposibilitii nlocuiriilor n relaiile de comer dintre state. Transportul pe ap este organizat pe spaiul marin,lacustru i fluvial.

3.Hidroenergetica

Hidroenergetica se ocup cu amenajarea cursurilor de ap n scopul valorificriipotenialului hidroenergetic al acestora. Fora apelor a fost utilizat din timpuri strvechi.Vechile civilizaii din China, Siria, Egipt foloseau fora apei la acionarea rotilor hidraulicefolosite la sistemele de irigaii. n sec. Al XI-lea, energia apelor a fost folosit pentru a punen micare morile de ap, joagrele, etc. Spre sfritul secolului al XIX-lea apari se dezvoltcentralele hidroelectrice. n unele zone se utilizeaz energia mareelor sau a curenilor marini

pentru obinerea energiei electrice.4.Hidroamelioraiile

8/6/2019 Saiar Curs

25/173



20

[2010]

Hidroamelioraiile au ca scop irigarea i alimentarea cu ap a terenurilori centreloragricole, precum i desecarea zonelor pe care apa este n exces.

5.Folosine diverse: piscicultur, sport , agrement, sanitare, etc. Se remarc n aceastcategorie potenialul turistic al zonelor litorale, oceanice i maritime, al unitilor lacustre,

precum i potenialul izvoarelor minerale i termale.Apa are un rol important i n procesele naturale cum ar fi: procesele geochimice,

geofizice, geomorfologice i biologice. Prezena apei determina zonele continentale i celeoceanice, prin aciunea sa apa modeleaz relieful. Pentru a-si ndeplini funciile vitale,animalele, plantele i omul au nevoie de ap.

2.3. Cantitateai calitatea apei necesar pentru diverse folosine

Sursele de ap din natur trebuie s asigure alimentarea cu ap a centrelor populate,industriale i agrozootehnice. Problema gospodririi i consumului de ap este foarteimportant: de exemplu, dac fiecare om ar consuma, n medie, 200 l zilnic, n cursul unui an,ar trebui ca nlimea pnzei de ap s scad cu 0,64 mm. Consumul de apd, de asemenea,

gradul de civilizaie al unei ri. El variaz ntre 3 litri/om/zi n zonele aride ale Africii i1054 litri/om/zi la New-York.

2.3.1. Normele consumului de apCunoaterea cantitilor de ap necesare pentru satisfacerea consumului, precum i

variaiile acestuia n perioadele de exploatare, constituie un element fundamental de caredepinde:

- alegerea soluiei tehnice privind:- sursa de alimentare cu ap;- procesul tehnologic de tratare a apei;- transportul i nmagazinarea apei;- schema de distribuie a apei la consumator.

- asigurarea i condiionarea eficienei economice n timp a investiiei, deoareceinstalaiile interioare i exterioare cu alimentare cu ap comport investiii foarte mari.Analiza superficial a cantitii i variaiei consumului de perspectiv poate duce la

necesitatea unor lucrri ulterioare costisitoare, prezentnd riscul de a nu se ncadra func ionaln sistemul de alimentare cu ap proiectat iniial. Aceste considerente au dus la normareacantitii de ap necesar pentru satisfacerea diferitelor consumuri (STAS 1478 si 1343).

Pentru determinarea cantitii de ap necesar se utilizeaz urmtoarele noiuni:necesarul specific de ap, necesarul de ap, cerina de ap.

Necesarul de ap reprezint suma cantitilor de ap livrate loco branament tuturorbeneficiarilor/utilizatorilor.

Cerina de ap este cantitatea de ap care trebuie prelevat dintr-o surs pentrusatisfacerea necesarului (nevoilor) raional de ap ale unui beneficiar/utilizator.

Necesarul specific de ap reprezint cantitatea de ap pe o zi (valoarea medie),raportat la unitatea de folosin (consumator).

2.3.2. Normele consumului de appentru alimentarea cu apa centrelor populatePentru alimentarea cu ap a centrelor populate se efectueaz calcule tehnico-

economice, definindu-se necesarul de api consumul de ap.Standardul SR 1343-1 (Alimentri cu ap. Determinarea cantitilor de ap potabil

pentru localiti urbane i rurale) elaboreaz principiile pe baza crora s se poat determinacantitile de ap care trebuie asigurate de sistemul de alimentare cu ap potabil a unei

8/6/2019 Saiar Curs

26/173



21

[2010]

localiti, precum i debitele de dimensionare a sistemului de alimentare cu ap n regim defuncionare continu.

