Prognoza Calitatii Apelor de Suprafata cu Privire la Incarcarea Organica Si cu Fosfati Intr Un Bazin Hidrografic

ANEXE

Reprezentarea tematică a datelor geospațiale din B.H. [NUME_REDACTAT] DEM al B.H. [NUME_REDACTAT] hidrografică generată automat de către programul SWAT

Delimitarea B.H. Călmățui și a sub-bazinelor de către modelul SWAT

Vizualizarea rezultatelor modelării cotelor din DEM

Harta tematică cu încadrarea modului de utilizare a terenurilor

Harta tematică cu încadrarea tipurilor de sol

Rezultatul suprapunerii datelor în modelul SWAT

Rezultatul suprapunerii finale a datelor în modelul SWAT

Rezultatul reclasificării categoriilor de pantă

Vizualizarea definirii entităților HRU – analiza unităților de răspuns hidrologic

[NUME_REDACTAT] – delimitarea bazinului hidrografic Călmățui – planșa 1

[NUME_REDACTAT] – delimitarea bazinului hidrografic Călmățui – planșa 2

[NUME_REDACTAT] – delimitarea bazinului hidrografic Călmățui – planșa 3

Cuprins

CAP. I. INTRODUCERE

1.1. Scopul proiectului

1.2. Obiective specifice

CAP. II. ANALIZA STADIULUI ACTUAL AL CERCETĂRII

2.1. Bazinul hidrografic. [NUME_REDACTAT] spațiului hidrografic

Situația actuală existentă în cadrul bazinului hidrografic Călmățui 2.3.1. Relieful

2.3.2. utilizarea terenului

2.3.3. Clima

2.4. Apele de suprafață

2.4.1. Poluarea apelor de suprafață

2.4.2. Poluarea cu substanțe organice

2.4.3. Poluarea cu fosfor și fosfați

2.4.4. Efectele fosforului asupra mediului

2.5. GIS ([NUME_REDACTAT] Geografic)

2.6. SWAT – Aspecte generale

CAP. III. CONTRIBUȚII TEORECTICE ȘI APLICATIVE LA SOLUȚIONAREA TEMEI

3.1. SWAT – Dezvoltare și aplicare a rutinei de modelare

3.2. Date de intrare necesare modelării matematice

3.3. Configurarea modelului ArcSWAT

3.4. Setări preliminare ale proiectului

3.5. Analiza H.R.U.. Identificarea unităților de răspuns hidrologic

3.5.1. Setări inițiale ale modulului de analiză

3.5.2. Analiza H.R.U. – Utilizarea terenului ([NUME_REDACTAT] Data)

3.5.3. Analiza H.R.U. – Caracteristicile solului ([NUME_REDACTAT])

3.5.4. Analiza H.R.U. – Definirea pantei terenului ([NUME_REDACTAT])

3.5.5. [NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT]

3.6. Introducerea datelor meteorologice necesare modelarii cu ArcSWAT

3.6.1. Setarea parametrilor meteorologici

3.6.2. Generarea intrărilor in model

3.6.3. Definirea datelor unei stații meteorologice

3.6.4. Rularea modelului ArcSWAT

3.6.5. Localizarea și vizualizarea ieșirilor modelului

3.7. Prelucrarea și interpretarea datelor de ieșire cu privire la calitatea apei din modelul ArcSWAT

3.7.1. Importarea fișierelor de ieșire din ArcSWAT în format [NUME_REDACTAT]

3.7.2. Analiza statistică a datelor

3.8. INTEPRETAREA REZULTATELOR LA NIVEL DE SUBBAZIN HIDROGRAFIC

3.8.1. Estimarea încărcării cu sedimente

3.8.2. Estimarea încărcării cu fosfor organic

3.8.3. Estimarea încărcării cu fosfor mineral

IV . CONCLUZII

[NUME_REDACTAT]

CAP. I. INTRODUCERE

1.1. Scopul proiectului

1.2. Obiective specifice

CAP. II. ANALIZA STADIULUI ACTUAL AL CERCETĂRII

2.1. Bazinul hidrografic. [NUME_REDACTAT] spațiului hidrografic

Situația actuală existentă în cadrul bazinului hidrografic Călmățui 2.3.1. Relieful

2.3.2. utilizarea terenului

2.3.3. Clima

2.4. Apele de suprafață

2.4.1. Poluarea apelor de suprafață

2.4.2. Poluarea cu substanțe organice

2.4.3. Poluarea cu fosfor și fosfați

2.4.4. Efectele fosforului asupra mediului

2.5. GIS ([NUME_REDACTAT] Geografic)

2.6. SWAT – Aspecte generale

CAP. III. CONTRIBUȚII TEORECTICE ȘI APLICATIVE LA SOLUȚIONAREA TEMEI

3.1. SWAT – Dezvoltare și aplicare a rutinei de modelare

3.2. Date de intrare necesare modelării matematice

3.3. Configurarea modelului ArcSWAT

3.4. Setări preliminare ale proiectului

3.5. Analiza H.R.U.. Identificarea unităților de răspuns hidrologic

3.5.1. Setări inițiale ale modulului de analiză

3.5.2. Analiza H.R.U. – Utilizarea terenului ([NUME_REDACTAT] Data)

3.5.3. Analiza H.R.U. – Caracteristicile solului ([NUME_REDACTAT])

3.5.4. Analiza H.R.U. – Definirea pantei terenului ([NUME_REDACTAT])

3.5.5. [NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT]

3.6. Introducerea datelor meteorologice necesare modelarii cu ArcSWAT

3.6.1. Setarea parametrilor meteorologici

3.6.2. Generarea intrărilor in model

3.6.3. Definirea datelor unei stații meteorologice

3.6.4. Rularea modelului ArcSWAT

3.6.5. Localizarea și vizualizarea ieșirilor modelului

3.7. Prelucrarea și interpretarea datelor de ieșire cu privire la calitatea apei din modelul ArcSWAT

3.7.1. Importarea fișierelor de ieșire din ArcSWAT în format [NUME_REDACTAT]

3.7.2. Analiza statistică a datelor

3.8. INTEPRETAREA REZULTATELOR LA NIVEL DE SUBBAZIN HIDROGRAFIC

3.8.1. Estimarea încărcării cu sedimente

3.8.2. Estimarea încărcării cu fosfor organic

3.8.3. Estimarea încărcării cu fosfor mineral

IV . CONCLUZII

Bibliografie

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

Scopul proiectului

Din punct de vedere chimic, apa este cea mai obișnuită substanță de pe Pământ. Din punct de vedere biologic, aceasta are numeroase proprietăți indispensabile proliferării vieții, care o deosebesc de celelalte substanțe.

Calitatea apelor de suprafață din cadrul bazinelor hidrografice se află într-o continuă depreciere și acest lucru reprezintă o problemă majoră atât în țara noastră cât și la nivel internațional, prin urmare identificarea zonelor critice în care se regăsesc cea mai mare parte a poluanților, este importantă pentru a putea pune în practică cele mai bune eficiente practici de evaluare, gestionare și prognoză, astfel modelarea hidrologică a bazinelor hidrografice a ajuns să fie o practică din ce în ce mai folosită datorită multiplelor avantaje pe care le prezintă.

Evaluarea a apelor de suprafață din punct de vedere calitativ, reprezintă un proces complex care este condiționat de o serie de criterii, procedee și metode, acestea variind de la o țară la alta, deci având caracter orientativ. Calitatea apelor de suprafață nu are un caracter constant în timp, aceasta putând fluctua datorită surselor de poluare, naturale sau antropice, impunându-se astfel un control constant al valorilor parametrilor care definesc calitatea apelor.

Prezentul proiect a urmărit ca scop principal colectarea, modelarea și utilizarea indicatorilor obținuți prin modelare, ca instrument de evaluarea a stării apelor de suprafață din bazinul hidrografic Călmățui.

S-a dorit să se completeze pe baze științifice, prin aspectele de cercetare abordate, cunoștințele anterioare asupra modelării privind resursele de apă și problemele legate de încărcarea cu substanțe organice și cu fosfați. Secțiunea analizată are suprafața de recepție de 1668 km2 și o lungime de 152 de km.

Tema aleasă își găsește aplicabilitatea în următoarele instituții și domenii:

Primăriile de municipii, orașe și comune;

Consiliile județene și locale;

Întreprinderile care dețin sau gestionează rețele de apă și canalizare;

Instituții, direcții de statistică

Obiective specifice

Colectarea datelor necesare realizării modelării hidrologice;

Modelarea numerică;

Prelucrarea și interpretarea ieșirilor din modelul ArcSwat, referitoare la calitatea apei din bazinul hidrografic studiat;

Emiterea unei prognoze.

Modelarea hidrologică presupune manipularea unei cantități mari de date și parametri, care, de cele mai multe ori, provin din diferite surse și metodologii de măsurare care corespund diferitelor scări spațiale și temporale. Datorită avantajelor sale de colectare a datelor, stocare, gestionare, analiză, conversie în diferite formate și prezentare, S.I.G. este un instrument foarte puternic și promițător în evaluarea și gestionarea resurselor de apă.

Majoritatea modelelor de poluare a apei prezintă o structură de sistem cu multiple intrări și ieșiri. În țara noastră, evaluarea calității apelor de suprafață se bazează pe monitorizarea biologică, hidromorfologică și fizico-chimică a poluanților prioritari evacuați în cantități ce depășesc limitele standard. Conform reglementărilor actuale, se disting cinci clase de calitate a apei, începând de la clasa I până la clasa V, de la foarte bună, până la foarte slabă.

Modelarea hidrologică a bazinului hidrografic studiat s-a realizat cu ajutorul pachetului software ArcSwat. Acest model, dezvoltat pe platforma ArcGis a fost ales datorită versatilității sale, fiind un model la scară bazinală care a fost proiectat cu scopul de a prezice impactul managementului asupra apei, sedimentelor și a substanțelor chimice vărsate în bazinele hidrografice nemăsurate. Modelul oferă calcule eficiente și este capabil de simulare continuă pe o perioadă lungă timp. Componentele majore ale modelului includ vremea, hidrologia, temperatura și proprietățile solului, creșterea plantelor, nutrienții, pesticidele, bacterii și patogeni și managementul terenului.

În SWAT, un bazin hidrografic este împărțit în mai multe subbazine, care mai departe sunt împărțite în unități de răspuns hidrologic ([NUME_REDACTAT] Units HRU’s) care conțin acoperirea și utilizarea terenului și însușirile solului. Aceste unități reprezintă procente din spațiul subbazinelor hidrografice, acestea nefiind identificate spațial într-o simulare SWAT.

Intrările climatice utilizate în SWAT includ precipitațiile zilnice, temperatura maximă și minimă, datele privind radiațiile solare, umiditatea relativă, și date legate de viteza vântului care pot fi introduse pe baza măsurătorilor directe sau în urma înregistrărilor.

CAPITOLUL II

ANALIZA STADIULUI ACTUAL AL CERCETĂRII ÎN DOMENIUL MODELĂRII CALITĂȚII APEI

Bazinul hidrografic. [NUME_REDACTAT] bazin hidrografic este o regiune care datorită configurației sale, adună apele provenite din ploi, din topirea ghețarilor sau a zăpezii, formând prin confluența lor un curs de apă principal. Acesta cuprinde cursul de apă principal, toți afluenții săi, dar și suprafețele de pe care acești afluenți își adună apele.

Bazinul hidrografic al unei rețele hidrografice reprezintă suprafața de pe cuprinsul căreia se alimentează un sistem hidrografic sau un râu. În spațiul oricărui bazin hidrografic au loc toate procesele fizice care determină scurgerea.

