Schimbarile climatice [301667]
[anonimizat] a secetei in orase
Impactul schimbarilor climatice asupra infrastructurii urbane
Concepte noi in managementul apelor urbane
Sistemul de canalizare
Notiuni generale
Calitatea apelor uzate
Sisteme de monitorizare a [anonimizat]-epurare – Studiu de caz
Descrierea zonei de studiu
Evenimente pluviale deosebite
Repartitia cantitatilor de precipitatii pe suprafata Municipiului Bucuresti in fucntie de punctele cardinale
Evolutia indicatorilor de calitate in functie de anotimp
Evolutia indicatorilor de calitate in timpul evenimentelor pluviale majore
Repartitia indicatorilor de calitate pe interval in functie de timp (umed sau uscat)
Concluzii generale
Introducere
Schimbarea climatică a devenit una dintre problemele globale cele mai dificile de mediu cu care se confruntă omenirea. Încălzirea globală este produsă de activități sociale ca arderea combustibililor fosili și schimbările de utilizare a terenurilor, dar care au consecințe largi asupra așezărilor umane din întreaga lume. Deși este o [anonimizat], încălzirea globală este și o [anonimizat]. Zonele urbane sunt surse esențiale de gaze cu efect de seră. [anonimizat], sporind astfel impactul efectelor schimbărilor climatice. [anonimizat].
[anonimizat], [anonimizat]. Schimbările observate deja în criosferă vor continua și se vor amplifica în următoarele decenii.
[anonimizat] o intensificare a ciclului hidrologic. Această intensificare poate determina creșterea intensității și / sau a [anonimizat], cicloni la latitudinile medii sau furtuni tropicale. [anonimizat].
Rețeau de canalizare este supusă unor variabilități foarte mari. În timpul perioadelor uscate debitele și calitatea apei uzate reflectă comportamentul comunității. [anonimizat].
În ultima vreme multitudinea incertitudinilor asociate cu creșterea populației și schimbările climatice pun tot mai multă presiune asupra orașelor, aglomerările urbane au nevoie de sisteme flexibile, care să fie capabile să facă față neprevăzutului și să se adapteze noilor cerințe de mediu.
Rapoartele organizațiilor de mediu scot în evidență tot mai mult faptul că ne aflăm în pragul unei crize de apă, datorate deteriorării calității acesteia.
Schimbările climatice afectează în mod direct sistemele de canalizare în cazul în care apa este esențială pentru buna funcționare a acestora. În unele zone, sistemele de canalizare dependente de apă vor deveni tot mai dificil de întreținut și de operat.
Odată cu creșterea intensității precipitațiilor va crește și apariția inundațiilor, schimbările climatice vor impune costuri suplimentare în ceea ce privește drenarea apelor pluviale și construcțiile hidrotehnice ca baraje și diguri. Inundațiile urbane pot deteriora sistemul de infrastructură.
Este necesar ca proiectarea sistemele de alimentare cu apă și canalizare să se bazeze pe surse multiple de date și tehnici care țin cont de grade mai mari de incertitudine și variabilitate.
Schimbarile climatice
Definirea schimbarilor climatice
United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC, 1944) a definit schimbările climatice ca “schimbări ale climei ce sunt atribuite direct sau indirect activității umane și care determină modificarea compoziției atmosferei globale, suprapunându-se variabilității climatice naturale observate pe aceeași perioadă de timp”. Deci UNFCCC face distincția dintre “ schimbările climatice” datorate activității umane, care implică modificarea compoziției atmosferei și “variabilitatea climatică” ce este atribuită cauzelor naturale.
Intergovernmental Pannel on Climate Change (IPCC) – Comitetul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice – a fost înființat în 1988 de către Organizația Meteorologică Mondială (OMM) și Programul Națiunilor Unite pentru Mediu. Conform Administrației Naționale de Meteorologie, rolul IPCC este de a evalua, într-o manieră obiectivă și transparentă, informațiile științifice, tehnice și socio-economice relevante în vederea înțelegerii bazelor științifice ale riscului schimbării climei datorită activității umane, efectelor potențiale induse de schimbarea climei și opțiuni de adaptare și diminuare a acestor efecte.
IPCC a definit schimbarea climatică astfel: „o variație semnificativă din punct de vedere statistic fie în starea medie a climatului, fie în variabilitatea sa, care persistă o perioadă mai lungă de timp” și este datorată unor procese interne, presiunilor externe sau schimbărilor antropice majore în compoziția atmosferei și a utilizării terenurilor.
De asemenea, este acceptată și definiția Convenției Cadru a Națiunilor Unite asupra schimbărilor climatice: „schimbări de climat atribuite direct sau indirect unei activităti umane care alterează compoziția atmosferei la nivel global și care se adaugă variabilității naturale a climatului observat în cursul unor perioade comparabile”.
Factori care determina schimbarile climatice
Conform Raportului IPCC din 2007, sistemul climatic evoluează în timp sub influența dinamicii sale interne și datorită modificărilor factorilor externi care afectează climatul, factori numiți “forcing – uri”.
Forcing-ul radiativ (FR) este o masură a modului în care bilanțul radiativ al sistemului Pământ – Atmosferă este influențat când factorii care afectează climatul sunt alterați. Influența unui factor care poate determina o schimbare climatică (de exemplu: un gaz cu efect de seră) este adesea evaluată în termenii FR. Termenul de FR arată că factorii implicați modifică bilanțul radiativ și că acest bilanț este „împins” – forțat – de la starea normală („forcing”). FR se cuantifică prin rata modificării energiei raportată la unitatea de arie la limita superioară a atmosferei și se exprimă în W/m2. Când FR datorat unui factor sau grup de factori este pozitiv înseamnă că energia primită de sistemul Pământ – Atmosferă crește, ceea ce în final conduce la încălzirea sistemului. Invers, un FR negativ va conduce la răcirea sistemului.
Factorii externi includ fenomenele naturale cum ar fi variații în activitatea solară și erupțiile vulcanice precum și schimbările induse de activitatea umană.
Radiația solară are rolul cel mai important. Există trei moduri fundamentale prin care se poate schimba bilanțul radiativ al Pământului :
prin modificarea fracțiunii din radiația solară reflectată (a albedoului), aceasta petrecându-se datorită acoperirii cu nori, particulelor în suspensie din atmosferă (aerosolilor) sau acoperirii solului (vegetație, zăpadă, gheață);
datorită variațiilor radiației solare incidente ca urmare a modificărilor pe care le suferă orbita terestră sau activității solare însăși;
alterarea radiației de undă lungă emisă în spațiu de suprafața Pământului, de exemplu prin schimbarea concentrației gazelor cu efect de seră.
Climatul raspunde la răndul său la aceste schimbări fie direct, fie indirect, printr-o varietate de mecanisme de feed – back.
Cantitatea de energie solara care ajunge la limita superioară a atmosferei în fiecare secundă pe suprafața de 1 m2, în timpul zilei, este de circa 1370 W iar cantitatea de energie pe m2 și secundă, mediată pe întreg globul, este aproximativ ¼ din aceasta (342 W/m2). Circa 30% din radiația solară este reflectată înapoi în spațiu (Figura 5). Aproximativ 2/3 din această reflectivitate este datorată norilor și aerosolilor. Restul este reflectată de suprafețele acoperite cu zăpadă, gheață și deșert. Schimbarea dramatică a reflectivității aerosolilor intervine atunci când au loc erupții vulcanice majore. Acestea influențează climatul un an sau doi înainte de a fi antrenate la sol de precipitații. Unii aerosoli rezultați ca urmare a activităților umane reflectă de asemenea radiația solară.
Energia care nu este reflectată este absorbită de atmosfera terestră și suprafața Pământului (circa 240 W/m2). Pământul radiază la rândul lui cam aceeași cantitate în spațiu (radiație de undă lungă, în mod permanent). Pentru a emite această cantitate de energie temperatura corpului care emite, în acest caz Pământul, ar trebui sa aibă în medie – 19°C, mult mai puțin decât are Pământul în mod real (circa 14°C). Motivul pentru care suprafața Pământului este mult mai caldă îl reprezintă prezența gazelor cu efect de seră, așa numitul efectul de seră natural. Norii, pe de altă parte, exercită un efect similar cu cel al gazelor cu efect de seră. Totuși acest efect este compensat de reflectivitatea lor astfel încât, în medie, norii tind sa aibă efect de răcire asupra climatului, deși local poate fi perceput ca efect de încălzire. Activitățile umane, ca de exemplu, arderea combustibililor fosili, defrișările, etc., conduc la amplificarea efectului de seră.
Fig. Bilanțul radiativ la suprafața Pământului (IPCC, 2007)
Mecanismele de feed-back pot să amplifice (feed – back pozitiv) sau să diminueze (feed – back negativ) efectele schimbărilor climatice.
De exemplu, creșterea concentrației gazelor cu efect de seră are ca efect încălzirea climatului și topirea zăpezilor și a gheții. Aceasta face ca albedoul suprafeței Pământului să se micșoreze, suprafața sa devine mai închisă la culoare, ceea ce face ca ea să absoarbă mai multă energie solară. Urmează o topire mai accentuată și așa mai departe, într-un ciclu care se autoîntreține. În acest fel bucla feed – back–ului gheață – albedo amplifică încălzirea inițială datorită nivelului ridicat de gaze cu efect de seră.
Un alt exemplu este feed – back-ul datorat vaporilor de apă care poate fi destul de puternic. Pe măsură ce atmosfera se încălzește datorită creșterii cantității de gaze cu efect de seră, concentrația vaporilor de apă crește, conducând mai departe la accentuarea efectului de seră. Aceasta duce la o încălzire mai puternică care, la rândul ei, determină o creștere suplimentară a cantității de vapori de apă, într-un ciclu auto-întreținut.
Contributia activitatilor antropice la schimbarile climatice
O parte din componentele sistemului climatic, în primul rând oceanele și biosfera, afectează concentrația gazelor cu efect de seră din atmosferă. De e xemplu, plantele iau CO2 din atmosferă și îl convertesc, prin procesul de fotosinteză, în carbohidrați.
În epoca industrială, activitățile antropice au contribuit la creșterea concentrației gazelor cu efect de seră din atmosferă (Figura 6). Pe lângă aceasta, activitățile umane contribuie la schimbările climatice și prin modificarea concentrației aerosolilor și a acoperirii cu nori.
Cea mai mare contribuție o are arderea combustibililor fosili care eliberează CO2 în atmosferă. Impactul activităților antropice asupra climei este mult mai mare decât cel al proceselor naturale.