Conform acestui standard sistemul de alimentare cu ap reprezint ansamblu deconstrucii specifice, instalaii i msuri constructive cu ajutorul crora se asigur apa

potabil la toat sau la cea mai mare parte din populaia localitii. n ansamblul su, sistemulasigur captarea apei dintr-o surs natural, tratarea la calitatea cerut de consumatorconform prescripiilor legale n vigoare, transportul, nmagazinarea i distribuirea lautilizatori n cantitatea, de calitatea i la presiunea normal de folosire. Utilizatorii suntdefinii ca fiind consumatori fizici de ap (locuitori n case, elevi n coli, paturi de spital,funcionari n administraie, locuri de hotel, .a.) sau uniti specifice de producie pentru carese folosete apa potabil (ton pine, hl. de suc mbuteliat, ton produse lactate, etc.)..

Necesarul de ap potabil pentru localiti cuprinde total sau parial urmtoarelecategorii de ap:

a) ap pentru nevoi gospodreti: but, preparare hran, splatul corpului, splatulrufelor i vaselor, curenia locuinei, utilizarea WC-ului precum i pentru animale de pelng gospodriile proprii ale locuitorilor;

b) ap pentru nevoi publice: uniti de nvmnt de toate gradele, cree, spitale, policlinici, bi publice, cantine, cmine, hoteluri, restaurante, magazine, cofetrii, unitipentru prepararea local a buturilor rcoritoare, fntni de but ap;

c) appentru nevoi gospodreti n uniti industriale dac acestea au asigurat apapotabil din sistemul centralizat de alimentare cu ap;

d) appotabilpentru alte folosine care nu pot fi asigurate de sisteme independente.In aceast categorie intr stropitul strzilor, splatul pieelor i strzilor, stropitul spaiilorverzi, splarea/desfundarea reelei de canalizare. Pentru toate aceste folosine esterecomandabil s nu se utilizeze apa potabil din sistem i s se foloseasc surse alternative deap netratat (apa decantat din ru, apa din lacuri, apa subteran din stratul freatic);

e) appentru nevoile proprii sistemului de alimentare cu ap: prepararea soluiilor dereactivi, splarea filtrelor, splarea aduciunilor, splarea conductelor reelelor de distribuie

i splarea rezervoarelor;f) necesar de appentru acoperirea pierderilor inevitabile n sistemul de distribuiedatorate avariilori imperfeciunilor de execuie;

g) necesar de ap pentru combaterea incendiului n situaiile n care reeaua dedistribuia apei potabile asiguri cantitile de ap pentru combaterea incendiului.

Apa pentru nevoi gospodreti i nevoi publice (Ns) se determin pe baza urmtoarei

relaii:

ps nNN = (1)

unde:N - este numrul de locuitori;n

p- norma specific de ap.

S-a adoptat norma specific de ap pentru etapa actual de 310 l/om,zi pentru mediulurban i 150 l/om,zi pentru mediul rural, iar la nivelul anului 2050 conform STAS 1343/1-91norma specific de 340 l/om,zi pentru mediul urban i 200 l/om,zi pentru mediul ruralconsidernd necesitatea creterii gradului de confort al populaiei.

Numrul de locuitori pentru anul a2

se estimeaz pe baza urmtoarei relaii:

Na2= (1+r)n

Na1 (2)

unde:

8/6/2019 Saiar Curs

27/173

8/6/2019 Saiar Curs

28/173



23

[2010]

( )D

NrKNKQ rSS

+=

rN-KP (6)

n care:

r - este gradul de recirculare i reutilizare a apeiKr

- coeficient subunitar care ine seama de nevoile tehnologice ale instalaiilor derecirculare i reutilizare a apei, inclusiv de pierderile de ap ale acestor instalaii.Cerina de ap pentru nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu api

canalizare splarea aduciunii, a reelelor de distribuie, pentru staiile de tratare i epurare,evacuarea zpezii, etc., se stabilete corespunztor tehnologiilor adoptate pentru prelucrareaapei, innd seama i de lungimea reelelor.

Coeficientul Krcare ine seama de nevoile tehnologice ale instalaiilor de recirculare

i reutilizare, are urmtoarele valori:

Kr= max. 0,05 pentru debite recirculate mai mici sau egale cu 1 m

3

/s;

Kr= max. 0,03 pentru debite recirculate mai mari de 1m

3

/s.Necesarul de api cerina de appentru celelalte nevoi respectiv: nevoi igienico

sanitare, refacerea rezervei de incendiu i nevoi pentru splarea vehicolelori pentru stropireai splarea spaiilor de circulaie etc. se determin pe baza standardelor specifice. [STAS1343/1-77, STAS 1478-84, STAS 12260-84].

Cerinele de ap agricole sunt constituite din cerinele de ap pentru irigaii icerinele de ap pentru zootehnie.