Zona bazinului hidrografic este delimitată de o linie de separare cunoscută sub numele de cumpăna apelor. Această linie trece prin punctele situate la cea mai mare înălțime dintre două bazine învecinate și coboară spre regiunea de vărsare unde se închide.

Evoluția unui bazin hidrografic este dată de interacțiunea dintre regimul fluxului de materie și energie care pătrunde și circulă în limitele lui și rezistența opusă de suprafața topografică. În condiții normale, precipitațiile constituie principal sursă de materie.

Delimitarea spațiului hidrografic

[NUME_REDACTAT] Buzău-Ialomița, cu sediul în municipiul Buzău, este o unitate teritorială a [NUME_REDACTAT] „[NUME_REDACTAT]”, având în administrare bazinele hidrografice Ialomița, Buzău, Călmățui, Mostiștea și fluviul Dunărea, cu o suprafață de 24699 km2 , reprezentând 9,4 % din teritoriul țării.

Bazinul hidrografic Călmățui cu o suprafață de recepție de 1668 km2 și o lungime de 152 km, reprezintă 0,7% din teritoriul țării. O caracteristică a bazinului hidrografic este formarea numai în zona de câmpie.

Bazinul are 4 afluenți codificați. Densitatea hidrografică a bazinului Călmățui este de 0,17 km/kmp. Altitudinea variază între 92 m în amonte și 5 m în aval.

În cazul bazinului Călmățui, debitul mediu multianual este neînsemnat, fiind sub 1 m3/s. În spațiul hidrografic Buzău-Ialomița pot fi evidențiate zone cu resurse reduse de apă, cum sunt zonele endoreice dintre Călmățui și Buzău și cele de la sud de Ialomița, ambele fiind situate în [NUME_REDACTAT].

Aspectul deficitar se menține în privința apelor freatice, în zona de câmpie, în sensul că nivelul piezometric se află la adâncimi mai mari de 10 m, apa nu are o calitate foarte bună comparativ cu apa izvoarelor din zonele de deal și munte.

Fig.2.1. Harta bazinului hidrografic [NUME_REDACTAT] Călmățui străbate județele Buzău și Brăila, are o suprafață de 1668 km2 și o lungime de 145 km de la izvor, zonă mlăștinoasă este delimitată de municipiul Buzău și comunele Costești, Stâlpu, Țintești și până la vărsarea în fluviul Dunărea. Este singurul râu din județ care se varsă direct în Dunăre.

Acesta își are originea la sud de orașul Buzău, în apropierea [NUME_REDACTAT] și se varsă în fluviul Dunărea, având o pantă medie de 1‰ și un coeficient de sinuozitate de 1,71. 16

Are patru afluenți, și anume:

Rușavăț cu o suprafață de 81 km2 și lungime de 16 km;

Negrească cu o suprafață 73 km2 și lungime de 20 km;

Strâmbul cu o suprafață 143 km2 și lungime de 55 km;

Buzoel cu o suprafață 145 km2 și lungime de 37 km.

Bazinul hidrografic Călmățui, prin plasarea lui în zona de câmpie, se încadrează într-un climat arid, deși partea vestică a bazinului Mostiștea primește o cantitate mai mare de precipitații (450-500 mm).

Pentru modelarea hidrologică s-a luat în studiu întreg arealul natural al structurii hidrografice Mostiștea în suprafață de circa 1668 km2.

Situația actuală existentă în cadrul [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Bazinală de [NUME_REDACTAT]-Ialomița are în administrare o suprafață de bazin hidrografic de 24699 km2. Infrastructura de apărare existentă în spațiul hidrografic administrat de A.B.A. Buzău-Ialomița constă în:

13 canale și derivații;

17 lacuri de acumulare principale;

226 km de diguri de apărare;

678 km regularizări de râuri;

442 km apărări/consolidări de maluri;

9 stații de pompare

Fig. 2.2 Spațiul hidrografic [NUME_REDACTAT]

Teritoriul administrativ cuprinde două unități de relief; relieful de câmpie și cel de lunca, acestea aparținând [NUME_REDACTAT]. Relieful de câmpie cuprinde două subunități: [NUME_REDACTAT] – Călmățui, care ocupă interfluviul dintre râurile Buzău și Călmățui și [NUME_REDACTAT] Ialomiței, care ocupă interfluviul dintre Călmățui și Ialomița. Vetrele satelor se situează în [NUME_REDACTAT]. Subunitatea acesteia, [NUME_REDACTAT], este constituită la suprafață din sedimente moi: formațiuni loessoide, aluviuni și o fâșie lată de nisipuri.

Suprafața nisipurilor reprezentată de un microrelief de dune, consecință a acumulărilor eoliene; de la Smeeni și Florica până la Pogoanele, Căldărăști și Padina (la sud de Rușețu, la est de Pogoanele, se întâlnesc dune nefixate), între unele instalându-se temporar chiar lacuri, exemplu fiind lacul Luciu. Partea centrală, fără nisipuri, este stăpânită de formațiuni loessoide și de crovuri. Pe alocuri câmpia se termină prin frunți de terase abrupte pe care se dezvoltă procese de șiroire și ogașe.

Călmățuiul izvorăște din apropierea municipiului Buzău, din pădurea Spătaru. Acesta traversează [NUME_REDACTAT] și se varsă în Dunăre. Îngustarea albiei râului, panta redusa si coeficientul mare de meandrare, duce la colmatare, astfel în perioadele secetoase avem băltirea apei în anumite porțiuni si secarea pe altele. În perioadele secetoase, alimentarea se face din pânza freatică. În lungul râului se dezvoltă o luncă de 1,50 km lățime, cu soluri sărăturate, solonceacuri, solonețuri si soluri gleice ocupate de pășuni cu vegetație sărăturată.

După părerea mai multor cercetători, lunca Călmățuiului este de fapt un vechi curs al Buzăului. În raport cu bazinul hidrografic (820 km²), cu lungimea (145 km) și cu debitul mediu multianual la vărsare (1,4 m³), lunca prin care curge Călmățuiul și formele fluviatile de eroziune și acumulare sunt prea mari. Lunca extrem de dezvoltată prin care curge Călmățuiul nu este opera lui, ci a altui râu, cu o capacitate de eroziune, transport și aluvionare mult mai puternică. 

Utilizarea terenului

În bazinului hidrografic Călmățui, utilizarea terenului este influențată atât de factorii antropici cât și de condițiile fizico – geografice. Fiind un bazin de câmpie, acesta prezintă un teritoriu alcătuit predominant din terenuri arabile, aproximativ 70% din suprafață.

Culturile de cereale ocupă primul loc în rândul suprafețelor însămânțate. În cadrul acestei categorii, culturile predominante sunt porumbul și grâul, urmate de orz, secară și ovăz. Cultura care se pretează cel mai bine condițiilor pedo-climatice este porumbul, prin aplicarea măsurilor agrotehnice în mod rațional, obținându-se culturi foarte mari.

Alte culturi importante sunt cele de floarea soarelui, sfeclă de zahăr și leguminoase. A treia cultură ca importanță și pondere în suprafață o reprezintă floarea-soarelui. Predomină pădurile de rășinoase, în special molidișuri, gorun și tufișuri subalpine, păduri de fag.

Zonele industriale reprezintă aproximativ 3% din teritoriul administrat, în mare parte contopindu-se cu zonele urbane.

[NUME_REDACTAT] poziției geografice zona studiată se încadrează în tipul de climat temperat continental, caracteristic pentru țara noastră. Temperatura aerului medie anuală este de 10,5ᴼC iar cea a solului de 12,5ᴼC. Luna iulie este cea mai caldă din an, temperaturile ajungând până la 40ᴼC, iar în timpul iernii se înregistrează temperaturi de până la -20ᴼC.

Numărul mediu de zile călduroase pe an este de 45, iar zilele cu îngheț ajung și la 100 pe an. Vânturile dominante sunt cele din nord-est și sud-vest. În cea mai mare parte a anului precipitațiile nu satisfac necesarul de apă, de aceea climatul este unul arid și în foarte scurte perioade se înregistrează precipitații maxime de 542,5 mm. Astfel, în luna iulie evapotranspirația potențială se ridică la valori de 140 – 150 mm, reprezentant de trei ori mai mult decât cantitatea de precipitații înregistrată.  

Cunoașterea în detaliu a potențialului climatic al zonei ajută la stabilirea măsurilor ce trebuie luate pentru corectarea neajunsurilor provocate de factorii climatici în anumite perioade, ca de exemplu irigarea culturilor, sau măsuri de desecare a unor terenuri, cultivarea semințelor selecționate, cât și aplicarea măsurilor agrotehnice la timpul potrivit. 

Din punct de vedere hidrologic, apa subterană se află cantonată în orizontul nisipos la adâncimi cuprinse între 3,5 – 15 metri față de cota terenului. Zona localităților comunei Smeeni deține cantității mari de ape subterane, uneori în pânze mai groase, iar din punct de vedere al mineralizării, acestea se încadrează în tipul hidrochimic biocarbonatat, cu o mineralizare totală de 0,650 gr/kg.

Specialiștii spun că de-a lungul veacurilor, râul Buzău ar fi avut albie pe cea a râului Călmățui de astăzi. Această ipoteză a fost lansată odată cu afirmația că râul Buzău se vărsa cândva direct în Dunăre. [NUME_REDACTAT] traversează zona de la nord-vest la sud-est, cursul fiind regularizat cu dig de pământ și eliminându-se astfel fenomenele de eroziune.

Executarea unor canale de desecări a rezolvat problem stagnării apei la suprafață, datorită precipitațiilor.

Apele de suprafață

La nivel mondial, apa reprezintă o resursă naturală regenerabila, vulnerabilă și limitata, de aceea este tratată ca un patrimoniu natural care trebuie protejat aparat.

În secolul XXI, a doua mare problemă globală, după creșterea populației planetei este, criza apei potabile. Apă dulce reprezintă un procent destul de mic din cantitatea totală de apă de pe planetă, și anume 2,5%, din procentul de 70 % cât reprezintă apa pe suprafața Pământului. Doar un singur procent din apa dulce este direct disponibila prin izvoare, râuri, ape subterane, lacuri, restul regăsindu-se în calotele glaciare.

[NUME_REDACTAT], datorită schimbărilor climatice resimțite în ultimii ani, fenomenele de seceta s-au accentuat, marcând o scădere considerabilă a nivelului apelor subterane. De aceea la nivel guvernamental au fost luate măsuri pentru protecția și conservarea resurselor de apă existente.

[NUME_REDACTAT] apele fac parte din domeniul public al statului, [NUME_REDACTAT] „[NUME_REDACTAT]" fiind operatorul unic al resurselor de apă. Monitorizarea calității apelor reprezintă activitatea de observații, măsurători standardizate și continue pe termen lung, pentru cunoașterea și evaluarea parametrilor caracteristici ai apelor, în vederea gospodăririi și a definirii stării și tendinței de evoluție a calității acestora, precum evidențierii permanente a stării resurselor de apă.

Lungimea cursurilor de apă codificate în țara noastră este de 78.905 km. Activitatea de supraveghere a calității apelor a fost organizată în anul 2009, în principal pe cursurile mijlocii și inferioare, acolo manifestându-se cel mai puternic impactul antropic asupra mediului, respectiv asupra calității apelor. De asemenea s-au mai realizat măsurători în secțiuni situate în mare parte în zonele superioare, unde acest impact antropic este minim.