Fig. Concentrația atmosferică a celor mai importante gaze cu efect de seră
Principalii compuși, rezultați ai activității umane și care joacă un rol important pentru schimbările climatice sunt:
Dioxidul de carbon (CO2) – rezultat ca urmare a arderii combustibililor fosili utilizați în transporturi, fabricarea cimentului, încălzirea locuințelor, defrișări, etc. ; este eliberat de asemenea prin procese naturale;
Metanul (CH4) – rezultat al activităților agricole, distribuția gazului natural, depozitarea deseurilor; apare și în procese naturale, în special în zonele unde există mlaștini;
Oxizii de azot (N2O) – sunt emiși ca urmare a fertilizării cu azot și arderii combustibililor fosili; există și procese naturale în sol și oceane care eliberează (N2O);
Halocarbonii (combinații de fluor, clor, brom, hidrogen și carbon): în mod natural există în cantități foarte mici; principalii produși rezultați din activitatea umană sunt CFC11 și CFC12 (utilizați ca agenți de răcire și în alte procese industriale); concentrația lor a scăzut în ultimii ani ca rezultat al convențiilor internaționale privind protejarea stratului de ozon;
Ozonul (O3) – se produce și se distruge în mod continuu în atmosferă ca urmare a unor reacții chimice sub acțiunea radiațiilor UV; în troposferă, activitățile umane au condus la creșterea cantității de O3 prin eliberarea CO, N2O și a altor substanțe care reacționează chimic și produc O3;
Vaporii de apă – sunt considerați cel mai abundent și mai important „gaz” cu efect de seră; activitățile umane au numai o mică influență directă asupra cantității de vapori de apă din atmosferă; indirect, oamenii au potențialul de a afecta substanțial cantitatea de vapori de apă prin modificarea climatului: o atmosferă mai caldă conține mai mulți vapori de apă;
Aerosolii – unii sunt emiși direct în atmosferă în timp ce alții se formează din diferiți alți compuși; activitățile umane responsabile de prezența aerosolilor din atmosfera sunt:
arderea combustibililor fosili și arderea biomasei (ceea ce a făcut să crească concentrația compușilor cu sulf, a celor organici și a negrului de fum);
mineritul de suprafață;
alte procese industriale;
Sursele naturale de aerosoli sunt praful ridicat de la suprafața Pământului, spargerea valurilor, emisiile biogene și erupțiile vulcanice.
Efectele schimbarilor climatice
Conform Raportului IPCC din anul 2013, cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă a crescut cu peste 40% față de epoca preindustrială, iar cantitatea de metan s-a dublat ca urmare a activităților umane, contribuind astfel la intensificarea efectului de seră. Cantitatea mare de energie care apare ca urmare a intensificării efectului de seră este transportată în sistem de mișcările atmosferice și oceanice și poate determina geosistemul să evolueze spre o noua stare de referință, adică spre o noua climă.
Indexul anual al gazelor cu efect de sera (GES) elaborat de NOAA (SUA) arată că din 1990 până în 2013 forțajul radiativ al GES a crescut cu 34%, din care contribuția dioxidului de carbon acoperă 80%. Din 1880, până în 2012 temperatura medie globala a crescut cu 0.85oC. Temperatura medie în Europa a crescut chiar mai mult, cu aproape 1oC, tendința crescătoare cea mai accentuată înregistrându-se în ultimele decenii (IPCC 2013). Din primii 15 ani considerați cei mai călduroși, din observațiile disponibile începând cu a doua jumatate a secolului XIX, 14 s-au înregistrat în secolul XXI. Anii 2014, 2010, 2005 și 1998 au fost cei mai călduroși, cu mențiunea că în cazul anului 1998, amprenta fazei pozitive a ENSO a fost importantă în stabilirea recordului. Anul 2014 nu a beneficiat însă de contribuția fazei pozitive a ENSO. Începând cu a doua jumătate a secolului XX nu doar temperatura aerului la suprafața terestră a crescut, observațiile indică o încălzire a întregii troposferei, stratul cel mai consistent al atmosferei din punct de vedere al masei și locul de producere al principalelor fenomene de vreme și clima. În același timp s-a observat că frecvența și intensitatea unor fenomene meteo extreme au crescut, începând din 1950. Frecvența valurilor de căldură a crescut în mare parte din Europa, Australia și Asia. Conform IPCC 2013 din ce în ce mai multe episoade cu precipitații abundente s-au înregistrat în multe regiuni continentale în special în Europa și America de Nord. Nu doar troposfera se încălzește, ci și oceanul planetar, după cum arată observațiile. Mai mult de 90% din energia reținută în sistem prin intensificarea efectului de seră, începând cu 1971 până în 2010, a fost înmagazinată în oceanul planetar. Criosfera a fost și este și ea afectată de încălzirea globală. Învelișurile de gheață ale Groelandei și Antarticii de Vest și-au redus din masă, cei mai mulți ghețari continentali s-au diminuat, iar aria acoperită de gheața marină din Arctica are o tendință puternică de scădere. Stratul continental de zăpadă sezonieră s-a redus, mai ales în lunile de primăvară. Nivelul oceanului planetar a crescut cu 19 cm în intervalul 1901 – 2010.
Fig. Efectele schimbărilor climatice în Europa
Schimbarea climei modifică atât valorile medii cât și valorile extreme ale principalelor variabile. Fenomenele extreme legate de variabilitatea și schimbarea climatică stau la originea unor tipuri de dezastre naturale.
Figura 3 – Numărul de apariție a inundaților pentru fiecare țară în perioada 1974 – 2003 (sursa:EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database – www.emdat.be, Université Catholique de Louvain, Brussels (Belgium))
Efectele schimbărilor climatice sunt vizibile în lumea întreagă după cum urmează:
a) Numărul dezastrelor naturale a crescut atât în Europa, cât și pe celelalte continente:
Figura 5 – Evoluția numărului de dezastre naturale (sursa:EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database – www.emdat.be, Université Catholique de Louvain, Brussels (Belgium))
b) Numărul dezastrelor cauzate de fenomenele climatologice, hidrologice și meteorologice au un trend crescător:
Figura 6 – Evoluția numărului de dezastre provocate de fenomene climatologice (sursa:EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database – www.emdat.be, Université Catholique de Louvain, Brussels (Belgium))
Figura 7 – Evoluția numărului de dezastre provocate de fenomene hidrologice (sursa:EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database – www.emdat.be, Université Catholique de Louvain, Brussels (Belgium))
Figura 8 – Evoluția numărului de dezastre provocate de fenomene meteorologice (sursa:EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database – www.emdat.be, Université Catholique de Louvain, Brussels (Belgium))
c) Numărul dezastrelor cauzate de inundații, fenomene meteorologice extreme și secetă au crescut semnificativ în ultimii 50 de ani:
Figura 9 – Evoluția numărului de dezastre provocate de inundații, furtuni și secetă (sursa:EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database – www.emdat.be, Université Catholique de Louvain, Brussels (Belgium))
Estimari legate de schimbarile climatice
Cantitatea de precipitații și configurațiile sale, la nivel global, se așteaptă să se modifice până la sfarșitul acestui secol, cu mari diferențe regionale care vor accentua contrastele între regiunile aride și umede. Schimbările observate deja în criosferă vor continua și se vor amplifica în următoarele decenii.
Rezultatele modelelor numerice, sugerează și o intensificare a ciclului hidrologic. Această intensificare poate determina creșterea intensității și / sau a frecvenței unor fenomene extreme cum ar fi secete, inundații, cicloni la latitudinile medii sau furtuni tropicale. De asemenea valurile de căldură se vor produce cu frecvență sporită, vor fi mai persistente și mai intense pe continente.
În scopul simulării condițiilor climatice pentru secolul XXI au fost elaborate o serie de scenarii referitoare la evoluția viitoare a condițiilor fizice, a celor sociale (creștere demografică, etc.) și economice, printre care și a concentrației dioxidului de carbon. Scopul dezvoltării unor astfel de scenarii este să se elimine cât mai mult din incertitudinile privind condițiile viitoare de evoluție a climei și de a lega ceea ce se cunoaște despre climă cu ceea ce ne putem aștepta în viitor. În continuare sunt prezentate principalele scenarii luate în considerare de IPCC:
• Scenariul A1B – descrie o lume viitoare caracterizată de o creștere economică foarte rapidă, de un maxim al creșterii populației globului la mijlocul secolului XXI, de introducerea rapidă de tehnologii noi și eficiente. Se va intensifica de asemenea interacțiunea culturală și socială, între regiuni va exista convergență iar diferitele surse de energie vor fi folosite echilibrat.
• Scenariul A2 – corespunde unei societăți foarte eterogene, în care se pastrează identitățile locale. Se presupune o creștere continuă a populației și o dezvoltare economică cu un caracter preponderent regional.
• Scenariul B1 – descrie o societate convergentă a carei creștere a populației înregistrează un maxim la mijlocul secolului XXI ca și în cazul scenariului A1B. Spre deosebire de acesta, în cazul scenariului B1 se presupune că se va produce o dezvoltare economică rapidă, cu concentrări pe servicii și informație, pe introducerea de tehnologii curate și eficiente.
Fig. Încălzirea globală a suprafeței Pământului pentru diferite scenarii climatice (B1, A1B și A2) și pentru diferite perioade de timp (2011 – 2030; 2046 – 2065 și 2080 – 2099) – IPCC, 2007
Câteva din concluziile raportului IPCC din 2007,au fost sintetizate astfel:
– Cantitățile de precipitații la nivel global vor crește, cu mari diferențieri regionale: scăderi și creșteri cuprinse între 5-20%;
– Temperatura medie globala va crește cu 1.4-5.8 oC , în funcție de scenariul de emisie, fiind cu 2-10 ori mai mare față de încălzirea din secolul trecut; deasupra uscatului încălzirea este mai pronunțată decât media globala (la latitudinile înalte iarna: nordul Americii de Nord, nordul și centrul Asiei); încalzire sub media globală în sudul și sud-estul Asiei (vara) și sudul Americii de Sud(iarna);
– Cantitățile de precipitații la nivel global vor crește, cu mari diferențieri regionale: scăderi și creșteri cuprinse între 5-20%;
– Zilele foarte calde vor fi mai frecvente iar zilele foarte reci mai puțin frecvente;
– Schimbarea climei conduce la schimbări în circulația atmosferică care la rândul ei conduce la schimbări în frecvența și amplitudinea unor evenimente extreme de vreme;
– Va crește amplitudinea și frecvența precipitațiilor extreme în multe regiuni dupa cum va crește de asemenea și frecvența secetelor (temperaturile ridicate și evapotranspirația nu sunt compensate de creșterea precipitațiilor).
Fig. a)Evenimente extreme:intensitatea precipitațiilor pentru diferite scenarii climatice – proiecții pentru 2090
Fig. c)Evenimente extreme: numărul de zile fără precipitații pentru diferite scenarii climatice – proiecții pentru 2090
Fig. b)Intensitatea precipitațiilor-Repartiția lor spațială pentru o medie de 20 ani (2080 – 2099 / 1980 – 1999 pentru scenariul A1B) – IPCC, 2007
Fig. d)Numărul de zile fără precipitații -Repartiția lor spațială pentru o medie de 20 ani (2080 – 2099 / 1980 – 1999 pentru scenariul A1B) – IPCC, 2007
Tendinte climatice in Romania
Pentru investigarea schimbărilor în regimul de precipitații și temperaturi din România, a fost realizată o analiză a seriilor de date zilnice de la toate stațiile meteorologice din rețeau Administrației Naționale de Meteorologie pentru intervalul de timp cuprins între anii 1961 – 2013.
Variabilele meteorologice luate în considerare au fost:
Minima, maxima și media temperaturii aerului (oC) : 150 stații;
Cantitatea de precipitații (mm): 188 de stații și posturi pluviometrice;
Numarul de ore de strălucire a Soarelui (h): 135 stații;
Viteza vântului (m/s): 149 stații.