Cerinele de ap pentru irigaii se determin pe baza urmtoarei relaii:

TD

NSQ iriir

=

(7)

unde:

ieste randamentul sistemului de irigaii incluznd pierderile pe canale, suprafee

inactive etc.;S - suprafaa irigat;

Nir

- norma de irigaii;DT - numrul de secunde dintr-o lun.

Norma de irigaii pe perioada de calcul se determin aplicnd ecuaia de bilan:N

ir=ETP-P-F-R

i+Rf (8)

unde:ETP este evapotranspiraia real;P - precipitaii lunare;F - aport de ap din pnza freatic;R

i- rezerva iniial de umiditate din sol la nceputul perioadei luate n considerare;

Rf- rezerva final de umiditate din sol la sfritul perioade de calcul.Aceast rezerv trebuie s fie egal cu cantitatea de ap din sol pentru care cultura

irigat are randamentul maxim. Evapotranspiraia potenial lunar se determin de regul cuformula lui Thornthwaite.

Necesarul de ap pentru unitile zootehnice cuprinde: necesarul pentru consumulbiologic al animalelor, necesarul tehnologic pentru evacuarea dejeciilor din hale, splarea idezinfectarea halelor, prepararea hranei, ntreinerea instaliilor tehnologice, necesarul pentruobiectele anexe ale halelor de cretere a animalelor.

8/6/2019 Saiar Curs

29/173



24

[2010]

Necesarul de ap specific total este n funcie de categoria de animale i de modul de

evacuare a dejeciilor i este dat n STAS 1343/3-86 (de exemplu 120 m3

/1000 animale,zi

pentru vaci cu lapte, 0,40 m3

/1000 animale,zi pentru gini, 31 m3

/1000 animale,zi pentruporci la ngrat).

La determinarea cerinelor de ap pentru zootehnie se ine seama de coeficientul depierderi de ap K

pcare variaz ntre valorile 1-1,1 n funcie de categoria de animale conform

STAS 1343/3-96.Necesarul de appentru o amenajare piscicolinclude apa pentru:

- umplere;- primenire ntreinerea mediului, asigurarea curentului;- compensarea pierderilor naturale de ap evaporaia la nivelul luciului de ap,evapotranspiraia florei acvatice i palustre, infiltraia n sol.

Necesarul de ap pentru umplere se stabilete n funcie de cerina ihtiotehnologic,innd seama de durata umplerii.

Necesarul de ap pentru primenire este de maxim 5l/s,ha, cu excepia:

- amenajrilor pentru iernat, pentru care acest necesar este de maxim 30l/s,ha;- pstrvriilor, pentru care acest necesar se ia astfel nct s asigure primenireacomplet a apei de maximum 6 ori pe zi.

Cantitatea lunar de ap pentru primenire se calculeaz inndu-se seama de variaiaanual a necesarului de ap corespunztor tehnologiei; pentru pstrvrii, necesarul pentru

primenire este constant tot timpul anului. Necesarul de ap pentru compensarea pierderilor naturale de ap se calculeaz n

funcie de:- caracteristicile climatice ale zonei i gradul de acoperire cu vegetaie aamenajrii piscicole, pentru compensarea evaporaiei i evapotranspiraiei;- natura solului, tipul i vechimea amenajrii, pentru compensarea infiltraiei nsol.

Necesarul de ap pentru pstrvrii, n funcie de sursa de alimentare este de: 1,4m

3

/s,ha din izvor, 2,5 m3

/s,ha din lac de acumulare i de 3,5m3

/s,ha din pru.Cantitatea de ap restituit din amenajrile piscicole reprezint 99% din necesarul de

ap de primenire, la care se adaug necesarul de umplere.Alimentarea cu api evacuarea apei la pstrvrii se realizeaz cu debit constant n

tot cursul anului.Cerinele de apecologicen prezent nu exist o definiie oficial unanim recunoscut a acestor cerine, respectiv

a debitului ecologic dar, etimologic vorbind, sensul care i se atribuie este cel de debit careasigur conservarea ecosistemelor acvatice.

n literatura de specialitate din Frana este denumit debit de garanie ecologic.

n anexa nr.1 la Legea apelor nr.107/1996, este definit debitul salubru ca: debitulminim necesar ntr-o seciune pe un curs de ap, pentru asigurarea condiiilor naturale devia ale ecosistemelor acvatice existente.

Debitul ecologic necesar n albia rului aval de lucrrile hidrotehnice are rolul de aasigura:

- protecia ecosistemelor acvatice i a ecosistemelor limitrofe cursului de ap;- cerintele de ap ale folosinelor situate n aval;- alimentarea apelor subterane;- asigurarea diluiei, respectiv proteciei calitii apelor.