Apele de suprafață se clasifică în:

ape stătătoare (mări și oceane, lacuri);

ape curgătoare (izvor – pârâu – râu – fluviu);

ape stagnante.

Având foarte multe caracteristici, apele de suprafață diferă foarte mult în funcție de debit și variațiile sale, de temperatură, de natura substanțelor dizolvate sau aflate în suspensie, de concentrație și conținutul biologic și microbiologic. Concomitent, apele dulci de suprafață prezintă și foarte multe asemănări, spre deosebire de cele subterane, de aceea sunt mai puțin mineralizate, mai bogate în elemente biologice, mai influențabile de către alți factori, în special antropici, mai ușor poluabile, mai puțin stabile în caracteristici, dar totodată au și capacități mai crescute de a-și auto-menține calitatea.

Caracterizarea calității apei la nivel național și la nivel de bazine hidrografice, reprezintă evaluarea globală a rezultatelor analitice obținute periodic, în campanii recoltare. Secțiunile de monitorizare și cursurile de apă sunt încadrate pe categorii de calitate, în conformitate cu actele normative în vigoare.

Clasificarea apelor de suprafață se face pe baza rezultatelor monitorizării calității apei și prevede un sistem de clasificare a apelor de suprafață în cinci clase de calitate, definite astfel:

● Clasa I de calitate îi corespund apele de suprafață în care nu există alterări ale proprietăților fizico-chimice și biologice, sau alterarea este foarte redusă. Concentrațiile de substanțe poluante, nu influențează sănătatea ecosistemelor acvatice și nu aduc prejudicii sănătății umane. Apele de suprafață, care corespund clasei I de calitate pot fi destinate pentru toate tipurile de folosință. Pentru reprezentarea grafică este folosită culoarea albastru.

● Clasa a II-a de calitate, clasificată ca bună, îi corespund apele de suprafață care au fost afectate într-o mică măsură de activitatea antropică, dar totuși asigură în mod corect toate folosințele. Funcționarea ecosistemelor acvatice nu este afectată. Pentru pregătirea apei potabile sunt suficiente metodele de tratare simple. Pentru reprezentarea grafică este folosită culoarea verde.

● Clasa a III-a de calitate, considerată moderat poluată, ii corespund apele ale căror valori fizico-chimice și biologice de calitate, se abat moderat de la fondul natural al calității apei, datorită activităților antropice. Ecosistemul prezintă semne moderate de dereglare, iar tratarea simplă nu este îndeajuns de eficientă pentru folosirea apei în scopuri potabile, aplicându-se metode de tratare normale. Pentru reprezentarea grafică se folosește culoarea galben.

● Clasa a IV-a de calitate, catalogată ca poluată, îi corespund apele de suprafață care prezintă semne de alterare majoră ale proprietăților fizico-chimice și biologice, datorită activităților umane, aceste ape necorespunzând cerințelor pentru apă potabilă, fără aplicarea metodelor de tratare avansată. Reprezentării grafice i se atribuie culoarea orange;

● Clasa a V-a de calitate reprezintă apele de suprafață cu grad mare de poluare. În această clasă de calitate se încadrează apele de suprafață care prezintă alterări majore ale valorilor fizico-chimice și biologice de la fondul natural al calității apei, datorită activităților antropice. Componentele biologice, în special cele piscicole, sunt deteriorate și apa nu poate fi utilizată în scopuri potabile. Reprezentării grafice i se atribuie culoarea roșie.

Poluarea apelor de suprafață

Orice activitate antropică reprezintă o potențială sursă de poluare a apelor. Poluarea mai accentuată a început odată cu apariția orașelor, fiind urmată de minerit și despăduriri.

Poluarea radioactivă a început să se facă simțită abia în anii '40, odată cu dezvoltarea acestei ramuri. Despăduririle au fost masive în ultimii 200-300 de ani și chiar și în ziua de azi sunt țări în care defrișările au atins cote nemaîntâlnite. Reîmpăduririle pot aduce de asemenea disfuncționalități, un exemplu fiind înlocuirea pădurilor de foioase cu cele de conifere, lucru care determină scăderi apreciabile ale pH-ului. Creșterea folosirii fertilizanților și a pesticidelor în agricultură, intensificarea mineritului, industria, au crescut foarte mult rata poluării solului și a apelor de suprafață.

Poluarea apei  reprezintă orice alterare fizică, chimică, biologică sau bacteriologică a apei, peste limita impusă, inclusiv depășirea pragului natural de radioactivitate, ca o consecință directă sau indirectă a activităților umane, care o fac improprie pentru o folosire normală, în scopurile în care această folosire era posibilă înainte de a interveni alterarea.

● Surse punctiforme de ape uzate reprezentate de apele uzate industrial, menajere, de drenaj, sunt cele colectate într-un sistem de canalizare și evacuate în receptor natural prin sistemul de canalizare.

● Surse difuze de poluare reprezintă emisii evacuate în mediu în mod dispersat, aceste surse nedescărcând efluenți uzați în ape de suprafață prin conducte, în anumite puncte de localizare.

Poluarea apelor este definită în diverse moduri. Astfel, Conferința de la Geneva din 1961 o prezintă ca ,, modificarea directă sau indirectă a compoziției sau stării apelor unei surse oarecare, ca urmare a activității omului, astfel încât apele devin inadecvate utilizărilor pe care le au în mod obișnuit, ridicând risc pentru sănătatea omului și pentru integritatea ecosistemelor acvatice".

Este recunoscut și termenul de ,,poluare naturala’’, dar în mod general definițiile sunt arbitrare pentru că uneori poluarea ,,naturala’’ nu este chiar naturală – apa anoxică provine de cele mai multe ori de la fundul unui lac artificial, invaziile de alge apărând mai ales pe fondul excesului de nutrienți pe care poluarea cu nitrați și fosfați îl generează.

Trebuie ținut cont și de legăturile de interdependentă dintre apele de suprafață și cele din diferitele compartimente ale hidrosferei astfel, precipitațiile transportă poluanții din atmosferă, apele subteran, la rândul lor aduc diverși component. Poluarea apelor de suprafață determină adesea poluarea celor freatice, râurile poluează lacurile și mările în care se varsă.

Poluarea cu substanțe organice

Cauzele poluării cu substanțe organice sunt emisiile de ape uzate provenite de la sursele punctiforme și difuze, în special aglomerările umane, sursele industriale și agricole. Poluarea cu substanțe organice are un impact semnificativ asupra ecosistemelor acvatice, prin schimbarea compoziției speciilor, scăderea biodiversități speciilor, precum și reducerea populației piscicole său chiar mortalitate piscicolă în contextul reduceri drastice a concentrației de oxigen.

Epurarea insuficientă sau lipsa epurării apelor uzate duce la poluarea cu substanțe organice a apelor de suprafață, care odată ajunse în acestea încep să se degradeze și să consume oxigen. Pentru apă, poluantul principal este reprezentat de substanțele organice de origine naturală său artificială. Substanțele organice de origine naturală, consumă oxigenul din apă, atât pentru dezvoltare, cât și după moartea acestora.

Materiile de origine organică, într-o măsură mai mare sau mai mică, consumă oxigenul din apă în timpul descompunerii lor, în funcție de cantitatea de substanță organică evacuată, provocând distrugerea fondului piscicol și în general a tuturor organismelor acvatice.

Totodată, oxigenul este necesar proceselor aerobe de autoepurare, respectiv bacteriilor aerobe care oxidează substanțele organice care, în final conduc la autoepurarea apei. Conform STAS-ului, concentrația de oxigen dizolvat, variază între 4 – 6 mg/dm3, în funcție de categoria de folosință, orice valoare care depășește această limită, având ca efect oprirea proceselor aerobe, cu consecințe foarte grave.

Substanțele organice (poluanți artificali), provin din prelucrarea în cadrul rafinăriilor a diferitelor substanțe ca benzina, motorina, uleiuri, solvenți organici. Cele mai importante substanțe organice de origine naturală sunt țițeiul, lignina, taninul, biotoxinele marine, hidrații de carbon. Alte surse ale acestora mai sunt industria chimică organice și industria petrochimică.

Pentru poluarea cu compuși organici biodegradabili, de regulă se determină indicatorii indirecți, precum consumul chimic de oxigen (CCO) și consumul biochimic de oxigen (CBO), plus concentrația oxigenului. Specialiștii consideră că CCO și CBO au caracter prea general și nu oferă suficiente informații.

Dezvoltarea nivelelor de compuși organici degradabili, în aval de o deversare într-un râu, se poate modela și corela foarte bine cu evoluția oxigenului dizolvat, dioxidului, amoniului, azotiților și azotaților, a protozoarelor, bacteriilor, peștilor, algelor, crustaceelor și rotiferelor.

Metodologiile de analiză și interpretare trebuie înțelese și respectate, în caz contrar se riscă emiterea unor concluzii greșite. O parte din substanțele organice din ape sunt în continuare cunoscute doar într-o mică parte, un exemplu fiind cele naturale complexe gen "acizi humici" sau "humusul acvatic".

Cea mai întâlnită poluare cu compuși organici biodegradabili este cea cu ape fecaloid-menajere. Cunoscându-se cantitatea de substanțe produse de un zilnic, se poate prezice cantitatea de poluanți produsă de un oraș cu un anumit număr de locuitori. Pentru această categorie de poluare s-a introdus o unitate de măsură numită locuitor-echivalent.

În SUA, după adoptarea în anul 1972 a "[NUME_REDACTAT] Act", consumul biochimic de oxigen a scăzut cu 45% în apele fecaloid-menajere și cu 70% în cele industriale.

Alte tipuri mai des întâlnite de poluare cu compuși organici biodegradabili provin din industrie, în special de la industria celulozei. Biodegradabilitatea practică scade mult până la zero dacă sunt prezente în apă substanțe toxice său inhibitoare pentru bacteriile ce realizează biodegradarea compușilor organici.

Dacă cantitatea de oxigen dizolvat este suficientă, degradarea este aerobă, cu consum de oxigen și producție de bioxid de carbon și apă. Dacă oxigenul este insuficient, se trece la procese anaerobe, precum denitrificarea, dezaminarea, reducerea sulfatului, fermentarea, acestea producând oxigenul necesar descompunerii substanțelor organice. Compușii organici prezenți în lacuri și râuri, se oxidează și descompun, sau se depun ca particule pe fundul apelor. Există și degradare fotolitică, dar redusă, însă baza este degradarea microbiologică.

Aparent paradoxal, dacă un râu este poluat cu substanțe organice biodegradabile, e lense înțeles să fie poluat și cu azotați, pentru ca prin denitrificare, bacteriile pot obține oxigenul necesar descompunerii substanțelor organice, altfel râul devine anoxic, deci poluarea cu nitrați contracarează poluarea cu compuși organici biodegradabili.

Mai rare în râuri sunt procesele anaerobe, dar frecvente în lacurile de mare adâncime și comune în mlaștini.

Poluarea cu fosfor si fosfați

Tabel nr. 1

Transportul fosforului în mediu, descris de ciclul global al acestuia, începe cu eliberarea lui din surse primare cum ar fi minereurile fosfatice din roci și din sol, urmată de interacțiunea cu solulul, eliberarea și transportul în râuri si se termină cu depunerea acestuia sub formă de sedimente pe fundul mărilor și oceanelor.

Fosforul ajunge în natură atât prin procese naturale cât și prin procese antropogene. El există în mod natural în ape și în sol. Principalele procese naturale prin care fosforul este eliberat în sol sunt: dezagregarea mineralelor primare, descompunerea materiei oraganice ,erupțiile vulcanice, precipitațiile, eroziunea costieră.