Stațiile sunt situate la altitudini cuprinse între 1 și 2506 m peste nivelul mării, prezentând o bună acoperire atât din punct de vedere spațial, cât și altitudinal.
Fig. Distributia spatiala a statiilor si posturilor meteo folosite in studiu (Sursa:
În urma analizelor efectuate au rezultat urmatoarele:
– S-a constatat o creștere semnificativă toamna a cantităților de precipitații.
– Temperatura medie a aerului prezintă exclusiv tendințe de creștere, semnificative statistic pe tot teritoriul României în timpul primăverii și verii. În timpul iernii sunt tendințe de creștere a temperaturii aerului în zona central și de nord- est a țării. Toamna este singurul anotimp stabil din punct de vedere al temperaturii. (Figura 9).
– Numărul de ore de strălucire a Soarelui prezintă un trend crescător pe suprafețe extinse ale României în timpul iernii, în special în partea de sud a țării. Semnalul creșterii duratei de strălucire a Soarelui este prezent pe întreg cuprinsul țării primăvara și vara, la fel ca în cazul temperaturii aerului.
Tendințe anotimpuale ale temperaturii medii a aerului (1961 – 2013). Tendințele semnificative de creștere sunt simbolizate cu triunghiuri roșii.
– Viteza vântului prezintă schimbări majore în evoluția pe termen lung. Un procent de 93% din totalul stațiilor prezintă tendințe de scădere în viteza medie anuală a vântului.
– La 40% din stații s-a constatat o tendință de scădere a numărului de zile cu strat de zăpadă, iar la 20% din stații grosimea medie a stratului mediu de zăpadă este în scădere.
Tendințele în grosimea medie a stratului de zăpadă (stânga) și în numărul de zile cu strat de zăpadă (dreapta), pentru intervalul 1961 – 2010.
Proiectiile viitoare pentru precipitatiile extreme indica pentru mijlocul secolului (2021 – 2050), comparativ cu perioada de referinta (1971 – 2000), o crestere a frecventei de aparitie a episoadelor cu precipitatii care depasesc in 24 de ore cantitatea de 20 l/m2. Tendinta este de crestere si in cazul numarului de zile definite ca apartinand valurilor de caldura. Aceste cresteri sunt mai accentuate in regiunile extracarpatice din sudul, sud-estul si vestul tarii.[carte anm]
Riscuri si adaptari la schimbarile climatice
Schimbarea climei modifică atât valorile medii cât și valorile extreme ale principalelor variabile. Fenomenele extreme legate de variabilitatea și schimbarea climatică stau la originea unor tipuri de dezastre naturale. Uniunea Europeană are un mecanism pentru protecția civilă care se referă la un component de prevenire a dezastrelor naturale și a celor provocate de om, evaluând riscurile asociate acestora și urmărind reducerea acestora. Acțiunile de prevenire trebuie să fie corelate cu acțiunile de pregătire și răspuns la dezastre, prin încurajarea unui schimb de informații între nivelurile administrative din interiorul unui stat, dar și între statele membre, pentru a folosi eficiet resursele și a evita dublarea eforturilor.
Eforturile la nivelul Uniunii Europene privind gestionarea situațiilor de urgență provocate de dezastre naturale și produse de om vizează aspecte legate de :
Extinderea studiilor de caz privind evenimentele deosebite, înregistrate în trecut, atât din punct de vedere al hazardurilor căt și al impactului socio-economic;
Extinderea și standardizarea seturilor de date și a informațiilor georeferențiate privind hazardurile și consecințele lor la nivel regional și național conform unor metodologii comune;
Realizarea de hărți de risc, hărți de impact și construirea de sisteme de avertizare în timp real pentru hazarduri cu potențial distructiv.
În calitate de membru al Uniunii Europene, România, s-a angajat să respecte cerințele acestui mecanism.
Principalele efecte și amenințări produse de schimbările climatice-inclusiv evenimentele extreme valuri de căldură, secetă, viituriși alte asemenea.- trebuie să fie identificate și cuantificate pentru fiecare din aceste sectoare prioritare, și în același timp trebuie identificate și oportunitățile de adaptare ale acestor sectoare la efectele schimbărilor climatice care pot fi semnificative și care, adesea, sunt trecute cu vederea de către factorii de decizie. Trebuie efectuate, de asemenea, analize inter-sectoriale, precum identificarea asemănărilor și a diferențelor observate și a celor preconizate între sectoare.
Cercetările anterioare, precum și punctele de vedere exprimate de factorii interesați în timpul interviurilor indică o mare probabilitate ca perioadele cu regim pluviometric intens să conducă la accentuarea fenomenelor de eroziune și a alunecărilor de teren, pierderea de materie organică din sol, aceasta conducând la o scădere dramatică a producției agricole, riscul creșterii frecvenței producerii inundațiilor și în special a celor de tip flash flood și altor asemenea. Un alt aspect semnalat îl reprezintă riscul scăderii volumelor de apă disponibile pentru producerea de hidroenergie cât și a celor de apă de răcire pentru termocentrale și centrala nucleară, în special în timpul verilor cu temperaturi foarte ridicate. Riscul perturbărilor în livrarea energiei electrice va crește, deoarece temperaturile foarte mari din timpul verii vor conduce la creșterea cerinței de aer condiționat. Riscul creșterii frecvenței producerii inundațiilor precum și a magnitudinii acestora amenință viața oamenilor, conduce la pierderea bunurilor acestora dar și la creșterea pagubelor materiale în toate sectoarele economice putând să aibă și importante efecte sociale, de mediu, sănătate.
Amenințările generale ale schimbărilor climatice:
– creșterea riscului de producere de alunecări de teren;
– modificarea caracteristicilor materialelor de construcție și a fundațiilor construcțiilor;
– afectarea construcțiilor datorită intensității sporite a furtunilor, a alunecărilor de teren și a eroziunii zonei costiere;
– pierderea stabilității construcțiilor existente în zone denivelate, pe terenuri sensibile la umiditate sau în zone inundabile;
– afectarea localităților și a infrastructurii prin creșterea frecvenței apariției inundațiilor;
– scăderea gradului de confort a populației prin temperature foarte ridicate;
– creșterea consumului de energie pe timp de vară, datorate echipamentelor de răcire, implicit și creșterea utilizării resurselor de producere a energiei;
– creșterea neuniformizării gradului de comfort al clădirilor datorită costurilor ridicate ale materialelor și soluțiilor de izolare termică.
Adaptarea la efectele schimbărilor climatice este capacitatea sistemelor naturale și antropogenice de a reacționa la efectele schimbărilor climatice, actuale sau așteptate, inclusiv variabilitatea climei și evenimentele meteorologice extreme, cu scopul de a reduce pagubele potențiale, de a beneficia de oportunități și de a reacționa adecvat la consecințele schimbărilor climatice, având în vedere faptul că societatea și ecosistemele resimt efectul individual și cumulat al tuturor acestor componente.
Există mai multe tipuri de adaptare:
anticipativă și reactivă;
privată și publică;
autonomă și programată.
Adaptarea la efectele schimbărilor climatice este un proces complex, datorită faptului că gravitatea efectelor variază de la o regiune la alta, în funcție de expunere, vulnerabilitatea fizică, capacitatea naturală și umană de adaptare, gradul de dezvoltare socio-economică, serviciile de sănătate și mecanismele de monitorizare a dezastrelor. Provocarea pentru adaptare constă în creșterea rezistenței sistemelor economice și ecologice și reducerea vulnerabilității lor la efectele schimbărilor climatice. Totodată măsurile adoptate în domeniul adaptării la efectele schimbărilor climatice vor asigura un beneficiu maxim al efectelor pozitive pe care le generează procesul de încălzire globală.
Adaptarea necesită acțiuni la toate nivelurile – local, regional, național și internațional – și în toate sectoarele.
Recomandări și măsuri de adaptare la schimbările climatice:
– promovarea unor sisteme de prevenire și intervenție rapidă eficientă în cazul apariției fenomenelor meteorologice extreme;
– minimizarea riscului provocat de perioadele de căldură excesivă, prin sporirea suprafețelor spațiilor verzi și asigurarea apei pentru spațiile verzi;
– redimensionarea sistemului de canalizare și divizarea acestuia pentru a putea prelua surplusul de apǎ provenit din ploile intense cǎzute în intravilan și reducerea cheltuielilor de epurare;
– dezvoltarea unor pavaje adecvate, care sǎ asigure infiltrarea apei pluviale la nivelul trotuarelor, platformelor pietonale, pentru parcare și pentru depozitare;
– dezvoltarea standardelor de construcție pentu clǎdiri verzi, care sǎ asigure stocarea și refolosirea apei pluviale, economisirea apei prin instalații eficiente și dezvoltarea spațiilor verzi la nivelul teraselor;
– promovarea de materiale și soluții constructive adecvate potențialelor efecte ale schimbărilor climatice;
– dezvoltarea standardelor și soluțiilor constructive pentru îmbunătățirea performanțelor de izolare termică a construcțiilor, în vederea eficientizării consumului de energie;
– extinderea aplicării tehnologiilor și practicilor de utilizare a surselor de energie regenerabilă pentru asigurarea utilităților necesare;
– implementarea conceptelor moderne de arhitectură pentru realizarea construcțiilor cu potential maxim de utilizare a surselor de energie regenerabilă;
– promovarea unor programe de formare profesională și conștientizare publică necesare aplicării măsurilor de adaptare identificate și a unor programe de formare profesională pentru arhitecți pe tema asigurării rezilienței clădirilor la efectele schimbărilor climatice.
Schimbările climatice aduc și noi oportunități de dezvoltare, materiale noi și produse rezistente la efectele schimbărilor climatice.
Schimbarile climatice si mediul urban
Mediul urban
Orașele ocupă de mult timp un loc important în societate, ca centre de comerț, cultură și putere politică. La nivel global, în orașe trăiesc 53% din populația lumii și se estimează că aceasta este responsabilă pentru 70% din emisiile mondiale de gaze cu efect de seră. Tendința de urbanizare va continua și până în anul 2050, se prevede că 80% din populația globului va locui în zonele urbane.
Schimbările climatice reprezintă o nouă amenințare pentru viața din zonele urbane. Unele orașe vor suferi foarte mult ca urmare a schimbărilor climatice. Aceasta ar putea agrava inegalitățile sociale: de cele mai multe ori zonele sărace sunt cele mai expuse riscurilor și acestea nu au resursele necesare pentru a se adapta.
Zonele urbane se vor confrunta cu creșterea frecvenței și intensității ploilor, furtuni, secete, valuri de căldură și alte fenomene meteorologice extreme.
Din cauza schimbărilor climatice, gruparea unui număr mare de persoane și activitatea economică intensă creează, de asemenea, vulnerabilități. Zonele urbane pot fi afectate inclusiv atunci când impactul schimbărilor climatice se manifestă la mare distanță în afara orașului, acestea pot afecta sisteme esențiale cum ar fi alimentarea cu apă sau energie, cruciale pentru viața din oraș. De exemplu, orașele New York și Washington se bazează pe apa de la Delaware și Potomac.