8/6/2019 Saiar Curs

30/173



25

[2010]

3. Apa i proprietile ei generale

3.1. Structura moleculara apei

Secole de-a rndul apa a fost considerat ca fiind un element.n 1781, fizicianul englez H. Cavendish a artat c apa se formeaz prin explozia unui

amestec de hidrogen i oxigen, cu ajutorul scnteii electrice.n 1783, Lavoisier a repetat experiena, realiznd pentru prima oar sinteza cantitativ

a apei. S-a stabilit atunci c 2g de hidrogen se combin cu 16g oxigen pentru a da 18g ap.n 1805, Humboldt i Gay-Lussac au artat c apa este format din dou volume de

hidrogen i un volum de oxigen.Apa natural (fig.3.2) const din amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O,

17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: 1H, 2H, 3H (fig. 3.1).

Fig. 3.1.Izotopii hidrogenului

Fig.3.2. Molecula de ap [30]

Combinarea acestora genereaz 18 specii de molecule de ap.Apa pur este ntotdeauna un amestec de ap uoar (H2O - formul nfiinat de

italianul Stanislau Cannizzarro) i de cantiti extrem de mici de ap grea (D2O) i aphipergrea (T2O).Apa este substana aparent cea mai comuni totui ieit din comun, prin caracterele

fizico-chimice de excepie, din care deriv proprieti unice.Apa se prezint n natur sub trei forme: solid (zpada i gheaa), lichid (apa chimic

pur sau n soluie), gazoas (la diferite grade de presiune i saturaie).Schimbarea de faz a apei depinde esenial de temperaturi de presiune, dar i de

gradul de poluare a atmosferei. Figura 3.3 prezint diferitele condiii de temperatur ipresiune pentru cele trei stri de agregare ale apei, precum i transformarea de faz.

8/6/2019 Saiar Curs

31/173



26

[2010]

Figura 3.3. Diagrama de faz a apei

Tabelul 3.1. Proprietile fizice ale apei lichide

Stare deagregare

Culoare Miros Gust Pt PfDensitatea la40C

Conductibilitatea

electric

Lichid

Incolor(nstraturi

groase estealbastru)

Inodor

Insipid 00C 1000C 1g/cm3 izolator

Apa curat este transparent, inodora i nu are gust. n strat subire este incolora iar nstrat mai gros albastr.

Reeaua molecular a apei n stare solid(gheaa)prezint un numar aproape dublu delegturi de hidrogen dect a apei n stare lichid. Acest lucru este explicat de faptul ca cei doiatomi de hidrogen legai covalent de oxigen formeaz dou legturi de hidrogen cumoleculele vecine. Deoarece cele doua covalene din ap au o anumit orientare (un unghi de105), moleculele de ap sunt orientate n cristalul de ghea dupa o schema tetraedric.

Fig.3.4. Structura gheii [30]

Din cauza acestei aezri a moleculelor, cristalul de ghea are o structur afnat (cugoluri). Structura intern a gheii explic unele anomalii ale apei:

8/6/2019 Saiar Curs

32/173



27

[2010]

- densitatea gheii mai mic dect a apei lichide,- creterea volumului prin solidificarea (nghearea) apei.

Anomalia densitii apei are o mare influen asupra climei planetei i a vieiianimalelori plantelor. Cnd apa rurilor, a lacurilori a mrilor scade sub 4 grade, stratul dela suprafa, fiind mai uor ramne la suprafai nghea aici. Fiind protejate de stratul deghea, apele mai adnci nu nghea pn la fund, ci au, sub stratul de ghea, temperatura de4 grade la care via plantelori animalelor poate continua.

3.2. Proprietile fizice ale apei

Principaleleproprieti fizice ale apei sunt: temperatura, transparena, luminozitatea,turbiditatea, culoarea, densitatea, conductibilitatea electric, cldura specific,radioactivitatea .a..

Cele organoleptice (la a cror determinare se utilizeaz simurile) sunt reprezentateprin gust i miros.

a. Temperaturaeste o mrime fizic scalar prin care se apreciaz starea de nclzire

a unui sistem fizic. Valoarea sa este exprimat prin diferite scri termometrice. Puse ncontact, mai multe corpuri au, dup un timp, aceeai temperatur. Temperatura unui corp estecu att mai mare cu ct energia cinetic a particulelor sale este mai mare.

Termometria este tiina care se ocup cu metodele de determinare a temperaturiicorpurilor. Aceste metode se bazeaz fie pe variaia cu temperatura a unei mrimicaracteristice corpului respectiv (de exemplu strlucire), fie pe cea a unei mrimicaracteristice a unui alt corp aflat n contact cu primul (termometru de dilatatie, termometrucu rezisten).