În apele de suprafață, fosforul este considerat principalul nutrient limitativ pentru plante. Nivele ridicate ale fosforului în apa, ajută la apariția unor specii noi și creșterea excesivă a algelor. Plantele scufundate nu mai beneficiază de oxigenul necesar și în timp mor, afectând speciile de nevertebrate și pești.

În apele de suprafață acesta se găsește sub formă de fosfor organic, de fosfor dizolvat (sub formă de fosfați) și de fosfor fixat pe particule aluvionare.

Fosforul ajunge în mediu și datorită activităților antropice, cele mai importante dintre acestea fiind industria de automobile, utilizarea îngrășămintelor minerale în agricultură, detergenții și produsele pentru dedurizarea apei.

Acesta are un rol important și în procesele energetice ale organismelor vii, reprezentând un element constitutiv al celulelor, găsindu-se sub formă de compuși organici sau anorganici ai acidului fosforic. Ca element chimic organic, fosforul intră în compoziția unor biomolecule cum ar fi: acizi nucleici, fosfoproteide, fosfolipide. Ca fosfor anorganic, se găsește sub formă de fosfați primari, secundari și terțiari ai diferitelor metale ca: Na, K, Ca.

Un alt mod de a clasifica formele fosforului, este în fosfor sub formă particulata sau fosfor sub formă dizolvată. El poate fi disponibil pentru plante și atunci poartă numele de fosfor reactiv sau să nu poată fi asimilat de către acestea, numindu-se fosfor nereactiv.

Fosforul direct asimilabil de către vegetația acvatică se găsește sub formă de fosfați (PO43-). După moartea organismelor fitoplanctonice, 20-25% din fosforul total este eliberat sub formă anorganică, iar 30-40% sub formă organică.

Administrarea neraționala de către om a îngrășămintelor, duce la apriția fosforului în antități excesive în apele râurilor, mlaștinilor, sau chiar în zonele de coastă a mărilor. Acest lucru determină dezvoltarea explozivă a algelor, fenomen cunoscut sub denumirea de “înflorirea apelor”.

O consecință a acestui fenomen este poluarea apelor prin procesul de eutrofizare, proces natural de înmagazinare a unor cantități crescute de substanțe organice pe fundul apei (mâl organic brun-murdar), cauzat de descompunerea organismelor moarte din cauza lipsei de oxigen.

Efectele fosforului asupra mediului

Fosfații sunt elemente nutritive esențiale, lucru demonstrat de utilizarea lor în producerea îngrășămintelor. Principala îngrijorare a poluării cu fosfați este aceea că poate duce la un exces de nutrienți în mediul acvatic care, la rândul său, poate conduce la probleme de eutrofizare.

Eutrofizarea este o formă de poluare a ecosistemelor acvatice continentale cauzată de îmbogățirea excesivă naturală sau artificială a apelor cu nutrienți, în principal fosfor și azot.

Eutrofizarea este definită drept: îmbogățirea apei în nutrienți, în principal compușii din azot și fosfor care provoacă dezvoltarea rapidă a algelor și a formelor superioare de viață vegetală, producând o perturbare nedorită a echilibrului organismelor prezente în apă și a calității apelor respective.

Spre deosebire de procesul natural, eutrofizarea determinată de factori antropici, este un proces rapid, care determină schimbări înlănțuite și profunde ale stării ecosistemului acvatic, ducând treptat la degradarea lui și la afectarea folosințelor pentru care a fost realizat.

Procesul de eutrofizare afectează toate categoriile de ecosisteme acvatice, manifestându-se în special în ecosistemele stagnante și semi-stagnante cum ar lacurile naturale, lacurile de acumulare. Gradul de eutrofizare al ecosistemelor acvatice se exprimă în principal prin concentrația nutrienților, reprezentată de fosfor total și de azot total, de gradul de saturație în oxigen și de biomasa fitoplanctonică.

GIS ( Sistemul informational geografic )

“În cel mai strict sens, un GIS este un sistem informațional capabil de a introduce, stoca, manipula și afișa informații referențiate geografic, adică date identificate după localizarea acestora. Practicienii consideră de asemenea un GIS ca incluzând operatorii și datele care intră în acest sistem” (USGS)

“[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] (GIS) este un instrument informațional pentru cartarea și analiza obiectelor care există și evenimentelor care se produc pe Pământ. Tehnologia GIS integrează operațiuni obișnuite cu baze de date cum ar interogările și analiza statistică, cu avantajele unor vizualizări unice și a analizei geografice oferită de către hărți” (ESRI)

[NUME_REDACTAT] Geografic se afla la limita dintre domeniile tehnologice și disciplinele tradiționale. Acesta a fost numit și “tehnologie potențatoare” , datorită capacității mari de dezvoltare pe care o oferă pentru o multitudine de discipline care manipulează datele geospațiale.

În țara noastră, tehnica informațională a putut pătrunde după anul 1989, la început destul de greu, dar odată cu trecerea anilor și dezvoltarea tehnicii de calcul această a devenit din ce în ce mai răspândită. Piața de software a ținut pasul cu dezvoltarea tehnologică.

Prețurile ridicate ale softurilor, fac ca GIS și introducerea lui în diferite structuri și instituții să fie destul de anevoioasă. În prezent numărul de licențe de software GIS procurate în special de către universități, armată, agenții guvernamentale, institute de cercetare și administrații locale este în creștere. Impunerea unor baze de date spațiale și creșterea cerințelor informatice, a dus în luna ianuarie 2005, la votarea unei legi prin care toate oficiile de cadastru județene sunt obligate să-și dezvolte propria bază digitală de date cu privire la cadastrul general. Acest lucru a avut implicații vizibile în domeniul imobiliar, al bonitării terenurilor, în planificarea teritorială și urbanism.

Aplicabilitatea GIS este foarte vastă, produsele sistemului având un spectru larg de aplicații, în domenii dintre cele mai diferite, aproape tot ce are legătură cu teritoriul intrând, mai mult sau mai puțin, sub influența programelor înglobate într-un GIS. GIS integrează toate aceste domenii și se concentrează pe integrarea, modelarea și analiza datelor.

Principalele domenii în care GIS își găsește aplicabilitatea sunt:

● Utilități. În această categorie intră aplicații din domeniul cunoscut sub denumirea de [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT] (AM/FM). Configurația terenului joacă un rol esențial la acest țip de aplicații. Modelele vectoriale și modelele raster domină acest domeniu, iar aceste aplicații au nevoie de hărți foarte precise. Aici ne referim la gestiunea rețelelor de apă, gestiunea rețelelor de gaz, a celor de electricitate, telecomunicații. Tot aici putem include amplasarea stațiilor de emisie-recepție din sistemul de telefonie mobilă.

● Amenajarea teritoriului. În acest domeniu principalii beneficiari ai aportului adus de GIS în monitorizarea terenului, planuri de amenajare urbanistice, comunale și județene, sunt consiliile locale sau județene. Un exemplu îl reprezintă studiul amplasării unei clădiri de locuințe, sprijinit de datele provenite de la utilități.

● Mediu. În acest domeniu, produsele GIS sunt folosite pentru înregistrarea terenurilor afectate de poluare, iar la un grad mai ridicat al cercetării se pot face studii cu privire la calitatea apei, procesele de eroziune a solului, studii de impact, alunecări de teren.

● Resurse naturale. În ultimii ani, produsele GIS se folosesc din ce în ce mai mult în proiecte care duc la descoperirea resurselor naturale, cum ar fi minereurile, petrolul, apa. Aceste activități sunt susținute de prelucrarea imaginilor aeriene și digitale.

● Transport. Implementarea softurilor GIS are un potențial foarte mare în industria transporturilor, mai exact gestionarea și optimizarea transportului urban sau regional dar și a mașinilor de intervenție, care se traduce prin elaborarea traseelor optime pentru mijloacele de transport, dar și stabilirea necesarului de tramvaie, autobuze, trenuri în unitatea de timp. În industria transporturile maritime se folosesc tot mai des hărțile electronice, în detrimentul celor tradiționale, iar orientarea navelor se face automat cu ajutorul sistemului GPS.

● Agricultura și silvicultură. În acest domeniu intră monitorizarea terenurilor agricole având ca scop obținerea productivității maxime, inventarierea pădurilor și a zonelor geografice protejate, inventarierea solurilor însoțite de date cu privire la tipul de sol, calitate și utilizare.

● Demografie. Dezvoltarea de baze de date cu privire la populație, pe baza unor criterii cum ar fi vârsta, profesie, adresa.

● Marketing. Plecând de la hartă a unui oraș, împreună cu o bază de date ce conțin recensăminte și localizările firmelor, se pot face studii cu referire la numărul de client, raportat la numărul de ofertanți. Se mai pot face simulări de rentabilitate a amplasării unui magazin într-o anumită zonă.

● Cadastru. Realizarea unui sistem cadrastral informatizat, rezultând o întreținere datelor mult mai facilă și un acces imediat asupra datelor despre anumite terenuri.

Proiectele GIS de mare importanță au scopul de a obține informații în vederea luării deciziilor. Modelarea și simularea sunt două concepte de bază în cadrul analizei spațiale.

SWAT – aspecte generale

În ultima decadă, aplicațiile SWAT s-au dezvoltat și extins peste tot în lume, multe dintre aceste aplicații au apărut datorită nevoilor variate ale agențiilor guvernamentale, în special în [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT], ca urmare a evaluărilor directe legate de schimbările climatice, antropogenetice sau alte influențe la scară tot mai mare asupra resurselor de apă, dar și în ce privește evaluarea științifică a utilizării modelului în diverse aplicații viitoare.

Una dintre cele mai frecvente aplicații SWAT este evident reprezentată de sistemul de modelare hidrologică ([NUME_REDACTAT] Model of the U.S. – HUMUS), (Arnold et al., 1999a), care a fost implementat pentru a susține analizele USDA în ce privește evaluarea conservării resurselor [NUME_REDACTAT], (U.S. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] of 1997). Sistemul a fost utilizat pentru a simula impactul poluării hidrologice cu diverși poluanți proveniți din agricultură, din tehnicile și lucrările agricole folosite dar și din apa uzată orășeneasca.

SWAT este un model la scară bazinală care este proiectat pentru a prezice impactul gestionării resurselor de apă, a sedimentelor și a substanțelor chimice din agricultură, deversate în bazinele hidrografice netratate. Modelul se bazează pe calcule eficiente și capabile să ofere simulare continuă pe o perioadă îndelungată timp. Componentele majore ale modelului includ vremea, hidrologia, temperatura și proprietățile solului, creșterea plantelor, nutrienții, pesticidele, bacteriile și agenții patogeni, precum și managementul terenului.

În SWAT, un bazin hidrografic este împărțit în sub-bazine hidrografice, care la rândul lor sunt divizate în unități de răspuns hidrologic (HRU), care cuprind gradul de utilizare al terenului, gestionarea acestuia și caracteristicile solului. Unitățile de răspuns hidrologic (HRU) reprezintă doar o parte din zona unui sub-bazin și nu sunt identificate spațial în cadrul unei simulări SWAT. Intrările climatice utilizate în SWAT includ precipitațiile zilnice, temperatura maximă și minimă, datele privind radiațiile solare, umiditatea relativă, și date legate de viteza vântului care pot fi introduse pe baza măsurătorilor directe sau în urma înregistrărilor.

Inputurile climatice utilizate în SWAT include precipitațiile zilnice, temperatura maximă și minimă, radiația solară date, umiditatea relativă și vânt viteza datelor, care pot fi de intrare din înregistrările măsurate sau generate.