Delaware – New York Portland – Washington
Mediul urban are multe legături cu schimbările climatice: în centrele urbane se concentrează industrii, transporturi, gospodării și mulți dintre emițătorii de gaze cu efect de seră, acestea sunt afectate de schimbările climatice și ele sunt surse de inițiative politice și acțiuni care vizează reducerea emisiilor și adaptarea la schimbările climatice. (Fig. 5)
Fig. Centrele urbane și schimbările climatice, un cadru integrat
Potrivit statisticilor, populația urbană la nivel mondial s-a dublat în ultimii 50 de ani și se estimează că la nivelul anului 2030 două treimi din populația globului va locui în orașe. Creșterea densității populației, dezvoltarea,infrastructura specifică, modul de viață, dinamica costurilor, diversitatea etnică și culturală sunt elementele care pot fi vulnerabile la efectele schimbărilor climatice.
Datorită particularității de “spațiu închis” pe care îl reprezintă mediul urban, temperaturile din aceste zone vor fi mai ridicate decât cele din spațiu rural.
Fig. Modificări anuale de temperatură, pe timpul iernii și al verii în Europa 1850–2000
Unul din cele mai evidente efecte ale creșterii gradului de urbanizare este „ Insula de Căldură”, fenomen ce se manifestă prin diferențe semnificative între valorile de temperatură ale aerului din zonele urbane dens construite și cele din mediul rural. Fenomenul a fost identificat de meteorologi pentru prima oară în 1833 la Londra. Cauzele fenomenului trebuie căutate în principal în modificarea valorii albedo-ului, ca urmare a reducerii suprafețelor plantate și a înlocuirii cu suprafețe din beton sau asfalt, modificarea direcției și vitezei curenților de aer în zonele dens construite și nu în ultimul rând, în căldura antropică degajată prin funcționarea industriilor și a mijloacelor de transport.
O soluție care poate fi încadrată în ambele categorii, întrucât răspunde atât dezideratului referitor la confortul urban, cât și la nivelul clădirii și din acest motiv se bucură de mare interes în marile metropole ale lumii, constă în integrarea suprafețelor înverzite în arhitectura clădirilor, respectiv a acoperișurilor și fațadelor. Prin introducerea acestor sisteme tip suprafețe înverzite se modifică raportul între suprafața cu beton sau asfalt și suprafața plantată, nemodificând modul de gestionare a terenului afectat construcțiilor. Acoperișurile verzi cunosc o mai mare extindere și popularitate fiind mai ușor de aplicat din punct de vedere tehnologic. Primul loc privind adoptarea soluțiilor tip terasă înverzită îl ocupă Germania, urmată îndeaproape de marile metropole ale lumii, de la New York la Tokyo și Singapore.
Acoperișurile înverzite sunt caracterizate de prezența vegetației în stratul expus radiației solare și pot fi înclinate sau de tip terasă având straturi cu funcțiuni specifice. Inerția termică a stratului vegetal contribuie la evitarea supraîncălzirii și asigurarea condițiilor de confort în anotimpul cald.
Fig. Acoperiș verde în Tokyo
Impactul principal al schimbărilor climatice asupra zonelor urbane, infrastructurii și construcțiilor este legat, în principal, de efectele evenimentelor meteorologice extreme, precum valurile de căldură, cǎderi abundente de zăpadǎ, furtuni, inundații, creșterea instabilității versanților și modificarea unor proprietăți geofizice. Astfel planificarea urbană și proiectarea unei infrastructuri adecvate joacă un rol important în minimizarea impactului schimbărilor climatice și reducerea riscului asupra mediului antropic.
Planificarea teritoriului poate oferi un cadru integrat ce permite conexiuni între vulnerabilitate, evaluarea riscului și adaptare, putând conduce la identificarea celor mai eficiente opțiuni de acțiune.
Orașele din Europa sunt centre vitale ale activității economice, de inovare, ocuparea forței de muncă și a populației. Ele sunt piatra de temelie pentru puterea economică și bunăstarea Europei și cheia pentru prosperitatea viitoare a Europei. Orașele sunt, prin urmare, un element cheie al acțiunii de adaptare.
Multe orașe europene se confruntă cu probleme și dificultăți cum ar fi suprapopularea, învechirea infrastructurii, congestionarea traficului și concurența acerbă a serviciilor. Astfel de presiuni pot duce la probleme sociale legate de somaj în zonele urbane și probleme de mediu cum ar fi poluarea provenită din transporturi și industrie. Aceste probleme afectează de cele mai multe ori o arie mult mai largă decât cea a orașului în sine care are nevoie de energie, de gestionarea deșurilor și de alte resurse cum ar fi captarea și transportul apei din zone care depășesc granița administrativă a localității.
Multe dintre aceste provocări sunt de așteptat să crească în viitor pe măsură ce orașele continuă să crească în dimensiune. De exemplu, Auditul Urban 3, o colecție de informații cantitative cu privire la calitatea vieții în orașele europene, arată o creștere considerabilă a populației în toate orașele europene și această tendință continuă să crească. Agenția Europeană de Mediu (EEA), în raportul "Starea mediului 2010" sugerează că aproximativ 80% din populația Europei va trăi în zone urbane până în 2020. Orașele nu vor fi doar mai mari; ele vor experimenta, de asemenea, schimbări demografice, cum ar fi îmbătrânirea populației. Aceste modificări vor duce la creșterea vulnerabilităților și amenințărilor la adresa calității vieții urbane, competitivității economice, sănătății și biodiversității urbane.
Schimbările climatice reprezintă o provocare în plus pentru orașele europene. Amenințările majore pentru orașele europene sunt efectele rezultate din inundații, valuri de căldură și deficitul de apă (sau seceta), cuplat cu efecte costiere pentru acele orașe aflate în locații vulnerabile. În plus, schimbările climatice pot amplifica provocările socio-economice preexistente cu care se confruntă orașele. Schimbările climatice vor agrava riscurile existente și vor conduce la riscuri și amenințări noi. În unele cazuri, schimbările climatice vor prezenta, de asemenea, oportunități economice, sociale și de mediu; cu toate acestea, dovezile din „Grupul interguvernamental privind schimbările climatice” (IPCC) sugerează că aceste oportunități sunt puțin probabil să fie distribuite uniform în întreaga Europă. Aceasta direcție aduce din ce în ce mai multe inițiative politice și de cercetare în Europa. Pe baza unei analize a literaturii de specialitate disponibile, principalele efecte ale schimbărilor climatice pentru regiunile și orașele europene pot fi rezumate după cum urmează:
Europa de Sud: mai mult valuri de căldură, secetă și deficit de apă ;
Europa Centrală și de Est: mai multă secetă, valuri de căldură și inundații ;
Europa de Nord: mai multe daune produse de viscole și inundații ;
Zonele montane: mai multe riscuri naturale, inclusiv inundații și căderi de pietre ;
Zonele de coastă: creșterea nivelului mării și creșterea frecvenței furtunilor.
Cu toate acestea, natura specifică a orașului în sine va conduce spre vulnerabilități specifice care vor necesita măsuri adaptate pentru a satisface nevoile distincte ale acestuia. Analizând relațiile dintre adaptare și atenuare putem descoperi metode eficiente de implementare pentru ca aceste două soluții să se combine cat mai eficient. Cu toate acestea, această sinergie nu garantează ca resursele sunt folosite în cel mai eficient mod cu putință atunci când căutăm să reducem riscul de schimbări climatice (Klein et al., 20077).
Sinergiile dintre adaptarea la schimbările climatice și acțiunile de atenuare sunt interesante în mod special în mediul urban. În unele cazuri cele două pot fi în opoziție directă, deoarece poate fi dificil, de exemplu, de a combina acoperisuri verzi si panouri solare pe o singură clădire. Cu toate acestea, în multe cazuri, adaptarea și atenuarea sunt compatibile.
Impactul caldurii asupra oraselor
Valurile de căldură sunt cel mai important hazard climatic în ultimii zeci de ani, cauzând numeroase fatalități la nivelul Europei. (EEA, 2010). Dovezile sugerează că este foarte probabil ca lungimea, frecvența și/sau intensitatea valurilor de căldură să crească (IPCC SREX, 2011). Rata de creștere a temperaturilor în următorii ani ar putea fi mai importantă decât valorile minime și maxime înregistrate.
Impactul valurilor de căldură este mai puternic în orașe datorită efectului de Insulă urbană de căldură (UHI) care se caracterizează prin creșterea temperaturii aerului urban comparativ cu zonele rurale din împrejurimi. Zilele toride fără o perioadă de recuperare oferită de noptile răcoroase duc la epuizare și la efecte adverse asupra sănătății (Grize et al., 2005; Kovats and Hajat, 2008; Dousset et al., 2011). Pe lângă impactul asupra sănătății aceste fenomene afectează productivitatea, așa cum se arată într-un studiu german, care sugerează că temperaturile ridicate reduc performanța de lucru având ca rezultat pierderea a 0,1% pana la 0.5% din PIB. (Hübler et al., 2008).
Au fost observate, de asemenea, o gamă de efecte secundare ale valurilor de căldură cum ar fi cererea de energie electrică și perioada de vârf a consumului de energie, diminuarea calității aerului și performanțele scăzute ale elementelor cheie de infrastructură, ceea ce implică noi probleme pentru centrele urbane. Temperaturile ridicate se pot combina cu alte condiții defavorabile, cum ar fi seceta, ducând la un impact și mai mare asupra infrastructurii. În anul 2009 peste 180 de conducte de apa au fost raportate ca fiind sparte în Nicosia, Cipru din cauza temperaturilor ridicate și a diferențelor extreme de presiuni dintre orarul de distribuție a apei, exacerbând astfel deficitul de apă (Cyprus News Report, 200914).
Insulele urbane de căldură apar ca urmare a caracteristicilor centrelor urbane : spații verzi puține și o proporție ridicată de suprafețe artificiale, activități ale oamenilor și degajarea de căldură adițională clădirilor, reducerea advecției de căldură datorată formei și structurii spațiilor construite etc. Posibile impacturi ale căldurii în orașele europene sunt prezentate în Fig. 11 (EEA, 2012) care reprezintă o suprapunere a densității populației cu proporția de spații verzi/albastre din zonele urbane majore ale Europei.
Fig. Ponderea spațiilor verzi și albastre din orașe, combinate cu densitatea populației
Orașele din nordul Europei sunt potențial expuse la efectele negative ale valurilor de căldură aupra sănătății umane ca și țările din sudul Europei, având în vedere diferitele praguri de căldură și nivelurile de aclimatizare a populațiilor locale.
Impactul inundatiilor in orase
În termeni de pierderi economice, inundațiile și furtunile sunt cele mai importante hazarde naturale în Europa. Inundațiile se pot solda cu pierderi de vieți omenești, pierderea sau avarierea infrastructurii, a zonelor rezidențiale și comerciale și, de asemenea, cresc riscul de poluare și de răspândire a bolilor prin intermediul apei din inundații. Inundațiile sunt un risc potențial în toate regiunile Europei și este influențat nu numai de schimbările pe termen lung ale climei, dar și de topografie, de caracteristicile mediului construit, de variabilitatea vremii și a evenimentelor extreme.