Termometruleste un instrument pentru msurarea temperaturii corpurilor cu care este pus n contact, bazat pe variaia unei marimi caracteristice unei anumite substane numitcorp termometric. Dup natura variaiei exist termometre cu dilataie (cu lichid (mercur) saucu gaz (aer, hidrogen, heliu) ) i termometre cu rezisten ce conin un conductor sau

semiconductor a crui rezisten variaz cu temperatura.Temperatura apelor naturale variaz n spaiu i timp, n funcie de tipul apei (desuprafa sau subteran). Ea este influenat de regimul termic al aerului, dependent la rndulsu de latitudine i altitudine. n cazul apelor de suprafa temperatura depinde i deadncimea i dinamica lor, n timp ce la apele subterane, un rol important revine adncimii lacare acestea sunt situate. Astfel, la latitudini medii, temperatura apelor aflate la 10-30 m subnivelul terestru este relativ constant, de 8-10C.

S-a constatat c influena oscilaiilor termice ale aerului se resimte n interiorulscoarei pn la nivelul zonei neutre (izotermice), unde temperatura este constant, fiind egalcu temperatura medie a aerului din regiunea respectiv. Adncimile acestei zone suntvariabile, de la 5-6 m n regiunea ecuatorial, la 20-30 m n Europa Centrali la cca. 100 mn Siberia. Sub zona neutr temperatura crete n medie cu 1C la 33 m (treapta geotermic

normal).Apele curgtoare au temperaturi ce oscileaz ntre 0C iarna i 25-26C vara (la

latitudini medii). n cazul lacurilor, n afar de variaiile termice lunare se remarci oscilaiipe vertical, ndeosebi la cele cu adncimi mari.

Temperatura apei are o mare importan n dezvoltarea biocenozelor, fiind un factordeterminant.

b. Transparenadepinde de cantitatea i dimensiunile substanelor minerale i organice nsuspensie, de natura substratului, de prezena vegetaiei acvatice etc. Gradul de transparen esteindicat de grosimea stratului de ap (n m sau cm) prin care se pot distinge contururile unui

8/6/2019 Saiar Curs

33/173



28

[2010]

obiect. n cazul apelor superficiale, pentru determinarea transparenei se utilizeaz discul luiSecchi, iar n cel al apelor subterane, firul de platin cu diametrul de 1 mm i 25 mm lungime,fixat la captul unui cablu de 1,20 m. Dac acest fir nu mai poate fi observat pn la adncimeade 1,20 m, apa este considerat tulbure.

Un alt instrument ce poate permite stabilirea transparenei este fluoroscopul.c). Luminozitatea este cantitatea de radiaie solar, ce cade pe o anumit suprafa

terestr n decursul unei perioade de timp. Unitatea de msur a luminozitii este luxul.Altfel spus. luxul este unitatea de msur a efectului de iluminare a suprafeelor. Un

lux reprezint iluminarea unei suprafee cu aria de un metru ptrat, care primete un fluxluminos uniform repartizat de un lumen [14]:

2m

lmlx1 = .

n natur luminozitatea variaz n jurul a 0,01 lx pentru o noapte cu lun plini njurul a 100000 lx n mijlocul unei zile nsorite de var.

Pentru msurarea intensitii luminoase a apei se va folosi luxmetrul de laborator.Luxmetrul este un instrument pentru msurarea iluminrii, cu o construcie asemantoarefotometrului, care efectueaz determinri fotoelectrice.

Figura 3.5. Luxmetru de laborator

Luxmetrele pentru msurtori n aer i ap sunt prevzute cu un cap demsurare montat prin intermediul unui cablu lung de 10 m.

d)Turbiditatea se dovedete a fi un parametru hotrtor n multiple aplicaii, cum arfi: tratarea apelor potabile, a apelor reziduale sau a lichidelor n diverse faze ale proceselor defabricaie.

8/6/2019 Saiar Curs

34/173



29

[2010]

Msurarea turbiditii este un mod rapid de a ti cnd, cum i de ce trebuie tratat oap n conformitate cu specificaiile cerute. n cazul apei potabile, turbiditatea este relevantdin trei motive:Estetice: orice ap potabil turbid produce consumatorului reacie imediat.Defiltrabilitate: o dat cu creterea turbiditii crete dificultatea fitrrii i costurileacesteia.De dezinfecie: O valoare mare a turbiditii este un indicator al prezenei materiei organicei a microorganismelor n ap, care duce la creterea cantitii de clor sau de ozon necesardezinfeciei surselor de ap potabil studiate.