Echilibrul hidrologic general este simulat pentru fiecare HRU, inclusiv interceptarea precipitațiilor, partiționarea precipitațiilor, apa rezultată din topirea zăpezii, și apă de irigare între scurgerile de suprafață și infiltrare, redistribuirea apei în profilul de sol, evapotranspirația, fluxul lateral subteran din profilul de sol, precum și fluxul de retur de la acviferele de mică adâncime. Estimarea arealului acoperit de zăpadă, temperatura stratului de zăpadă, iar apa topirea zăpezii se bazează pe metoda descrisă de Fontaine și colab. (2002).

Funcționarea modelul hidrologic SWAT (Soil and [NUME_REDACTAT] Tool) se bazează pe date de intrare recepționate de la stațiile meteorologice, aceste date sunt organizate în fișiere și includ informații hidrologice referitoare la calitatea resurselor de apă, încărcarea cu sedimente sau alte substanțe. Pentru a simula un model hidrologic este important să existe o bază de date reprezentativă a regiunii studiate, ulterior efectuându-se predicții cu privire la îmbunătățirea sistemelor de irigații, se pot lua măsuri pentru a evita fenomenele naturale extreme sau măsuri privind creșterea productivității agricole.

Modelarea hidrologică presupune utilizarea unor cantități mari de date și parametri, proveniți adesea din diferite surse și metodologii de măsurare care corespund diferitelor scări spațiale și temporale. Avantajele sale de colectare a datelor, stocare, gestionare, analiză, conversie în diferite formate și prezentare, fac din S.I.G. un instrument foarte puternic și promițător în evaluarea și gestionarea resurselor de apă.

Majoritatea modelelor de poluare a apei prezintă o structură de sistem cu multiple intrări și ieșiri.

[NUME_REDACTAT], evaluarea calității apelor de suprafață se bazează pe monitorizarea biologică, hidromorfologică și fizico-chimică a poluanților prioritari evacuați în cantități ce depășesc limitele standard. Conform reglementărilor actuale, se disting cinci clase de calitate a apei: I (stare bună) la V (foarte slabă).

Modelele hidrologice se clasifică în următoarele categorii fundamentale:

– modele fizice, urmăresc fenomenele hidrologice pe baza reproducerii intrărilor în condiții similare cu cele din natură.

– modele matematice, acestea descriu sistemul hidrologic printr-un set de relații matematice și au aplicare în diverse scopuri: prognoza, determinarea parametrilor care caracterizează mediul hidric, ca suport pentru determinarea bilanțului de nutrienți din resursele de apă de suprafață, managementul resurselor de apă.

– modele conceptuale, categorie mai puțin utilizată, care modelează procesul de formare a scurgerii prin intermediul unei scheme logice.

Scopul principal al acestui studiu a fost utilizarea unui model complex – Soil and [NUME_REDACTAT] Tool – SWAT pentru identificarea zonelor sursă critice de poluare din cadrul bazinului hidrografic Călmățui, în care se regăsesc, prin aplicarea modelului evaluându-se încărcarea organică și cu fosfați. S-a aplicat o analiză detaliată la nivelul bazinului hidrografic Călmățui.

CaPITOLUL III

Contribuții teoretice și aplicative la soluționarea temei abordate

3.1. SWAT – dezvoltarea și aplicarea rutinei de modelare

Termenul de [NUME_REDACTAT], în literatura științifică românească, este cel mai adesea comparat cu sistemele economice. O dată cu trecerea anilor, sistemele informaționale s-au extins în domenii de activitate dintre cele mai variate, acest lucru conducând la o definiție cuprinzătoare, astfel un [NUME_REDACTAT] poate fi definit ca fiind totalitatea datelor, mijloacelor de rezolvare, precum și a informațiilor obținute, împreună cu un echipament special destinat domeniului precizat care servește la luarea deciziilor.

La nivel național și internațional sunt utilizate de furnizorii de utilități și telecomunicații, pentru firmele de construcții și inginerie civilă, de primării și poate cei mai importanți utilizatori, factorii decizionali responsabili de protecția mediului.

Modelarea hidrologică a bazinului hidrografic studiat s-a realizat utilizând ArcSWAT, dezvoltat pe platforma ESRI ArcGIS. Acest model s-a utilizat, datorită versatilității sale, fiind instrument eficient în evaluarea transportului și transformării mai multor forme de fosfor, azot, dar și a substanțelor organice în apele de suprafața, precum și în evaluarea resurselor de apă și a problemelor legate de poluare la nivelul condițiilor de mediu în general.

Funcționarea modelul hidrologic SWAT (Soil and [NUME_REDACTAT] Tool) este condiționată de existența unei baze pe date de intrare preluate de la stațiile meteorologice, aceste date urmând a fi organizate în fișiere ce includ informații hidrologice privitoare la calitatea apelor de suprafață, încărcarea cu sedimente sau alte substanțe.

Acest model a fost realizat pentru a determina consecințele unor decizii potențiale de management privind folosirea apei, sedimentele și randamentele chimice de transformare au fost dezvoltate de către R. Srinivasan.

3.2 Date de intrare necesare modelării matematice

Orice studiu de caz nu poate începe fără a avea la îndemână un set de date obținute din măsurători, respectiv, baza de date cartografică și baza de date numerică. Pentru un studiu de caz al unui bazin hidrografic, aceste date se grupează în:

Baza de date cartografică utilizează diverse tipuri de hărți:

harți topografice ( modelul digital al terenului DTM);

harți pedologice ( tipul de sol, textura și structura solului);

harți geologice;

baza de date [NUME_REDACTAT] Cover 2000 pentru analiza modului de utilizare a terenului.

Baza de date numerică cuprinde:

date meteorologice furnizate de [NUME_REDACTAT] de Meteorologie, acestea fiind înregistrate la stațiile meteo și posturile pluviometrice din apropierea bazinului de studiu și se referă la: precipitații medii zilnice, temperaturi medii zilnice, temperaturi maxime și minime zilnice, evapotranspirația.

date hidrologice sunt furnizate de [NUME_REDACTAT] de Hidrologie și Gospodărire a Apelor (I.N.H.G.A.), sunt înregistrate la stațiile hidrometrice din bazinul hidrografic și se referă la: debite medii zilnice, precipitații medii zilnice, niveluri medii zilnice, chei limnimetrice sau viituri înregistrate.

În crearea bazei de date GIS, foile de hartă au fost georeferențiate utilizând sistemul de proiecție stereografic [NUME_REDACTAT] 1970, acesta fiind sistemul caracteristic țării noastre. În modelarea geospațiala a bazinului hidrografic Călmățui s-a utilizat ArcSWAT, model intens utilizat pentru simulările în bazinele hidrografice predominant agricole.

În elaborarea lucrării, a fost ales programul ArcSWAT deoarece este un model promițător pentru simulările continue în bazinele hidrografice predominant agricole, dar și foarte potrivit pentru estimarea și evaluarea debitului anual și a transportului de poluanți.

Studiile au arătat că ArcSWAT este competitiv și mai eficient în estimarea transportului de fosfor de la un bazin hidrografic, comparativ cu alte modele de modelare și poate fi folosit fără interdicții din partea dezvoltatorului.

În elaborarea proiectului s-au utilizat ca date de intrare modelul digital de elevație (DEM) cunoscut și ca modelul numeric al terenului (MNT) sau modelul digital al terenului (DTM) cu rolul de a reda configurația terenului în mod continuu din punct de vedere spațial, dar și date climatice precum precipitațiile zilnice, evapotranspirația, temperaturi medii zilnice oferite de stațiile meteorologice, dar și informații referitoare la curgerea prin albiile râurilor și anume niveluri și debite.

3.3. Configurarea modelului ArcSWAT

Modelele hidrologice, prin intermediul simulărilor, oferă cel mai bine posibilitatea înțelegerii fenomenelor naturale și identificarea zonelor sursă critice de poluare din cadrul unui bazin hidrografic Procesul de modelare a devenit tot mai utilizat în hidrologie, astfel că modele dezvoltate oferă posibilitatea extrapolării pe baza măsurătorilor existente, sau realizarea de prognoze, aceste rezultate fiind mai departe transmise factorilor decizionali (Beven, 2006).

Pentru modelarea geospațiala a bazinului studiat s-a utilizat programul software ArcSWAT 2.3.4 sub ArcGIS 9.3 Service Pack1.

Etapele procesului de realizare a modelului hidrologic cu ajutorul programului ArcSWAT sunt următoarele:

achiziționarea datelor cartografice pentru preluarea de informații

realizarea modelului digital de elevație (DEM)

georeferențierea hărții

delimitarea bazinului hidrografic

analiza unităților de răspuns hidrologic (HRU)

analiza datelor climatice

procesarea datelor introduse

simularea modelului hidrologic.

În procesul realizării bazei de date, o primă etapă constă în achiziționarea datelor cartografice, acestea fiind utilizate pentru preluarea de informații. După realizarea bazei de date cartografice în format raster (hărți, imagini satelitare) aceasta trebuie să fie convertită într-un format suportat de programele GIS (ASCII, SHP, DBF, DXF).

Fig. 3.1. Extensia ArcCatalog a programului ArcGIS în care se gestionează și prelucrează datele geospațiale (shapefile-uri, DTM-uri etc.); se prezintă stratul tematic cu modul de utilizare a terenului aferent bazinului hidrografic [NUME_REDACTAT] cum se poate constata în figură 3.1 , stratul tematic nu este georeferentiat, urmându-se realiza transpunerea fișierelor .shp și a DTM în proiecție stereografică. Stratul este o colecție de elemente geografice, cum ar fi râuri, parcele, drumuri, clădiri și atributele pentru fiecare componentă în parte.

Una din cele mai importante operațiuni, după realizarea hărții, este acela de georeferențiere a hărții. Toate straturile tematice au fost georeferențiate utilizând sistemul de proiecție stereografic [NUME_REDACTAT] 1970.

În țara noastră este utilizată Proiecția azimutală în plan secant unic, proiecție stereo. [NUME_REDACTAT] această proiecție a fost adoptată în anul 1973, fiind utilizată și astăzi. Are la bază elementele elipsoidului Krasovski-1940 și planul de referință pentru cote [NUME_REDACTAT] – 1975.

Ca mod de operare, după cum se poate observa în figură 3.2 se execută click dreapta pe stratul tematic care se urmărește a fi georeferentiat, în următorul meniu selectându-se opțiunea Properties. Urmatorea fereastra Shapefile properties permite aplicarea practicilor necesare procesului de georeferentiere → New → Projected.

Fig. 3.2. Fereastra de gestiune a stratului tematic cu prezentarea elementelor de georeferențiere (proiecția cartografică, sisteme de coordonate)

În fereastra de dialog [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] se vor adăuga datele necesare, acestea corespunzând proiecției stereografice 1970. Următorul pas este alegerea sistemului de coordonate, deschizând directorul Europe → Add si se selectează [NUME_REDACTAT] 1970, specific țării noastre. Pentru finalizarea georeferențierii stratului tematic selectat se dă click pe butonul Finish.

3.4. Setări preliminare ale proiectului

Pentru a facilita folosirea modelului ArcSWAT se va realiza un director nou in radacina C:/ , cu denumirea Model SWAT. În ArcMap, în bara aferentă modelului ArcSWAT se selectează SWAT [NUME_REDACTAT] →New SWAT Project.

Fig. 3.3. Crearea proiectului pentru analiza poluării apei din surse difuze în B.H. [NUME_REDACTAT] fereastra corespunzătoare setării parametrilor proiectului se va alege directorul realizat anterior utilizând pictograma Open file. După ce se va copia denumirea fișierului .mdb aferent proiectului SWAT, va apărea o fereastră de confirmare ,, Project setup is done’’ → OK.