Fig. Inundație Elveția, Iunie 2013
Natura impactului inundațiilor este, de asemenea, rezultatul unor vulnerabilități existente la nivelul fiecărui oraș ( care pot fi influențate de caracteristici socio-economice sau demografice) și de tipul inundației. Inundațiile în zonele urbane pot fi fluviale (ieșiri din matcă ale râurilor), pluviale (cel mai adesea rezultatul ploilor abundente) sau costiere (adesea legate de furtuni). Inundațiile pluviale pot fi privite ca o inundație a sistemului de canalizare ( conductele subdimensionate intră în presiune în timpul perioadelor de precipitații extreme), iar perioadele prelungite de precipitații abundente pot duce la inundații provocate de apele subterane. Datorită faptului că un set complex de fenomene meteorologice, hidrologice și umane combinate într-un loc influențează impactul inundațiilor care apar, caracteristicile locale ale orașelor tind sa fie mai importante decât caracteristicile regionale (EEA, 2012).
Previziunile debitelor râurilor arată că schimbările climatice tind să crească riscul și intensitatea inundațiilor provocate de râuri pentru o mare parte a Europei (EEA, 2012). Unele scenarii indică faptul că între 250.000 și 400.000 de oameni noi vor fi afectați pe an, în Europa, de inundații ale râurilor până în anul 2080, cei mai multi dintre ei fiind locuitori din zonele urbane (Ciscar et al., 2011). Creșterea precipitațiilor intense preconizate în nordul Europei pot duce la creșterea frecvenței și severității inundațiilor în zonele urbane dacă alți factori urbani nu se îmbunătățesc.
Inundațiile sunt o problemă cu care orașele se confruntă de secole, iar managamentul riscului de inundații ocupă un loc important în centrele urbane de mulți ani. Cu toate acestea, schimbările climatice pot schimba atât frecvența, tipul cât și severitatea viitoarelor inundații, deci abordările managementului de inundații ar trebui sa fie reinnoite și adaptate pentru a face față noului model de inundații.
Factorii care pot crește riscul inundațiilor urbane sunt (EEA, 2012):
Locația orașelor în câmpii cu potențial de inundare, de-a lungul râurilor sau în zone joase costiere;
Proporția relativă a suprafețelor impermeabile (gradul de impermeabilizare al solului);
Sistemul de canalizare invechit care nu a ținut pasul cu dezvoltarea zonei urbane;
Abordările convenționale ale sistemului de canalizare care are tendința de a transporta apa cât mai rapid posibil prin conducte subterane;
Întreținerea neadecvată a canalelor de scurgere care ar trebui curâțate de depuneri și de deșeuri solide;
Descărcarea inadecvată a apei în exces în sisteme regionale de apa, în special în zonele de deltă.
Impactul lipsei de apa si a secetei in orase
Apa curată este o necesitate primară pentru orice societate și disponibilitatea ei permanentă la un volum suficient este o necesitate socială și economică. Ca zone cu densitate ridicată a populației și a activității economice, orașele prezintă un nivel ridicat de cererea de apă și, prin urmare, de multe ori se bazează pe alte regiuni pentru a le furniza apa necesară. Deficitul de apă și seceta nu sunt exclusive pentru zonele mai uscate din Europa, ele devenind o problemă și în multe alte regiuni. Resursele de apă ale Europei sunt așteptate să scadă ca urmare a creșterii dezechilibrului dintre cererea de apă și resursele existente (EEA, 2012). Acest dezechilibru este dat atât de disponibilitatea resursei de apă (ex. precipitații, apă subterană, ghețari) cât și de modul de utilizare al apei, care este influențat de o combinație între mediul social, economic și comportamentul utilizatorului final. Seceta apare atunci se produce o scădere a rezervelor de apă și poate fi considerată ca fiind secetă meteorologică ( dată de lipsa precipitațiilor), secetă hidrologică (dată de scăderea nivelului râurilor) și secetă agriculturală (dată de scăderea umidității solului), care pot fi exacerbate de temperaturi ridicate și de procesele intense de evapotranspiratie. Secetele sezoniere pot intensifica stresul de apă pe termen lung.
Fig. Secetă
Stresul de apă este deja o problemă serioasă în lunile de vara, mai ales în sudul si estul Europei, iar predicțiile sugereaza că stresul de apă se va înrăutăți, afectând din ce în ce mai mult și latitudinile nordice. Studiile au arătat ca există un trend de scădere a umidității în zonele mediteraneene (Sousa et al., 2011) în timp ce suprafața totală a Europei afectată de lispsa apei și de secetă a crescut de la 6% la 30% în ultimii 30 de ani (EC, 2007).
Creșterea deficitului de apă împreună cu o serie de schimbări socio-economice cum ar fi creșterea populației vor duce cel mai probabil la agravarea stresului apei din orașe. Perioadele de secetă și lipsa apei pot avea un impact economic important asupra turismului (rezultat adesea din limitarea consumului public), asupra producției de energie (unde răcirea cu apă este necesară) și asupra sistemului de sănătate (unde costurile de tratament vor crește); seceta din anul 2003 se estimează ca a costat Europa 8.7 miliarde de euro (EEA, 2010). Stresul de apă va genera cel mai probabil o competiție acerbă între alimentarea publică cu apă, agricultură, industrie și mediul înconjurător.
Ca urmare a temperaturilor din ce in ce mai ridicate, rezervele de apă din Europa de Sud se vor împuțina. În același timp, agricultura și turismul vor necesita mai multă apă, mai ales în regiunile mai calde și mai uscate. Odata cu creșterea temperaturii apei și scăderea cotei râurilor va fi afecta si calitatea apei. Creșterea cantitatii de precipitații și inundațiile torențiale vor crește riscul poluării datorită revărsării apei pluviale impreuna cu apa uzata prin scurgerile de siguranță. În primăvara anului 2008, nivelul apelor în rezervoarele de alimentare cu apă ale orașului Barcelona erau atât de scăzute, încât s-au luat măsuri să se importe apă pe cale maritimă. Astfel, s-a hotărât achiziționarea a șase încărcături cu apă, fiecare conținând apă potabilă suficientă pentru a umple zece piscine olimpice, pentru un cost aproximativ de 22 milioane EUR. Apa potabilă trebuia adusă în Tarragona (Catalonia de sud), Marsilia și Almeria – una dintre cele mai uscate zone din sudul Spaniei. Din fericire luna mai a fost o lună ploioasă, rezervoarele s-au umplut până la un nivel satisfăcător, iar planurile de aprovizionare cu apă s-au amânat.
Cipru se confruntă cu o secetă de proporții catastrofale. Cererea de apă a avut o tendință ascendentă în ultimii 17 ani, iar acum este de peste 100 de milioane de m3 de apă potabilă pe an. În ultimii trei ani, țara a avut la dispoziție doar 24, 39 și respectiv 19 milioane de m3 de apă. Pentru ameliorarea crizei de apă, în vara anului 2008 s-a adus apă din Grecia. Până în septembrie 2008 s-au importat din Grecia 29 de nave cu apă. Transporturile au fost întârziate de faptul că și Grecia se confrunta cu lipsa de apă. Una din masurile de urgenta aplicate de catre guvernul cipriot a fost de a reducere alimentarea cu apă cu 30%.
În Turcia, în vara anului 2008, nivelul apelor a scăzut în mod constant. Rezervoarele care asigură apa potabilă pentru orașul Istanbul erau umplute la 28% din capacitate totala. Rezervoarele care deservesc alimentarea orasului Ankara, un oraș cu 4 milioane de locuitori, erau umplute la ni velul critic de doar 1% din capacitate.
Într-un raport al Oficiului Apei din Creta a fost prezentată situația alarmantă a resurselor de ape subterane ale insulei. Începând cu anul 2005, rezervoarele subterane au fost supraexploatate și nivelul apei a scăzut cu 15 metri. De asemenea, apa de mare a început să se infiltreze, poluând și proviziile care mai există.
Impactul schimbarilor climatice asupra infrastructurii urbane
De la jumatatea secolului al XIX-lea, sistemul de canalizare a devenit un element vital în infrastructura orașelor. În mod tradițional, sistemul de canalizare a fost folosit ca un mecanism de curățare convenabil pentru igiena publică. Din secolul XX, obiectivele de proiectare a sistemului de canalizare include, de asemenea, elemente pentru protecția mediului și măsuri de atenuare împotriva inundațiilor și riscurilor datorate efectelor schimbărilor climatice.
Proiectarea sistemelor de canalizare urbane în timp, a fost efectuată folosind multiple metode manuale de calcul. În ultimele decenii, acestor metode li s-au alăturat modelele de analiză și diminesionare realizate pe calculator. Peste tot în lume sunt utilizate modelele hidraulice pentru a analiza capacitatea de transport a sistemului de canalizare urban.
Impactul schimbărilor climatice este tot mai important pentru o mai bună proiectare a programelor de investiții în infrastructură. Se vor produce schimbări în sectorul resurselor de apă atât cantitativ cât și calitativ. Infrastructura apelor pluviale și a apelor uzate se va confrunta cu un risc mare de deteriorare cauzat de furtuni, inundații și secete. Efectele schimbărilor climatice se vor manifesta prin dificultăți de operare a serviciilor publice de alimentare cu apă și canalizare și prin costul crescut al apei potabile și a serviciului de canalizare.
Orașele prezintă întotdeauna un anumit risc la inundații atunci când au loc evenimente pluviale extreme, deoarece clădirile și asfaltarea excesivă a suprafețelor impiedică infiltrarea apei în sol și sporește apariția scurgerilor de suprafață care pot supraîncărca cu ușurință sitemele de drenaj. Este posibil ca schimbările climatice asociate cu dezvoltarea urbană să creeze probleme de inundații urbane, acolo unde nu existau anterior.
Fig. Variația scurgerilor pluviale de suprafață odata cu creșterea suprafeței impermeabile
Schimbările climatice conduc la schimbarea dimensionărilor sistemului urban datorită creșterii intensității precipitațiilor. Acest lucru împlică proiectarea unui sistem de canalizare care să producă un impact minim asupra vieții urbane, chiar și la apariția unor evenimente pluviale extreme. Sistemul trebuie proiectat cu scopul de a minimiza, pe cât posibil, deterioarea infrastructurii urbane și a mediului.
Sistemele de canalizare sunt încărcate direct de precipitații, iar capacitatea hidraulică trebuie sa fie suficientă pentru a transporta volumele mari de apă pluvială. Atunci când este depașită capacitatea de transport a rețelei aceasta refulează producând inundații în mediul urban.
De-a lungul ultimelor decenii, Europa a cunoscut un numar tot mai mare de inundații. Doar între 1998 – 2004, Europa a suferit peste 100 de inundații majore, care au provocat numeroase decese și pierderi materiale care depațesc suma de 25 de milioane de euro. Azi există încă amintiri neplăcute ale unor inundații catastrofale din Europa, cum ar fi: în octombrie 2000 – inundațiile din Italia, în august 2002 – inundațiile din Polonia și Germania, precum și iunie și iulie 2007 – inundațiile din Anglia. Dintre acestea, multe dezastre, sunt cauzate de inundațiile pluviale cand scurgerile de la precipitații extreme depășesc capacitatea de transport a sistemului de canalizare. Acest tip de inundație este unul dintre cele mai importante riscuri naturale în mediul urban și adesea duce la pagube enorme datorită densității mari de oameni și valori socio-economice în orașe.