Suspensiile solide din lichide, cum ar fi algele, nmolul, microbii sau alte particule,absorb i difuzeaz lumina incident. Cu ct particulele sunt mai numeroase cu attturbiditatea crete. Forma, talia i compoziia particulelor influeneaz, de asemeneaturbiditatea apei. Pentru a msura turbiditatea este necesar s msurm lumina caretraverseaz lichidul.

Din punct de vedere tiintific, turbiditatea este un parametru sumant, care indicexistena unui numr necunoscut de substane diferite, coninute n lichidul msurat. n cazul

parametrului turbiditate acestea sunt substanele sau elementele chimice sub formnedizolvat.Putem defini turbiditatea, ca fiind proprietatea fizic ce se manifest prin reducerea

transparenei apei i este cauzat de prezena n ap a substanelor minerale i organice nsuspensie, precum i a gazelor.

Uniti de msurale turbiditiiTurbiditatea se exprim n mg/l sau grade de turbiditate. Ca unitate de msur,

ncepnd cu anul 1975, a fost introdus suspensia-formazin, preluat din standardul americande msurare a turbiditii. Unitatea de msur a fost denumit TE/F. Urmtoarele uniti demsur sunt identice:

FTU=NTU=TE/F; 1 (NTU) = 7.5 ppm SiO2;unde: FTU (formazine turbidity units - uniti de turbiditate - formazin), uniti cunoscute i

sub denumirea de NTU - uniti de turbiditate nefelometrice.La apele curgtoare turbiditatea reprezint cantitatea de aluviuni n susupensie,existent ntr-un volum de ap ( 3m/g , sau l/mg ) i se determin prin analiza apei.

Msurarea turbiditiiAprecierea turbiditii se poate realiza prin comparaii cu soluii etalon n scara silicei.

Astfel de determinri pot fi fcute cu ajutorul dispozitivelor automate (turbidimetre) i alcelulelor fotoelectrice. Turbidimetria este procedeul fizic de msurare a turbiditii.

Turbidimetria si nefelometria reprezint aplicaii analitice ale fenomenelor asociatedifuziei luminii fig.3.6- (difuzia luminii reprezint fenomenul de mprtiere a luminiidatorat neomogenitilor mediului, indiferent dac acesta este gazos, lichid sau solid).

8/6/2019 Saiar Curs

35/173



30

[2010]

Figura 3.6 - Reprezentarea schematic a principiului de msurare a tubiditiiAstfel, la trecerea luminii printr-un mediu dispers, heterogen (sistem coloidal), dac

neglijm lumina reflectat, putem scrie, innd cont de difuzia i absorbia luminii:IIII

da

++=0

(1)

unde s-a notat cu I0 - intensitatea luminii incidente, Ia - intensitatea luminii absorbite, Id -intensitatea luminii difuzate i I - intensitatea luminii transmise.

Tubidimetria este o tehnic nefelometric n care unghiul de observaie , este zero adic msurarea se face n lumin transmis.

Pentru aceste determinri pot fi folosite spectrofotometrele din domeniul vizibil sauinstrumente specializate denumite turbidimetre.

Se pot utiliza ca surse luminoase lmpi cu filament din wolfram, dar acestea consumo cantitate mare de energie. Aceste surse luminoase au fost nlocuite cu fotodiodele, care au odurat de via mai mare, consum mai redus de energie i sunt mai stabile. Unele aparateutilizeaz tuburi bazate pe descrcri n gaze, cu xenon. Prin utilizarea unui chopper acestesurse pot fi intermitente reducnd energia consumat.

Exist modele de aparate care combin sistemul de difuzie lateral (90) cutransmiterea direct a luminii. Aceste instrumente permit s se fac o distincie ntre luminaabsorbit de materialele dizolvate n api particulele n suspensie. Dei ambele categorii demateriale contribuie la atenuarea intensitii razei incidente, numai particulele n suspensie

provoac difuzia luminii.Locul msurrii turbiditii:Msurarea turbiditii se face n funcie de situaia real.

Turbiditatea apei potabile se poate msura: n cadrul barajelor lacurilor de acumulare a apei. n aceste locuri, prin ploi puternicesau inundaii pot fi aduse nisipuri, nmoluri i componente de argil n rezervorul de ap,care la rndul lor, vor perturba n mod considerabil procesul de preparare a apei. n cadrul instalaiilor de folosire a apelor din fntni. n aceste cazuri, anumite valori

limit nu ar trebui depite, pentru ca procesul ulterior de filtrare s nu fie ngreunat. n cadrul reglrii i supravegherii proceselor de sedimentare sau filtrare n cazulinstalaiilor de purificare a apelor. Prin msurarea turbiditii se poate descoperi nemijlocit iurgent un proces perturbat de sedimentare, sau de blocare prematur a filtrelor. n cadrul filtrelor. Prin instalarea unui turbidimetru la ieirea unei camere de filtrare,se poate controla, foarte simplu, prin observarea procesului de demarare a filtrului, efectul

procesului de resplare a filtrelor. n practic s-a dovedit c o resplare a filtrelor la ctevaore dup demarare influeneaz filtratul. Pe lng aceasta se poate economisi o cantitateapreciabil de ap de resplare, dac procesul de resplare se oprete la o turbiditate de 20