Fig. 3.4. [NUME_REDACTAT] digital de elevație aferent B.H. Călmățui (SRTM 90 m) în proiecția stereografică 1970

Fig. 3.5. Modelul digital de elevație aferent B.H. Călmățui (SRTM 90 m)

În continuare, după ce au fost realizate setările specifice proiectului SWAT, se realizează delimitarea bazinului hidrografic folosind modulul – [NUME_REDACTAT] Delineation, cu ajutorul acestui instrument realizându-se calculele specifice modelului, cum ar fi:

direcția de curgere și acumulare,

generarea rețelei hidrografice și a punctelor de evacuare,

delimitarea bazinelor hidrografice

calculul parametrilor subbazinelor componente.

Fig. 3.6. Setarea preliminară a direcției de curgere și acumulare pentru delimintarea rețelei hidrografice

În fereastra DEM Setup din figură se va importa modelul digital DTM, selectând pictograma dosar, ajungându-se la mozaicul DEM realizat anterior. Se va selecta DEM Projection setup, acesta permițând verificarea sistemului de referință al rasterului și unitățile de măsură.

În continuare se realizează definirea rețelei hidrografice reprezentată de secțiunea [NUME_REDACTAT]. Deoarece nu avem încă definite bazinele și rețeaua hidrografică, selectăm DEM-based, optând pentru calculul automat de către model. Se va selecta butonul aferent efectuării modelării numerice, finalizarea etapei fiind marcată de apariția ferestrei de mai jos (figura 3.7)

Fig. 3.7. Importarea DEM cu ajutorul modulului [NUME_REDACTAT]

Crearea automată a rețelei hidrografice s-a realizat cu ajutorul funcției Stream network.

Fig. 3.8. Delimitarea automată a rețelei hidrografice

După realizarea rețelei hidrografice, s-a folosit secțiunea [NUME_REDACTAT] Selection and Definition, aceasta permitând selecția punctului de deversare dorit pentru delimitarea bazinului hidrografic. Cu ajutorul mouse-ului dăm click pe butonul SELECT și se va alege de pe [NUME_REDACTAT] al ArcMap cu ajutorul unui careu, punctul situat central in S-ul mozaicului DTM. (figura 3.9)

Fig. 3.9.Selectarea secțiunii de control (outlet)

După selecție, funcția de delimitare a B.H. , [NUME_REDACTAT] devine activă si se dă click pe butonul aferent. Se așteaptă până la apariția mesajului de confirmare a delimitării. (figura 3.9)

Fig. 3.10. Delimitarea automată a bazinului hidrografic și a sub-bazinelor aferente

Ultimul pas al modului de delimitare a bazinului hidrografic permite calcularea parametrilor fiecărui subbazin, plus încă câteva opțiuni de optimizare a timpului de calcul.

.

Fig. 3.11 Calcularea parametrilor bazinului hidrografic

În urma modelării bazate pe cotele oferite de modelul digital de elevație (DEM) au fost delimitate 29 de sub-bazine și 29 de puncte de confluență. Raportul calcului numeric generat automat se obține din Wathershed reports, acesta conținând indicatori statistici principali ai cotelor studiate.

Se pot observa următorii indicatori:

Altitudinea minimă de 5 m

Altitudinea maximă de 100 m

Media cotelor de 46,54 m

Abaterea mediei standard de 18,41 m

Fig.3.12 Raportul cu privire la distribuția cotelor

3.5. Analiza H.R.U. Identificarea unitĂȚilor de rĂspuns hidrologic

3.5.1. Setări inițiale ale modulului de analiză

Identificarea și analiza unităților de răspuns hidrologic (H.R.U.) reprezintă al doilea modul de analiză ce permite definirea categoriilor de folosință a terenurilor, definirea pantei terenurilor și tipurile de sol. In urma folosirii aplicației, în zona studiată au fost identificate 101 de unități de răspuns hidrologic.

Fig.3.13 Lansarea modulului de analiză a unităților de răspuns hidrologic

Analiza HRU cu modelul ArcSwat va putea fi utilizată prin intervenirea asupra datelor atribut, în tabelele celor două straturi tematice și anume utilizarea terenului și tipurile de sol. Neexistând niciun câmp de tip Integer în cadrul CLC2006 se impune realizarea unuia și importarea datelor din coloană care conține codificarea tematică a suprafețelor.

Pentru adăugarea câmpurilor datelor atribut necesare analizei, în tabelul aferent stratului CLC2006 (figura 3.14) se selectează butonul Options → [NUME_REDACTAT], după care în se introduce denumirea câmpului în fereastra corespunzătoare.

Fig.3.14 Vizualizarea tabelului asociat stratului tematic [NUME_REDACTAT] Cover și introducerea unui coloane de tip integer pentru realizarea sortării datelor după acest criteriu

După ce numele câmpului a fost denumit ca ID2, se poate observa, că, coloana respectivă conține pe toate rândurile cifra 0. Pentru ca ArcSWAT să realizeze clasificarea necesară, coloana respectivă trebuie populată cu datele de interes necesare.

Se selectează coloană ID2 și cu click dreapta → [NUME_REDACTAT]. (figura 3.14) În fereastra corespunzătoare (figura 3.15), se selectează câmpul CODE_006, astfel datele vor fi transferate în coloana creată anterior (figura 3.16 ).

Fig. 3.15 Operațiunea de translatare a datelor în coloana nouă creată (ID2)

Fig. 3.16 Transferul codurilor de clasificare a modului de utilizare a terenurilor în [NUME_REDACTAT] Cover

3.5.2. Analiza H.R.U. –Utilizarea terenului ( [NUME_REDACTAT] Data)

Pentru analiza unităților de răspuns hidrologic, prima etapă implică activarea funcției [NUME_REDACTAT]/Soils/[NUME_REDACTAT]. În ferestrele corespunzătoare se vor completă datele specifice fiecărei componente în parte.

Prima componentă analizată este utilizarea terenurilor ([NUME_REDACTAT] Data). În fereastra [NUME_REDACTAT] Field se selectează Value.

Fig. 3.17 Selectarea stratului tematic cu modul de utilizare a terenului [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] opțiunea [NUME_REDACTAT] Use from the map, se importă datele de utilizare a terenului pentru analiză. Câmpul ID2 creat anterior se va utiliza ca și criteriu de clasificare.

Fig. 3.18 Etapa de import a stratului Corine și sortarea după coloana ID2

Deoarece nu avem un fișier care să exemplifice fiecare categorie clasificată în parte, conform codurilor ArcSwat, acestea se vor edita manual pentru fiecare rând rezultat în urma clasificării, conform figurii 3.19.

În câmpul LandUseSWAT , avem două opțiuni: Urban și Crop – culturi, în funcție de tipul de teren aferent conform Arc SWAT.

Selectarea modului de utilizare a terenului (intravilan și extravilan)

În continuare am introdus datele conform tabelului, asigurându-ne de concordanța între categoriile CLC și categoriile existente în ArcSwat. Categoriile din CLC sunt mult mai numeroase față de categoriile existente în ArcSWAT, impunându-se unele restricții pentru anumite categorii de folosință a terenului.

Fig. 3.19 Adaptarea categoriilor din clasificarea Corine la clasificarea specifică programului SWAT

3.5.3. Analiza H.R.U. – Caracteristicile solului ([NUME_REDACTAT])

Se selectează [NUME_REDACTAT] pentru a intra in fereastra corespunzătoare.

Fig. 3.20 Importarea stratului tematic cu harta solurilor și sortarea după coloana [NUME_REDACTAT] selectează optiunea [NUME_REDACTAT] și se translatează datele privitoare la tipurile solurilor.

Se bifează selectarea stratului tematic din hartă, apoi se va alege Shapefile și de acolo selectăm stratul specific tipurilor de sol. Pentru clasificare se utilizează câmpul Tip.

Mesajul din figura de mai jos confirmă realizarea suprapunerii datelor de sol în vederea creării unităților de răspuns hidrologic.

Mesaj de informare asupra realizării suprapunerii datelor din stratul tematic utilizat

Fig. 3.21 Asigurarea corespondenței între nomenclatura utilizată în SWAT și cea din stratul tematic specific

Din fereastră [NUME_REDACTAT] Field s-a selectat ca și criteriu de selecție VALUE. Clasificarea se va realiza după aceste criterii și rezultatele vor fi afișate în fereastra SWAT [NUME_REDACTAT] Table. (Figura 3.21).

Deoarece nu avem un fișier care să exemplifice fiecare categorie de sol clasificată conform fiecărui cod aferent tipului de sol ArcSWAT, acestea vor fi editate manual pentru fiecare rând rezultat în urma clasificării. Se va bifa opțiunea S5id. (Figura 3.21).

3.5.4. Analiza H.R.U. – Definirea pantei terenului ([NUME_REDACTAT])

În fereastra [NUME_REDACTAT], am selectat opțiunea [NUME_REDACTAT] și am setat variabilele cu privire la panta terenului :

Number of [NUME_REDACTAT] – 2

[NUME_REDACTAT] Classes – 1

[NUME_REDACTAT] Limit – 1

Fig. 3.22 Fereastra cu tabul de setare a elementelor legate de panta terenului și categorizarea terenului analizat după două clase de curbe de nivel

Dupa setarea variabilelor se seletează Add si Reclassify → Ok, aparând mesajul de confirmare a clasificării.

Fig. 3.23 Stratul tematic rezultat din modelarea elementelor legate de panta terenului și clasificarea tematică a terenului analizat după două clase de curbe de nivel

După ce am introdus in mod corect toate datele, opțiunea OVERLAY devine activă. Se selectează aceasta și se va efectua analiza H.R.U. pe baza datelor prezente în geodatabază, la final, ca semn al efectuării corecte a analizei, va apare mesajul de confirmare.

Mesaj de informare asupra realizării suprapunerii tuturor datelor din cele 3 straturi tematice utilizate ([NUME_REDACTAT] Cover, Harta solurilor și DEM)

3.5.5. Definirea unităților de răspuns hidrologic

După ce straturile tematice cu privire la utilizarea terenurilor, tipurile de sol și categoriile de pantă au fost importate și suprapus, se va determina distribuția unităților de răspuns hidrologic.

Tabul HRU Definition permite specificarea criteriilor necesare în determinarea distribuției H.R.U.

Fig. 3.24 Fereastra de setare a unităților de răspuns hidrologic prin folosirea unor procente de suprapunere a entităților învecinate (zona buffer)

Împărțirea bazinelor hidrografice în zone distincte, va da posibilitatea ca scurgerile de suprafață să fie previzionate distinct pentru fiecare HRU. Acest lucru crește precizia predicțiilor cu privire la încărcarea cu poluanți și sedimente și o descriere mai bună a bilanțului apei.

Se selectează Multiple HRUs , atribuirea mai multor unități de răspuns hidrologic subbazinului hidrografic, acest lucru permițând utilizatorului să specifice criteriile de utilizare a terenului, a solurilor și categoriile de pantă care vor fi folosite pentru determinarea numărului și tipurilor de unități HRU în fiecare bazin hidrografic. Realizarea HRU-rilor este însoțită de mesajul de confirmare. (Figura 3.25)

Fig. 3.25 Realizarea definirii unităților de răspuns hidrologic (HRU)

Ultima etapă a examinării unităților de răspuns hidrologic permite vizualizarea rapoartelor specifice.