Sistemul de canalizare este un element vital în infrastructura orașului pentru a face față inundațiilor. Este general recunoscut faptul ca schimbările climatice vor avea un impact semnificativ asupra circuitului apei și a precipitațiilor. În unele regiuni se așteaptă ca astfel de modificări să determine creșterea frecvenței și intensității fenomenelor extreme de precipitații, conducând astfel la un risc crescut de inundații.
Programul de cercetare al Agenției Statelor Unite pentru Protecția Mediului privind schimbările globale, este un program orientat spre evaluarea în cadrul Oficiului de Cercetare și Dezvoltare, care se concentrează pe evaluarea impactului schimbărilor climatice și a altor factori de mediu asupra calității apei, a aerului, a ecosistemelor acvatice și a sănătății umane în Statele Unite ale Americii.
Sistemul de canalizare a fost identificat ca o preocupare prioritară din cauza serviciului său esențial furnizat de către acesta pentru a proteja sănătatea publică și ecosistemele. De asemenea, investițiile pentru epurarea apelor reziduale sunt necesare pentru o funcționare eficientă pe termen lung. Astfel, deciziile de astăzi ar putea influența capacitatea instalațiilor de epurare de a face față schimbărilor climatice viitoare.
Măsuri pentru reducerea riscului și adaptarea la efectele schimbărilor climatice pentru sistemele de alimentare cu apă și canalizare:
crearea de surse de siguranță alternative pentru cazuri extreme , exemplu: desalinizarea apei;
dezvoltarea capacității de înmagazinare a apei potabile, acoperirea necesarului pentru 1-2 zile;
reducerea pierderilor în rețele de distribuție de la 50% în prezent la 20% până în 2025;
sectorizarea rețelelor de distribuție pe elemente componente comune;
atragerea utilizatorilor în eforturile de economisire a apei prin sisteme educaționale;
introducerea tehnologiilor performante în procesele tehnologice pentru producția de apă potabilă și epurare a apelor uzate;
reutilizarea apelor epurate și transformarea acestora într-o importantă sursă pentru acoperirea necesarului industrial, public si irigatii, având calitate non-potabilă;
informatizarea și conducerea automată a sistemelor;
introducerea planurilor de management de risc;
introducerea unor mecanisme economice stimulative pentru economisirea apei;
elaborarea de ghiduri și normative pe baza cărora să se realizeze planurile de management de risc pentru fiecare sistem;
asigurarea finanțării pentru implementarea planurilor de siguranță la marile aglomerații urbane;
elaborarea planurilor integrate pe bazine, alocarea resursei, utilizarea apei, starea restituției.
pregătirea de studii și cercetări aprofundate pentru realizarea tehnologiilor necesare reutilizării integrale a apelor;
curățarea mai frecventă a sistemului de canalizare
construirea de bazine de retenție si stocarea locala a apei roblem
devierea apelor meteorice în sistemele roblem (fig de mai jos)
infiltrarea apelor meteorice
optimizarea infrastructurii de canalizare
creșterea dimensiunilor colectoarelor în zonele în care este posibil acest lucru.
Fig. Deversor de ape mari
În cadrul programelor de investiții trebuie asigurate:
surse strategice de rezervă;
lucrări care să diminueze riscul de a nu putea asigura cantitatea și calitatea apei livrate;
sisteme și soluții care să reducă la jumătate pierderile tehnologice și din rețea;
tarife sociale, stimulative.
Evenimentele meteorologice extreme pot influența și procesul de epurare prin diluarea sau creșterea concentrației apelor uzate, în cazul inundațiilor, respectiv a secetelor. Deasemenea creșterea temperaturii poate avea atât efecte pozitive cât și negative asupra procesului de epurare a apelor uzate. (Bates, Kundzewicz, Wu și Palutikof, 2008). Temperaturile crescute afectează nivelul de oxigen al apei care intră în stația de epurare. Temperaturile ridicate asociate cu reducerea cantității de precipitații pot conduce la degradarea conductelor prin fisurare datorită uscării solului și la corodarea acestora cauzată de hidrogenul sulfurat crescut. (Zwolsman et al. ,2009; Howe, Jones, Maheepala si Rhodes, 2005). Acestea duc la probleme de contaminare și costuri de întreținere mai mari.
Concepte noi in managementul apelor urbane adoptate in lume
Danemarca
Pe 2 iulie 2011, suprafețe mari din orașul Copenhaga au fost inundate în urma unei ploi abundente. Sistemul urban de drenaj nu a făcut față cantității mari de apă care a căzut în doar 2 ore, cu intensități de până la 150 mm. Copenhaga se confruntă cu efectele schimbărilor climatice având parte de evenimente pluviale din ce în ce mai intense, de aceea s-au dezvoltat planuri de a transforma orașul într-un oraș durabil.
Printre proiectele dezvoltate în Danemarca se numără:
a) Realizarea infrastructurii verzi – realizarea unor canale verzi pe mijlocul bulevardelor care în timpul evenimentelor pluviale vor avea rol de sisteme de drenaj;
Figura 15 – Infrastructura verde în Danemarca (sursa: www.ramboll.com)
b) Reamenajarea parcurilor și a lacurilor prin crearea unor depresiuni care în timpul evenimentelor pluviale vor fi folosite ca suprafețe de retenție a apei;
`
Figura 16 – Zone de retenție a apei pluviale în Danemarca (sursa: www.ramboll.com)
Figura 17 – Amenajare parc în Danemarca (sursa: www.ramboll.com)
c) Adaptarea soluțiilor pentru sistemul de colectare a apei pluviale la activitățile în aer liber. Realizarea celui mai mare parc de skateboard din lume cu rol de sistem de drenaj urban.
Figura 18 – Parc Danemarca (sursa: www.dak.dk/sustainable-cities)
Sistemul combină colectarea apelor pluviale cu un parc de activități în aer liber. Trei bazine folosite pentru colectarea apei sunt conectate între ele prin canale deschise dedicate skateboard-ingului.
Figura 19 – Canal deschis cu rol de drenaj a apei pluviale ( sursa: www.dak.dk/sustainable-cities)
Statele Unite ale Americii
Pentru a reduce inundațiile urbane tot mai frecvente cauzate de supra solicitarea sistemului de canalizare unitar din zonele Brooklyn, Queens si Bronx, Departamentul pentru Protecția Mediului (DEP) din New York a realizat programul „Green Infrastructure Program”. Programul promovează:
a) Biodrenarea stradală : Realizarea unor suprefețe cu vegetație care să permită infiltrarea apei
Figura 20 – Realizarea suprafețelor biodrenante (sursa: www.nyc.gov)
b) Folosirea pavajelor permeabile și a gazonului sintetic permeabil pentru a reduce volumul mare de apă pluvială care ajunge în sistemul de canalizare în timpul evenimentelor pluviale importante.
Figura 21 – Pavaj permeabil și gazon sintetic permeabil în Brooklyn (sursa: www.nyc.gov)
c) Reamenajarea spațiilor recreative din curțile școlilor prin introducerea infrastructurii verzi: suprafețele betonate au fost înlocuite cu pavaje permeabile, gazon sintetic permeabil și vegetație.
Figura 22 – Curte școlară în Queens înainte de reamenajare (stânga) și după reamenajare(dreapta) (sursa: www.nyc.gov)
Programul de cercetare și dezvoltare a infrastructurii verzi are în vedere:
-studii referitoare la infiltrarea apei pluviale;
-monitorizarea volumelor de apă pluvială;
-evaluări cost-beneficiu pentru proiectarea și construcția infrastructurii verzi;
-evaluarea tehnologiilor care pot maximiza retenția apei pluviale;
-studii pe mixturi de pământ pentru o infiltrare optimă și o bună dezvoltare a plantelor.
În statul Virginia a fost dezvoltată metoda „The GreenBlue ArborFlow” care constă în realizarea unui sistem de drenaj urban prin plantarea de arbori care reduce viteza scurgerilor de suprafață și volumul apei pluviale care intră în sistemul de canalizare. Sistemul de drenaj tradițional cu descărcarea apei în emisar poate produce poluarea emisarului cu hidrocarburi, metale grele, produse chimice și alte materii organice.Sistemul ArborFlow are și un rol de epurare a apei pluviale care spală suprafețele urbane poluate. Sistemul folosește o specie de stuf care filtrează apa și o depoluează.
Figura 23 – Sistem de drenare ArborFlow (sursa: Stormwater Management June/July 2015)
Sistemul ArborFlow permite infiltrarea apei în sol sau retenția acesteia în bazine speciale poziționate sub arbore.
Austria – Republica Ceha
În ultima vreme tot mai mult suprafețe verzi au fost înlocuite cu suprafețe betonate, prin urmare suprafața disponibilă pentru infiltrarea apei a scăzut considerabil iar sistemele de canalizare sunt suprasolicitate în timpul evenimentelor pluviale. Pentru a crește capacitatea de
drenaj și protejarea mediului înconjurător, o firmă din Austria în cooperare cu Universitatea Tehnică din Praga a realizat un sistem de separare a apelor uzate printr-o cameră modulară (HOBAS CSO), în concordanță cu Directiva Cadru în domeniul apei 2000/60/CE. Camera HOBAS CSO separă solidele în suspenise din apele uzate și le direcționează către stația de epurare, iar apa curată este evacuată în emisar.
Figura 24 – Camera HOBAS CSO (sursa: Stormwater Management June/July 2015)
Sistemul este compus din:
1. Intrare cameră;
2. Cameră de liniștire cu rolul de a micșora viteza apei pentru sedimentarea particulelor;
3. Guri de acces;
4. Placă pentru reținerea solidelor în suspensie: O placă realizată din materialele plastice din rășină armată cu fibră de sticlă (GRP) montată perpendicular pe direcția de curgere servește ca barieră pentru solidele în suspensie în timpul evenimentelor pluviale;
5. Cameră de separare: După trecerea de placa de reținere a solidelor, apa ajunge în camera de separare, aici, la timp uscat apele uzate curg prin cameră spre stația de epurare. În timpul evenimentelor pluviale, nivelul apei se ridică și apele uzate combinate cu apele meteorice cu un conținut scăzut de solide sunt evacuate prin preaplin către emisar sau alt bazin de retenție;
6. Elemente flexibile pentru retenția solidelor în suspensie. Acestea nu ajung până la partea inferioară a țevii, pentru a permite trecerea liberă a apelor uzate pe timp uscat;
7. Secțiunea de ieșire către stația de epurare;
8. Preaplinul: intră în acțiune în timpul evenimentelor pluviale.
Astfel de camere au fost instalate cu succes în Republica Ceha și și-au dovedit eficiența.