8/6/2019 Saiar Curs

36/173



31

[2010]

FNU. Prin aceasta se formeaz o turt de filtrare nou, prin care se mbuntete filtrareainiial. n laboratorul uzinei de ap. O msurare precis a turbiditii este inevitabil dac seurmrete livrarea unei ape de calitate ridicat.

Msurarea turbiditii apei la staiile de epurare n cadrul pre-epurrii, msurarea turbiditii nu este de folos. n faza regimului nmolului activat, prin msurarea turbiditii se poate concluzionaasupra coninutului de materii solide. n acest regim de msurare este necesar utilizareaunui turbidimetru cu un dispozitiv de autocurare a ferestrei de msur. Nivelul nmolului poate fi determinat cu ajutorul msurrii turbiditii prinintroducerea unei sonde speciale de turbiditate n apa de nmol, pn cnd valoareaturbiditii se schimb brusc. Valoarea adncimii de introducere a sondei se poate citi pecablul de msurare a sondei. Evitarea deversrii nmolului la gura de scurgere a decantorului este pe deplinasigurat prin folosirea unei sonde ieftine (fr pomp) de turbiditate cu autocurareaferestrei de msur.

Se msoar turbiditatea n punctele de control a staiilor de decantare a apelorreziduale ct i n fluvii.Msurarea turbiditii n industrie n industrie sunt necesare controlul i

supravegherea diverselor procese de filtrare. Aparate de msurare a turbiditii pot fi instalate la controlul filtrrii la urmtoareletipuri de filtre: filtru cu camer, filtru cu membran, filtru cu rame, filtru sub presiune, filtrucu vid si filtru de band. n diverse procese tehnologice specifice unor industrii: industria berii, industriazahrului (de exemplu n timpul procesului de preparare a sucului sub ire i gros), industriagalvanic, producerea vinului i a alcoolului. Alte domenii de aplicaie a msurrii turbiditii ar fi la: alimentarea cu ap acazanelor, circuitele de rcire cu ap, bazine de not, etc.

e. Densitatea medie a apei reprezint masa cuprins n unitatea de volum i estedirect influenat de temperatura pe care o are apa.

]/[, 3mkgv

m

a

aa =

Pentru calculul densitii apei pure, n kg/m3, n funcie de temperatur (Tn C), suntrecomandate relaii de forma:

- Thiesen - Scheel - Diesselhorst [Handbook of hydrology, 1992]:

( )( )

++

+= 29863,312963,682,508929

94,28811000 T

T

Ta

- n [Steeter, 2000] este recomandat relaia:( ) ( ) ( )

( ) 4835232

109037785,9

10509571,310097451,710216485,49399,999

T

TTTa

++=

Variaia neliniara densitii. Densitatea maxim a apei este de 1 g/cm3. Ea se atingela temperatura de 4C i presiunea de o atmosfer. ntre 0C i 4C, densitatea crete de la0,99987 g/cm3 la 1g/cm3, dup care scade, ajungnd la temperatura de 25C la 0,99707g/cm3.

8/6/2019 Saiar Curs

37/173



32

[2010]

Prezena punilor de hidrogen produce n apa lichid asociaii moleculare de tippolimeric (H2O)n, n funcie de temperatur.

Exemplu:La presiunea de 1 atm (101325 Pa) i temperatura de 4oC (277,15 K), apa este din

punct de vedere statistic un amestec de 30% trimer (avnd =9080 kg/m3) 70% dimer (avnd =10500 kg/m3), rezultnd o densitate de =104 kg/m3 - densitatea maxim a apei.

n schimb, gheaa are o densitate inferioar ( =9100 kg/m3), motiv pentru care ea seformeaz i plutete la suprafaa apei, realiznd un strat protector sub care viaa poatecontinua.

De asemenea, scderea densitii la nghe produce fisurarea stncii n care s-a infiltratapa, deschiznd calea pentru rdcinile plantelor, n schimb congelarea esuturilor vii producelezarea lor prin expansiune. Producerea densitii maxime la 4C face ca pe fundul celor maiadnci uniti acvatice, aceast temperatur s permit existena vieii bentonice.