Fig.3.26 Raportul cu privire la distribuția utilizării terenurilor, solurilor și a pantei

3.6. Introducerea datelor meteorologice necesare modelării cu ArcSWAT

3.6.1. Setarea parametrilor meteorologici

Mărimile meteorologice sunt valori aleatorii, acestea fiind rezultatul unui lanț cauzal deosebit de complex, acestea având caracter probabilistic.

Datele meteorologice de intrate folosite în SWAT includ cantitatea de precipitații, temperatura maximă și minimă, date despre radia solară, umiditatea relativă precum și date despre viteza vântului, acestea putând fi colectate de la stațiile meteorologice.

Fig. 3.27 Setarea condițiilor meteorologice din Meniul de scriere a inputurilor în model

Pentru activarea datelor meteo necesare rulării modelului se selecteaza meniul [NUME_REDACTAT] Tables, [NUME_REDACTAT]. In fereastra [NUME_REDACTAT] Definition se activează butonul pentru importarea bazei de date. (figura 3.28).

Pentru activarea optiunii Simulation se vor verifica toate cele 5 taburi:

[NUME_REDACTAT] – precipitatii;

[NUME_REDACTAT] – temperatura;

[NUME_REDACTAT] Data – Umiditatea relativă a aerului;

[NUME_REDACTAT] Data – radiatia solară;

[NUME_REDACTAT] Data – viteza vântului.

Fig. 3.28 Fereastra de import a datelor meteorologice necesare ca input in modelul SWAT (precipitații, temperatura aerului, umiditate relativă a aerului, viteza vântului și radiația solară

3.6.2. Generarea intrărilor în model

Pentru generarea datelor de intrare necesare rulării modelului ArcSWAT, se va da click pe [NUME_REDACTAT]. Finalizarea operațiunii de scriere a inputurilor va fi urmată de → Ok.

Fig. 3.29 Fereastra de scriere a fișierelor cu intrările în model

3.6.3. Definirea datelor unei stații meteorologice

Fig. 3.30 Comanda de setare a bazei de date pentru editarea intrărilor în model cu condiții specifice bazinului analizat

Utilizând comanda [NUME_REDACTAT] Input se va interveni în cadrul geodatabazei caracterizând condițiile din bazinul hidrografic, corespunzătoare unei stații meteorologice. Pasul următor constă în selectarea [NUME_REDACTAT] Stations → Ok.

Editarea informațiilor cu privire la stațiile meteorologice din bazinul analizat

3.6.4. Rularea modelului ArcSWAT.

Fig. 3.31 Fereastra de setare a elementelor de rulare a simulării SWAT – interval, rata de simulare, tipul de distribuție a precipitațiilor. Se execută rularea SWAT folosind butonul Run SWAT

Rularea modelului SWAT se realizează prin selectarea butonului SWAT Simulation și lansarea comenzii Run SWAT. Setarea variabilelor necesare rulării modelului se realizează în fereastra Setup and Run SWAT. Perioada de simulare aleasă s-a desfășurat între 1.01.2010 și 31.12.2012.

În tabul [NUME_REDACTAT] (distribuția precipitațiilor) se selectează [NUME_REDACTAT], iar în fereastra [NUME_REDACTAT] s-au selectat toate căsuțele cu Print.

Fig. 3.32 Rularea modelului SWAT

După selectarea butonului Setup SWAT Run, tabul Run SWAT devine activ. La terminarea rulării va apare un mesaj de confirmare a simulării. (figura 3.33)

Fig. 3.33 Mesajul de confirmare a finalizării simulării SWAT

3.6.5. Localizarea si vizualizarea ieșirilor modelului

[NUME_REDACTAT] SWAT Output permite vizualizarea ieșirilor rezultate în urma modelării. (figura 3.34)

Fig. 3.34 Lansarea comenzii de consultare a ieșirilor din cadrul modelării SWAT în B.H. [NUME_REDACTAT] Open output.std (figura 3.36) permite vizualizarea fișierului respectiv. Acesta conține informații despre distribuția precipitațiilor, a evapotranspirației, a debitelor, a încărcării cu sedimente. Acesta conține rezultatele principale pentru fiecare HRU.

Fig. 3.35 [NUME_REDACTAT].std

Fig. 3.36 Fereastra de setare a ieșirilor din modelul SWAT

Pentru consultarea ulterioară a fișierelor rezultate din modelare se impune salvarea acestora prin alegerea unui nume și selectare butonului [NUME_REDACTAT]. Datele de ieșire ale simulării se vor găsi în Model SWAT\Scenarios\Simulare/TextInOut.

Fig. 3.37 Vizualizarea raportului generat – fișierul output.rch reprezentând parametrii hidrologici și de încărcare cu poluanți la secțiunea de control selectată

3.7. [NUME_REDACTAT] interpretarea datelor de ieȘire cu privire la calitatea apei cu modelul ArcSWAT

Lucrarea de față a avut ca scop descrierea și interpretarea unei serii de indicatori statistici de calitate a apei în bazinul hidrografic studiat, pentru variabilele de interes simulate.

Prelucrarea statistică este o etapă esențială, prin care datele primare obținute din monitorizare sau prin modelare matematică sunt trecute la sistemul de indicatori sintetici, în conformitate cu modul de manifestare a fenomenul studiat. Aceasta cuprinde și tehnicile prin care datele colectate sunt preschimbate în informații explicative.

În această lucrare s-a utilizat analiza descriptivă a datelor, aceasta implicând:

măsurarea tendinței centrale;

analiza dispersiei;

stabilirea normalității distribuției.

Indicatorii tendinței centrale sunt:

Grupul modal (MODE)

Mediana (MEDIAN) – aceasta funcție îimparte în doua grupuri egale numărul de observații;

Media aritmetica (MEAN);

Indicatorii dispersiei:

Amplitudinea variației (Xmax – Xmin) – Range;

Abaterea mediei – Standard deviation

Coeficientul de variație – CV

Indicatorii pentru analiza distribuției

Coeficientul de asimetrie – SKEWNESS

Coeficientul de aplatizare – KURTOSIS

3.7.1. Importarea fișierelor de ieșire din ArcSWAT în format [NUME_REDACTAT]

În prezenta lucrare fișierul de interes pentru a fi consultat și prelucrat statistic este output.rch (râul colector). Fișierul output.rch rezultat în urma simulării poate fi găsit C\Model SWAT\Scenarios\Simulare\TxtInOut.

Importarea fișierului se realizează prin deschiderea programului [NUME_REDACTAT], în fereastra Open se selectează All files și fișierul de interes în vederea prelucrării. În continuare, se urmează etapele din fereastra Text import wizard. (Figurile 3.38 și 3.39)

.

Fig.3.38 Etapele procesului de importare a fișierului

Fig. 3.39 Ultimul pas al importării fișierului în [NUME_REDACTAT]

În continuare, pentru facilitarea prelucrării statistice rezultatele din fișierul output.rch au fost transformate din format Scientific în format Number, prin selectarea tuturor coloanelor și utilizarea funcției [NUME_REDACTAT]. (Figura 3.40)

Fig. 3.40 Transformarea datelor de ieșire din format științific în format numeric

Pentru gruparea datelor pe fiecare subbazin component în parte și evoluția lunară prognozată a variabilelor în scopul analizei se utilizează funcția de sortare, astfel după selectarea variabilelor numerice din toate colonele, se dă comanda Sort A to Z. Scopul sortării este acela de a se realiza o grupare pe subbazine și a facilita observarea contribuției fiecărui subbazin la încărcarea cu poluanți.

3.7.2. Analiza statistică a datelor

Analiza statistică a datelor rezultate începe prin introducerea a 8 rânduri goale sub media anuală a fiecărui subbazin. Introducerea rândurilor se face prin selectarea rândului aflat sub media lunilor și folosind funcția Insert.

În rândurile nou create se vor introduce funcțiile statistice pentru calculul pe coloana a șirului format valorile lunare.

Prima funcție introdusă este Mode. În căsuța de sub șirul temporal de interes se introduce =mode(), în locul parantezelor selectându-se șirul de interes.

Fig. 3.41 Introducere functiilor

A doua funcție este mediana, se va folosi funcția =median() și se va selecta șirul temporal al lunilor 1-12.

Pentru medie introducem =average() repetând pașii de mai sus.

Amplitudinea, =Max(șirul de interes)-Min(șirul de interes).

Pentru abaterea mediei, =Stdev() urmat de șirul de interes.

Coeficientul de variație rezultă din raportul dintre abaterea mediei și medie, înmulțit cu 100.

Funcția skewness SKEW definește coeficientul de asimetrie astfel: =skew().

Ultima funcție introdusă este coeficientul de aplatizare care se calculează prin introducerea funcției Kurtosis =kurt().

Fig. 3.42 Finalizarea analizei statistice pentru șirurile temporale selectate

În continuare se vor genera graficele variabilelor utilizare in analiza statistica descriptiva prin comasarea coloanelor aferente cantității transportate din întregul bazin (IN) si cantitățile evacuate (OUT).

Fig. 3.43. Realizarea graficelor

În această lucrare, în urma simulării realizate cu ArcSWAT, au fost analizate statistic o serie de indicatori importanți pentru secțiunea studiată din bazinul râului Călmățui. S-au analizat trei indicatori și anume: încărcarea cu sedimente, încărcarea cu fosfați (fosfor organic și fosfor mineral), aceste valori înregistrându-se în interiorul subbazinelor (IN) și la gura de vărsare selectată (OUT).

Analiza s-a efectuat pe parcursul a 3 ani (2010 2011, 2012), iar pentru reprezentarea grafică au fost selectate 3 subbazine în care s-au înregistrat cele mai ridicate valori ale indicatorilor selectați.

Graficele aferente anului 2010 în subbazinul A

Fig. 3.44 Încărcarea lunară cu sedimente exprimată în tone/lună (Subbazin A)

Fig. 3.45 Încărcarea lunară cu fosfor organic exprimată în kg/lună (Subbazin A)

Fig. 3.46 Încărcarea lunară cu fosfor mineral exprimată în kg/lună (Subbazin A)

Graficele aferente anului 2011 în subbazinul A

Fig. 3.47 Încărcarea lunară cu sedimente exprimată în tone/luna (Subbazin A)

Fig. 3.48 Încărcarea lunară cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin A)

Fig. 3.49. Încărcarea lunară cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin A)

Graficele aferente anului 2012 în subbazinul A

Fig. 3.50 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin A)

Fig. 3.51 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin A)

Fig. 3.52 Încărcarea lunara cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin A)

Graficele aferente anului 2010 in subbazinul B

Fig. 3.53 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin B)

Fig. 3.54 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin B)

Fig. 3.55 Încărcarea lunara cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin B)

Graficele aferente anului 2011 în subbazinul B

Fig. 3.56 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin B)

Fig. 3.57 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin B)

Fig. 3.58 Încărcarea lunara cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin A)

Graficele aferente anului 2012 in subbazinul B

Fig. 3.59 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin B)

Fig. 3.60 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin B)

Fig. 3.61 Încărcarea lunara cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin B)

Graficele aferente anului 2010 in subbazinul C

Fig. 3.62 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin C)

Fig. 3.63 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin C)

Fig. 3.64 Încărcarea lunara cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin C)

Graficele aferente anului 2011 in subbazinul C

Fig. 3.65 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin C)

Fig. 3.66 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin C)

Fig. 3.67 Încărcarea lunara cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin C)

Graficele aferente anului 2012 in subbazinul C

Fig. 3.68 Încărcarea lunara cu sedimente exprimata in tone/luna (Subbazin C)

Fig. 3.69 Încărcarea lunara cu fosfor organic exprimata in kg/luna (Subbazin C)

Fig. 3.70 Încărcarea lunară cu fosfor mineral exprimata in kg/luna (Subbazin A)

3.8. INTEPRETAREA REZULTATELOR LA NIVEL DE SUBBAZIN HIDROGRAFIC

3.8.1. Estimarea încărcării cu sedimente

Modelarea încărcării cu solide totale în suspensie, din subbazinul selectat A, în anul 2010 a indicat un transport de sedimente semnificativ, media lunară fiind 259,15 tone, însemnând că zilnic sunt transportate aproximativ 8,6 tone de sedimente. În anul 2011 și 2012, în aceeași secțiune valorile sedimentelor au fost mai scăzute, înregistrându-se o medie lunară de 138,89 tone, respectiv 87 tone.