Figura 25 – Elementele camerei HOBAS CSO (sursa: www.hobas.ro)
Australia
Apele pluviale sunt principala sursă de poluare a corpurilor de apă din Australia. În mod tradițional analiza parametrilor de calitate a apelor pluviale este realizată pe eșantioane prelevate din secțiunea de deversare în emisar. Analiza spațială a calității apelor pluviale permite depistarea poluanților cât mai aproape de sursa lor. Investigarea variabilității spațiale a parametrilor de calitate a apei pluviale în funcție de utilizarea terenului de pe care este colectată apa permite identificarea poluanților în funcție de gradul de urbanizare al terenului. Apele pluviale care ajung în râu pot fi încărcate cu produse chimice, gunoaie, îngrășăminte, hidrocarburi sau alte tipuri de poluanți colectați de pe suprafața terenului.
Locul ales pentru studiu este bazinul Rippleside situat în suburbiile din Geelong, al doilea cel mai mare oraș din statul Victoria, Australia. Geelong are patru anotimpuri, cu ierni reci și veri calde, media precipitațiilor anuale este de 538 mm. Rippleside are o suprafață de 760 ha și evacuează apele pluviale în Golful Corio.
Figura 26 – Locația și punctele de prelevare (sursa: Journal of Spatial Hydrology, Spring Vol. 5, No.1)
Poluanții analizați au fost: fosfor total, azot total, materii totale în suspensie și consumul biochimic de oxigen. Pe cele 760 ha au fost stabilite peste 96 de puncte de prelevare. Prelevările au fost realizate pentru o serie de evenimente pluviale timp de un an.
În urma studiului s-au constat următoarele:
Concentrațiile poluanților variază considerabil în funcție de utilizarea terenului;
Concentrația medie de suspensii solide din zonele industriale a fost de două ori mai mare decât valorile corespunzătoare zonelor rezidențiale și rurale;
Concentrația medie a consumului biochimic de oxigen din zonele comerciale este mult mai mare în comparație cu alte zone;
Valoarea medie pentru azotul total în zonele rurale a fost mai mare decât în celelalte bazine.
Tabel 1 – Concentrația medie de poluant (sursa: Journal of Spatial Hydrology, Spring Vol.5, No.1)
Figura 27 – Concentrația medie de poluant pentru fiecare categorie de teren (sursa: Journal of Spatial Hydrology, Spring Vol.5, No.1)
Cunoașterea variabilității spațiale a parametrilor de calitate oferă posibilitatea îmbunătățirii structurii de control al poluării, protecției apelor receptoare și reutilizării apei pluviale în bazinele urbane.
Sistemul de canalizare
Primele informații referitoare la sistemele de canalizare apar încă din antichitate, când se face referire la șanțuri și canale pentru îndepărtarea reziduurilor lichide și solide, în Ninive, Babilon și Egipt. În Egipt au fost descoperite canale din anul 2000 îH, căptușite cu cărămidă și piatră.
Primele rețele de canalizare apar în epocile de dezvoltare ale civilizației greacă și romană. În anul 514 îH, la Roma, apare primul canal colector denumit „Cloaca Maxima”.
Figura 10 – Cloaca Maxima-linia roșie (sursa: www.studyblue.com)
Figura 11 – Cloaca Maxima – detaliu (sursa: www.studyblue.com)
În anul 1531, în timpul regelui Henric al VII-lea, apare prima legislație referitoare la evacuarea apelor menajere și meteorice. În anul 1866, din cauza epidemiei de holeră care a provocat moartea a 6000 de persoane, a fost adoptată legea „Sanitary Act” care stabilea noi măsuri privind canalizarea și menținerea în stare curată a râurilor. Datorită acestei legi au fost construite două canale colectoare lungi de 30 km, de-a lungul Tamisei, pentru a evacua apele uzate în avalul orașului Londra.
Figura 12 – Sanitary Act 1866 (sursa: www.nationalarchives.gov.uk)
În România prima contrucție a canalelor colectoare subterane are loc în anul 1828 la București. Primele lucrări de canalizare sistematică s-au realizat între anii 1884 – 1888 potrivit proiectului (1882) profesorului Gulmann și inginerilor Burkli-Zeigler din Zurich, care a ținut evident seama și de lucrările de amenajare a albiei râului Dâmbovița în perioada 1880-1886, axându-se pe două canale colectoare principale, în lungul albiei, pe dreapta și pe stânga acesteia.
Scheletul rețelei de canalizare a fost executat potrivit proiectului general întocmit în 1911 de prof. dr. D. Germani, realizat în sitem unitar cu o rețea unică de colectoare atât a apelor manajere cât și a celor pluviale, având râul Dâmbovița drept emisar. Schema rețelei se baza pe două canale colectoare generale longitudinale, amplasate pe splaiurile Dâmboviței: A0 pe dreapta albiei și B0 pe malul stâng, A0 mergând de la stavilarul Ciurel până în aval de podul Mihai Bravu, iar B0 până la podul Vitan, unde se vărsau în albia amenajată a râului.
Până în anul 1944, 55 de orașe erau canalizate. În anul 1944, în țară, existau opt stații de epurare echipate cu utilaje rudimentare,dar din cele opt doar una funcționa corespunzător. În perioada 1951 – 1955, încep construcțiile rețelelor de canalizare în mai multe orașe din țară și se elaborează prima lege a protecției apelor (HCM nr. 608/1952) care prevedea obligativitatea epurării apelor uzate.
Notiuni generale
Sistemul de canalizare reprezintă ansamblul de construcții inginerești care colectează și transportă apele uzate la stația de epurare unde se asigură gradul de epurare stabilit în funcție de condițiile impuse de mediu și apoi le evacuează în receptorul natural.
Sistemul de canalizare poate fi de mai multe feluri, după cum urmează:
-sistem unitar
-sistem separativ sau divizor
-sistem mixt.
Sistemul unitar este format dintr-o singură rețea de canalizare, prin care se colectează și transportă toate categoriile de ape: menajere, industriale, meteorice, de drenaj, infiltrații etc.
Sistemul separativ (divizor) colectează și evacuează apele din bazinul ce se canalizează prin minim 2 rețele de canalizare. Colectarea și evacuarea apelor meteorice în acest sistem se face printr-o rețea de canale subterane separată, prin rigolele străzilor sau prin canale deschise.
Sistemul mixt este format de obicei din zone canalizate cu sistem unitar și zone cu sistem separativ.
Rețeau de canalizare este alcatuită din urmatoarele elemente:
Colectoare, care pot fi secundare sau principale, au rolul de a transporta apa colectată;
Construcții accesorii: racorduri, guri de scurgere, cămine de vizitare, stații de pompare, bazine de retenție, deversoare, sisteme de măsurare și control a debitului și calității apei uzate; acestea au rolul de a asigura o bună funcționare a rețelei de canalizare.
Conform Normativului privind proiectarea, execuția și exploatarea sistemelor de alimentare cu apă și canalizare a localităților – NP 133/2 – 2011, pentru dimensionarea hidraulică a rețelei de canalizare se ia în calcul debitul uzat orar maxim:
Unde:
– coeficient de creștere sau de reducere a debitului;
– numărul de locuitori;
– debitul (necesarul) specific de apă potabilă, conform SR 1343 – 1:2006, (l/om,zi);
– coeficientul de variație zilnică a consumului de apă, conform SR 1343 – 1:2006;
– coeficientul de variație orară a consumului de apă, conform SR 1343 – 1:2006;
, – coeficienți de transformare.
Debitul de apă din infiltrații se calculează cu ajutorul formulei:
Unde:
– debitul specific de apă infiltrată, (;
L – lungimea colectorului, (m);
DN – diametrul colectorului, (m);
Cantitatea de apă meteorică se calculează cu ajutorul relației:
Unde:
S – suprafața bazinului canalizat, (ha);
i – intensitatea medie a ploii de calcul, (l/s,ha);
m – coeficientul de reducere a debitului;
– coeficientul de scurgere.
În România sistemele de canalizare au fost dimensionate cu ajutorul curbelor IDF. La dimensionarea sistemelor de canalizare se utilizează ploaia de calcul definită cu ajutorul curbelor de intensitate-durată-frecvență (IDF) în funcție de zonarea din STAS 9470-73. Curbele IDF sunt obținute pe baza prelucrării statistice ale precipitațiilor înregistrate de stațiile pluviometrice situate în mai multe locații din țară.
Sistemele de canalizare sunt încărcate direct de precipitații, iar capacitatea hidraulică trebuie sa fie suficientă pentru a transporta volumele mari de apă pluvială. Atunci când este depașită capacitatea de transport a rețelei aceasta refulează producând inundații în mediul urban.
Calitatea apelor uzate
Clasificarea apelor uzate
Apele de canalizare sunt alcătuite din totalitatea restituțiilor folosințelor de apă sau ale obiectelor care compun folosințele de apă, precum și ale altor ape sau substanțe care necesită a fi îndepărtate prin canalizare (STAS 1846-77).
După proveniență și calitate, apele de canalizare pot fi: ape uzate, ape meteorice, de suprafață și subterane.
Apele uzate pot fi:
ape uzate menajere, rezultate din satisfacerea nevoilor de apă gospodarești ale centrelor populate, precum și a nevoilor gospodărești, igienico-sanitare și social-administrative ale diferitelor feluri de unități industriale, agrozootehnice etc.;
ape uzate publice, rezultate din satisfacerea nevoilor de apă în instituțiile publice ale centrelor populate;
ape uzate industriale, rezultate de la industria locală, precum și alte activități asemănătoare, construcții, transporturi etc.;
ape uzate de la unități agrozootehnice;
ape uzate rezultate din satisfacerea nevoilor tehnologice (propii) de apă ale sistemelor de alimentare cu apă și canalizare;
ape uzate de la spălatul și stropitul străzilor și incintelor de orice natură, precum și de la stropitul spațiilor verzi din centre populate, unități agricole, unități industriale etc.;
alte ape uzate indiferent de proveniență, precum și substanțele reziduale care se îndepărtează prin obiectele care compun sistemele de canalizare;
Apele uzate menajere
Calitatea apelor uzate menajere depinde de debitul de apă utilizat dar și de starea de curățenie a localităților, educație și obiceiuri.
Pentru reducerea cantității de apă care necesită a fi epurată, au fost făcute eforturi mari pentru reducerea cantității de apă produsă și pentru separarea apelor pe categorii astfel încât epurarea să se facă în condiții favorabile. De aceea se recomandă:
• folosirea dușului în loc de baie, deoarece se reduce de 3-5 ori cantitatea de apă rezultată;
• folosirea vaselor de WC cu volum mic de apă și cu vas cu două butoane pentru evacuare separată a urinei și a dejecțiilor;
• folosirea WC-urilor în sistem funcționand cu vacuum pentru reducerea debitului de apă;
• folosirea mașinilor de spălat pentru lenjerie deoarece se reduce volumul de apă cu 40 – 60% față de spălatul manual;
• folosirea mașinilor de spălat vase pentru o reducerea a volumului de apă de 2-5 ori față de spăltul manual;
Apele meteorice
Provin din precipitații care cad pe terenurile amenajate și neamenajate în interiorul centrelor populate ale incintelor de orice natură sau altor obiective și care se îndepărtează prin colectoare închise sau deschise.
Apele meteorice se diferențiază dupa influența pe care o pot avea asupra emisarilor în:
ape meteorice convențional-curate, colectate din centrele populate și unele zone industriale;
ape meteorice nocive, care se colectează de pe unele porțiuni ale incintelor industriale și care necesită epurare înainte de a fi restituite în emisar.