Pentru substanele solide dizolvate n ap, legtura dintre densitatea apei a ,

densitatea solidului dizolvat sd i densitatea amestecului (apa cu coninut de particule solide

dizolvate) s , este:

+

+

=

+

+

=+

+=

a

s

a

s

a

a

s

a

s

a

a

sa

ass

V

Vm

m

V

Vm

m

V

m

VV

mm

1

1

1

1

unde: Vs este volumul solidului, iarVa este volumul apei, ms= sdVs- masa solidului, ma=aVa- masa apei.

Concentraia substanelor solide dizolvate se poate exprima n [mg/l].f. Salinitatea apei reprezint raportul dintre masa de sare i masa de ap marin,

format din ap i sare. Salinitatea se exprim n [g/kg] (g sare/ kg ap marin) sau [ppm](pri pe milion).

n practic, pentru calculul densitii unei soluii n funcie de salinitate (S), sefolosesc formule aproximative. De exemplu:22/3 SCSBSAas +++=

4

2643

49372531

108314,4

106546,1100277,11072466,5

103875,5102467,8106438,7100899,41024493,8

=

+=

++=

C

TTB

TTTTA

u

nde: S este salinitatea n [g/kg], T este temperatura n [C], iar a este densitatea apei pure

(funcie de temperatur.Cu o bun aproximaie, n practic se folosesc relaii liniare de forma:

( )

( )( )C

S

T

Cr

sr

Tr

+=+=

=

11

1

n care T ,S ,C sunt coeficienii de dilatare volumic pentru temperatur, salinitate iconcentraie de sediment, r reprezint o densitate de referin n jurul creia apar perturbaiiliniare, iarT, S, Csunt diferenele de temperatur, salinitate i concentraie de sedimentcare provoac modificarea densitii.

Exemplu: Apa de mare cu o densitate de 1025 kg/m3 are salinitatea S= 35 g/l, r =

8/6/2019 Saiar Curs

38/173



33

[2010]

1000 kg/m3, C0 = 0,41014,7 =s l /g.

O metod de determinare a salinitii unei probe de ap este determinareaconductivitii acesteia deoarece ntre aceti 2 parametri exist o strns legtur.

g. Conductivitatea electric exprim capacitatea apei de a conduce curentul electric.

Ea are valoarea invers rezistenei electrice i se exprim n mho (ortografia invers a unitiide msur a rezistenei - ohm) sau xmho. Se mai poate exprima n Simens (S), echivalentunui mho sau n micro-Siemens pe cm (0,5/cm), echivalent unui xmho.Conductivitatea electric este direct dependent de temperatura apei i gradul demineralizare, depinde de concentraia n ioni, de natura ionilori de viscozitatea soluiei. Apa

pur este slab conductoare de electricitate, spre deosebire de cea cu un con inut ridicat nsruri. Astfel, apa pur are o conductivitate de 0,055 - 25 mho, apa freatic potabil, ntre 30i 200 mho, n timp ce apele oceanice au conductiviti electrice de 45000 - 55000 mho.Conductivitatea, n cazul soluiilor apoase, este puternic influenat de concentraiasubstanelor, fiind folosit astfel ca indicator al gradului de mineralizare a apei. Datoritvariaiei importante a conductivitii cu temperatura, pentru a decide asupra calitii apei,toate rezultatele trebuie aduse la aceeai temperatur de referin.

Conductivitatea electric se msoar cu ajutorul conductivimetrelor. Msurareaconductivitii apei este reglementat de STAS 7722-84, precum i de ISO 7888-1983. Pentrudeterminarea conductivitii echipamentul este format n principiudintr-un montaj de tipulunei puni echilibrate sau neechilibrate, o celul de msurare i un traductor de temperatur.Ansamblul se etaloneaz direct n uniti de rezisten sau de conductivitate la temperatura dereferin. Celula de msurare este compus dintr-un cilindru deschis, coninnd electrozi de

platin lucioi i platinai.Pentru determinarea conductivitii exist dou procedee: primul pe baza msurrii

directe a conductanei G i pe baza folosirii constantei celulei de msurare i al doilea pe bazaetalonrii lanului direct n uniti de conductan cu soluii etalon.

n primul procedeu, cunoscnd constanta celulei de msurare K [m-1] sau[cm-1 ], imsurnd conductanei G cu ajutorul punii, din relaia

k = GKse obine conductivitatea k.

n procedeul bazat pe etalonarea lanului de msurare este necesar s dispunem de unset de soluii etalon cu conductiviti k cunoscute i de posibilitatea unor reglaje de zero i de

pant la punte la afiaj. Prin aceste reglaje, pe baza valorilor soluiilor etalon, aparatul estepus s afieze direct valori ale conductivitii. Pe baza valorilor conductivitii

saiar curs

Documents