Valoarea medie anuală a solidelor totale în suspensie transportate de apă în bazin (SED_IN) pentru anul 2010 a fost de 3110 tone, simularea indicând încărcări mari de sedimente între lunile februarie și aprilie, în aceste luni înregistrându-se precipitații însemnate care au favorizat transportul acestora.

În anul 2011 valorile cele mai ridicate s-au înregistrat în lunile martie-aprilie, în timp ce în 2012, datorită precipitațiilor scăzute, transportul de materie solidă a scăzut considerabil până în jurul valorii de 460,20 tone, valoare consemnată în lună martie.

Simularea scenariului a arătat că între valorile de intrare simulate (SED_IN) și valorile de ieșire (SED_OUT) au fost diferențe nesemnificative.

Cele 6 serii sunt foarte dispersate, indicând coeficienți de variație foarte mari, peste 100%, 124,88 pentru anul 2010; 193,74 pentru anul 2011 și 145 ,30 pentru anul 2012.

Distribuția datelor, reprezentată de coeficientul skewness este asimetrică pozitivă cu abatere spre dreapta, indicând valori mai mari ca 0, respectiv 1,60 pentru anul 2010 și 2,86 pentru anii 2011 și 2012. În cazul în care valorile sunt < 0, distribuția este asimetrică negativă cu abatere spre stânga.

Pe baza coeficientului kurtosis se definește excesul ca fiind E=Kurt-3. Pentru E > 0, repartiția este leptocurtică, pentru E < 0 se numește platicurtică, iar dacă E = 0 repartiția este mezocurtică. În cazul nostru coeficientul de kurtosis este 2,86, rezultând o repartiție platicurtică.

3.8.2. Estimarea încărcării fosfor organic

Simularea SWAT pentru anul 2010 privind pierderile de fosfor a scos în evidență o cantitate anuală de fosfor organic transportat în interiorul subbazinului de 1958 kilograme și de 1613 kg în afară lui. Graficul corespunzător scoate în evidență cantitățile de fosfor aferent fiecărei luni în parte. În anul 2011 cantitățile la intrarea și evacuarea din bazin au fost mai mici, înregistrându-se o medie anuală de 949 kg și 549 kg în anul 2012.

Cantitatea zilnică evacuata în tronsonul principal este estimată la 4,41 kg pentru anul 2010, 2,33 kg pentru anul 2011, iar pentru anul 2012 s-a estimat o cantitate foarte ridicată, de 56 kg pe zi înregistrată în luna iulie.

Cele 6 serii, conforme celor 3 ani, sunt foarte dispersate, cu coeficienți de variație mai mari de 100%. Distribuția datelor este asimetrică pozitivă, coefiecientul skewness având o valoare de 1,27 pentru anul 2010, 2,61 pentru anul 2011 și 3,46 pentru anul 2012.

Repartiția pe baza rezultatului de kurtosis pentru anul 2010 este platicurtică. ORGP_ÎN (0,71-3= < 0) și ORGP_OUȚ (2,61-3= <0). Pentru anul 2011 și 2012, repartițiile datelor de intrare în subbazin sunt platicurtice, iar pentru datele de ieșire repartițiile sunt leptocurtice, excesul E fiind mai mare ca 0.

3.8.3. Estimarea încărcării cu fosfor mineral

Modelul ArcSWAT a preconizat în mod convenabil pierderea de fosfor sub formă de fosfați, estimând media cantității lunare transportate de către apele răului în afara bazinului selectat. În graficele aferente se evidențiază tendința cantităților de fosfor organic. (figurile 3.46, 3.49 și 3.52). Acesta prezintă o tendință de încărcare mai mare în lunile martie-aprilie și iunie-august, corespunzătoare activităților agricole.

Pierderile anuale la evacuarea din subbazin au fost estimate la 563 kg în anul 2010, cu o tendință de scădere în anii 2011 și 2012, înregistrându-se valori de 206 kg, respectiv 142,5 kg. Cantitatea zilnică estimată la evacuare se încadrează în jurul valorii de 1,54 kg/zi.

Seriile simulate sunt foarte dispersate, cu coeficienți de variație peste 100%, în afară de anul 2012 unde am avut un coeficienți de variate de la intrare de 77,4%. Distribuția datelor pentru anii 2010 și 2011 este asimetrică pozitivă valorile coeficientului Skewness fiind mai mari ca 0, iar pentru anul 2012 la intrare se înregistrează o distribuție asimetrică negativă.

Excesul pe baza rezultatului kurtosis definește pentru anul 2010 o repartiție platicurtică coeficienții nedepășind valoarea de 2.61. În anii 2011 și 2012, la intrarea în subbazin avem distribuție platicurtică în timp ce la ieșire avem repartiție leptocurtică, valorile MINP_OUT fiind de 9.24 respectiv 8,27.

În scopul calibrării și pentru a putea demonstra unele supraevaluări ale modelului, modelarea necesită o comparație a parametrilor previzionați în SWAT, cu încărcările măsurate efectiv pentru această secțiune a bazinului hidrografic Călmățui.

CAPITOLUL IV

CONCLUZII

Lucrarea a prezentat un model ArcSWAT, realizat în bazinul hidrografic Călmățui, care a fost evaluat prin analizarea statistică a transportului de sedimente prognozat, a încărcărilor cu fosfor mineral și încărcării organice. Majoritatea încărcărilor cu substanțe din bazin se datorează factorului antropic, cea mai importantă sursă fiind activitatea agricolă, peste 70% din suprafață fiind dedicată terenurilor agricole.

Identificarea zonelor de risc unde se înregistrează valori crescute ale diferiților parametrii, ajută la o mai bună amplasare a secțiunilor de prelevare din rețeaua hidrografică.

Pe lângă o mai bună amplasare a punctelor de prelevare, [NUME_REDACTAT] Geografic bazat pe analiza datelor geospațiale oferă structurilor de gospodărire a apelor posibilitatea de îmbunătățire a bazei de monitoring complex al apelor și prognoza evoluției calității apelor.

O dată cu implementarea bazei de date, vizualizarea și identificarea tronsoanelor predispuse riscului se va face mult mai rapid și eficient. Se poate spune că implementarea programului ArcSwat creează premisele pentru realizarea unui sistem de monitoring integrat.

Rezultatele furnizate de programul ArcSwat prin modelare, au prezentat serii mult dispersate, cu coeficienți de variație de peste 100%. Toate distribuțiile seriilor modelate au prezentat o distribuție pozitivă orientate spre dreapta. Doar o singură distribuție și anume cea a fosforului mineral în anul 2012 a fost asimetrică negativă. Au fost identificate 4 distribuții leptocurtice, pentru valorile de evacuare ale ORGP_OUT și MINP_OUT, toate în anii 2011 și 2012.

Activitățile de cercetare viitoare vor compara valorile prognozate cu datele măsurate de la secțiunile de control pentru calitatea apei și de la punctele hidrometrice, la o scară extinsă a bazinului râului Călmățui, în măsura disponibilității acestora.

Bibliografie SELECTIVĂ

[NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT]-Ialomița- Plan management S.H. Buzau-Ialomita;

[NUME_REDACTAT], Îndrumar pentru cunoașterea naturii, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];

Conferința de la Geneva din 1961;

Dimitriu. G (2007), Sisteme informatice geografice GIS , [NUME_REDACTAT];

Gâștescu P. , Gruescu I.S., [NUME_REDACTAT], Ed. Academiei R.S.R., Bucuresti, 1973, p.25

J.T. Coppock, D.H. Rhind, History of G.I.S.;

Moore I.D. et colab., 1991; Hengl T. et colab., 2003;

P.W. Gassman, M. R. Reyes, C. H. Green, J. G. Arnold, [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT] Tool: Historical development, aplications and future research directions;

Ș. Iordache, Dunea. D., Modelarea numerica a calitatii apei intr-un bazin hidrografic, Note de [NUME_REDACTAT], 2013.

Ș. Iordache, Dunea. D., Sisteme avansate de monitorizare a mediului, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], 2012.

www.Esri.com;

www.rowater.ro/dabuzau

www.greenagenda.org ;

www.justice.gov.md (Regulament cu privire la cerințele de calitate ale apelor de suprafață);

www.anpm.ro

[NUME_REDACTAT] nr. 107/1996

USGS – U.S. [NUME_REDACTAT]

[NUME_REDACTAT]. – Poluarea apei; ibidem, pag. 400-434

ANEXE

Reprezentarea tematică a datelor geospațiale din B.H. [NUME_REDACTAT] DEM al B.H. [NUME_REDACTAT] hidrografică generată automat de către programul SWAT

Delimitarea B.H. Călmățui și a sub-bazinelor de către modelul SWAT

Vizualizarea rezultatelor modelării cotelor din DEM

Harta tematică cu încadrarea modului de utilizare a terenurilor

Harta tematică cu încadrarea tipurilor de sol

Rezultatul suprapunerii datelor în modelul SWAT

Rezultatul suprapunerii finale a datelor în modelul SWAT

Rezultatul reclasificării categoriilor de pantă

Vizualizarea definirii entităților HRU – analiza unităților de răspuns hidrologic

[NUME_REDACTAT] – delimitarea bazinului hidrografic Călmățui – planșa 1

[NUME_REDACTAT] – delimitarea bazinului hidrografic Călmățui – planșa 2

[NUME_REDACTAT] – delimitarea bazinului hidrografic Călmățui – planșa 3

Bibliografie SELECTIVĂ

[NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT]-Ialomița- Plan management S.H. Buzau-Ialomita;

[NUME_REDACTAT], Îndrumar pentru cunoașterea naturii, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];

Conferința de la Geneva din 1961;

Dimitriu. G (2007), Sisteme informatice geografice GIS , [NUME_REDACTAT];

Gâștescu P. , Gruescu I.S., [NUME_REDACTAT], Ed. Academiei R.S.R., Bucuresti, 1973, p.25

J.T. Coppock, D.H. Rhind, History of G.I.S.;

Moore I.D. et colab., 1991; Hengl T. et colab., 2003;

P.W. Gassman, M. R. Reyes, C. H. Green, J. G. Arnold, [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT] Tool: Historical development, aplications and future research directions;

Ș. Iordache, Dunea. D., Modelarea numerica a calitatii apei intr-un bazin hidrografic, Note de [NUME_REDACTAT], 2013.

Ș. Iordache, Dunea. D., Sisteme avansate de monitorizare a mediului, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], 2012.

www.Esri.com;

www.rowater.ro/dabuzau

www.greenagenda.org ;

www.justice.gov.md (Regulament cu privire la cerințele de calitate ale apelor de suprafață);

www.anpm.ro

[NUME_REDACTAT] nr. 107/1996

USGS – U.S. [NUME_REDACTAT]

[NUME_REDACTAT]. – Poluarea apei; ibidem, pag. 400-434