Apa provenită din precipitații este a doua categorie importantă de apă ce poate fi eliminată prin rețeaua de canalizare. Cea mai importantă cantitate este apa căzută sub formă de ploaie, în acest caz se produce și cea mai mare poluare deoarece se spală suprafața localității și o mulțime de substanțe sunt antrenate sau dizolvate. Apa provenită din topirea zăpezii de pe străzi poate fi încărcată cu substanțe antiderapante cum ar fi clorură de sodiu, acetat de potasiu sau clorură de calciu.
Eliminarea apei meteorice este necesară deoarece:
• apa cazută pe spațiul de rulare reduce mult viteza de rulare la același grad de siguranță a circulației;
• produce dificultăți în circulația pietonală;
• produce inundarea intersecțiilor de străzi;
• produce inundarea spațiilor joase cum sunt subsolurile sau galeriile subterane;
• produce inundarea canalizării manajere producând “refularea” acesteia; canalizarea fiind pusă sub presiune în zonele joase apa poate ieși din canalizare prin guri de scurgere și cămine, producând o stare insalubră de mari dimensiuni.
Conceptul actual se referă la reținerea apei de ploaie la locul de cădere și folosirea locală. Se prevăd bazine de acumulare în curți, sub parcaje sau sub platforme industriale.
Apele de suprafață
Provin din cursuri de ape, lacuri, bălți sau mlaștini cănd acestea se îndepărtează prin rețeau de canalizare.
Apele subterane
Pot să provină:
din construcții pentru drenare și desecări, din coborârea nivelului apelor subterane;
din infiltrații în canalizare.
Apele reziduale industriale
Se caracterizează prin compoziție extrem de variată, în funcție de proveniența lor, cu influență negativă asupra calității râurilor receptoare. Acestea conțin substanțe toxice, unele chiar în concentrații mici pot fi dăunatoare pentru flora și fauna acvatică, inhibitori în procesele de epurare și autoepurare.
Apele reziduale industriale pot rezulta:
din procese tehnologice, cu debit mic și impurificare foarte mare;
de la răcirea agregatelor, cu debit mare și impurificare redusă;
de la spălare, cu debit mare și impurificare mare.
Din punct de vedere al compoziției, apele reziduale se clasifică în:
ape cu impurificare organică;
ape cu impurifcare anorganică.
Apele reziduale industriale cu impurificare organică se împart în:
ape reziduale industriale cu compoziție asemănătoare apelor menajere:
de la abatoare;
din industria laptelui, zahărului;
de la conservarea fructelor și legumelor;
de la fabricarea celulozei și hârtiei,
Acestea pot fi ușor epurate prin procese biochimice de epurare (ușor biodegradabile).
ape uzate cu impurificare greu biodegradabilă provenite din:
industria petrochimică;
industria de sinteza (medicamente, coloranți, lacuri și vopsele);
industria cocsochimică etc.,
Acestea prezintă rezistență la acțiunea microorganismelor, respectiv sunt greu biodegradabile sau nebiodegradabile, ceea ce impune un proces specific de epurare. În aceste condiții când există substanțe toxice, sau puțin biodegradabile, testul CBO nu prezintă valori concludente și este necesară identificarea indicatorilor toxici; de multe ori testul are valori mici, deși există substanță organică degradabilă; însă există compuși toxici inhibitori ai activității metabolice a bacteriilor și altor organisme.
Spre deosebire de apele uzate menajere, care nu pun probleme din punct de vedere al biodegradabilității, pentru apele uzate industriale cu încărcare organică specifică sunt necesare studii aprofundate, care stabilesc tehnologiile de epurare, în vederea dimensionării stațiilor de epurare. De exemplu, apele reziduale provenite de la prepararea unor medicamente de sinteză sau apă din industria petrochimică necesită o perioadă mare de adaptare a unor specii de bacterii.
Apele reziduale industriale cu impurificare anorganică sunt apele acide de la fabricile de acizi (sulfuric, azotic, clorhidric), de la unitățile de prelucrare a metalelor, apele de mină etc. și:
ape bazice sau alcaline (industria pielariei, textilă, rafinării);
ape cu cianuri de la prelucrarea metalelor (Cr, Zn, Cu);
ape saline (cu conținut de Cl-, SO42-);
ape radioactive.
Compozitia apelor uzate
Compoziția apelor uzate determină în mare măsură dimensiunile stațiilor de epurare, dar și calitatea apelor de suprafață poate influența alegerea procedeului și a schemei de epurare.
Compoziția apelor uzate se stabilește prin analize de laborator care: determină cantitatea și starea materiilor de orice fel conținute în apă și în special prezența materiilor specifice apelor uzate (materii în suspensie, azot, grăsimi, cloruri etc.); ajută la urmărirea mersului descompunerii apelor uzate (prin determinări de CBO5, O2, pH etc.); stabilește prezența și felul organismelor din apă, în scopul cunoașterii stadiului epurării în diferite trepte ale stației de epurare.
Principalele caracteristici ale apei uzate sunt:
substanțele în suspensie (MTS);
substanțe organice;
substanțe degradabile;
reacția apei, pH-ul apei;
substanțe toxice;
substanțe extractibile;
conținutul de azot;
conținutul de fosfor;
detergent;
reziduu fix;
metale grele.
Pentru apele uzate menajere, substanțele importante pentru care se calculează în mod curent gradul de epurare sunt: suspensii, substanțe organice exprimate sub formă de CBO5 si CCO-Cr, oxigen dizolvat, azot si fosfor.
În mod obișnuit substanțele din apă pot fi clasificate astfel:
substanțe dizolvate și nedizolvate (suspensii);
susbstanțe minerale și substanțe organice;
substanțe biodegradabile și substanțe nedegradabile.
Conținutul substanțelor din apa uzată este format din urmatoarele elemente chimice: carbon (C), hidrogen (H), oxigen (O), azot (N), sulf (S), fosfor (P).
Caracteristici fizice
Turbiditatea apelor uzate indică în linii mari conținutul de materii în suspensie ale acestora, deoarece nu există un raport bine definit între turbiditate și conținutul în suspensii.
Culoarea apelor uzate proaspete este cenușiu deschis; prin fermentarea materiilor organice din apă, culoarea apelor uzate devine mai închisă. Pătrunderea în rețeaua de canalizare a unor ape industriale puternic uzate, colorate, conduce la schimbarea totala a culorii apelor uzate.
Mirosul apelor uzate proaspete este aproape inexistent. Apele în curs de fermentare au miros mai mult sau mai puțin pronunțat de ouă clocite, în funcție de stadiul de fermentare în care se găsesc. Cantități importante de ape uzate industriale pot produce mirosuri neplăcute.
Temperatura apelor uzate orășenești este de obicei cu 2-30C mai ridicată ca a apelor de alimentare. Unele ape uzate industriale și apele subterane pot influența într-un sens sau altul temperatura apelor uzate, care constituie un factor hotărâtor în epurarea apelor uzate. Coagularea substanțelor în suspensie, procesele bilologice etc. sunt influențate în mod deosebit de temperatură.
Caracteristici chimice
Materiile solide totale reprezintă suma dintre materiile solide în suspensie și materiile solide dizolvate.
Materii în suspensie – reprezintă substanțele insolubile din apa uzată care se pot separa prin filtrare, centrifugare sau sedimentare (cu dimensiuni de max. 2 mm) potrivit STAS 6953-81. Materiile solide totale ca și cele două componente ale acestora – materii solide în suspensie și materii solide dizolvate (<1 μm) – prezintă caracteristici importante, care servesc la stabilirea eficienței procesului de epurare în diferite etape. Materiile solide în suspensie, pot fi materii separabile prin decantare (>100 μm) și materii coloidale (între 1 si 100 μm). Materiile în suspensie care decantează sunt măsurate cu ajutorul conului Imhoff (decantare timp de 30 minute) fiind exprimate în ml/l.
Consumul specific de apă pe cap de locuitor influențează în mare masură compoziția apelor uzate; cu cât consumul de apă este mai mare, cu atât apa uzată este mai diluată și invers, deoarece cantitățile de materii, sub orice formă evacuate cu apele uzate sunt în general de același ordin de mărime. În timpul ploilor se recomandă a se ține seama și de suspensiile aduse de apele de ploaie provenite de pe străzi, curți sau antrenate din canale.
Apele subterane care pătrund în rețeau de canalizare influențează, în funcție de cantitatea și calitatea lor, caracteristicile apelor uzate.
Oxigenul dizolvat (O2) se gasește în cantități mici în apele uzate (1-2 mg/l), însă numai cand sunt proaspete și după epurarea biologică. Apele de suprafață conțin cantități mai mari sau mai mici de oxigen, în funcție de gradul de poluare.
Consumul biochimic de oxigen (CBO) al apelor uzate reprezintă cantitatea de oxigen consumată pentru descompunerea biochimică în condiții aerobe a materiilor solide totale organice la temperatura si timpul standard, 20oC, respectiv cinci zile; în acest caz valoarea respectivă se notează cu CBO5 și reprezintă consumul biochimic de oxigen la 5 zile.
Consumul biochimic de oxigen exprimă gradul de impurificare a apei uzate, cu cât valoarea acestuia este mai mare, cu atât apa este mai murdară.
Consumul biochimic de oxigen, respectiv descompunerea biochimică a apelor uzate se realizează în două faze:
Faza primară (a carbonului), în care oxigenul se consumă pentru oxidarea substanțelor organice, care începe imediat și are pentru apele uzate menajere o durată de circa 20 zile, la temperatura de 20oC. În urma descompunerii materiilor organice, în al căror conținut intră carbon, azot și fosfor, se formează în principal dioxidul de carbon (CO2), care ramane ca gaz în soluție sau se degajă;
Faza secundară (a azotului), în care oxigenul se consumă îndeosebi pentru transformarea amoniacului în nitriți (N2O3) și apoi în nitrați (N2O5), începe după circa 10 zile și durează circa 100 de zile și chiar mai mult. Transformarea constituie asa numitul proces de nitrificare a materiilor organice.
Consumul chimic de oxigen (CCO-Cr) concentrația masică de oxigen echivalentă cu cantitatea de bicromat de potasiu consumată pentru oxidarea în mediu acid a materiilor organice dizolvate și în suspensie prezente în apa uzată.
O apă ușor degradabilă are un raport CCO/CBO=2, acest raport se numește și raport de biodegradabilitate.
Azotul total este alcătuit din amoniac liber, azot organic, nitriți și nitrați. Azotul organic și amoniacul liber sunt luați ca indicatori ai substanțelor organice azotoase prezente în apa uzata, iar amoniacul albuminoidal drept indicator al azotului organic care se poate descompune. Amoniacul liber este rezultatul descompunerii bacteriene a substanțelor organice. Ionul de amoniu NH+4, poate indica o contaminare recentă cu produși de descompunere celulară sau deversări de ape uzate de la unități zootehnice.
Nitrații reprezintă cea mai stabilă formă a materiilor organice azotoase și, în general, prezența lor indică o apă stabilă din punct de vedere al transformării. În apa uzată proaspătă, nitriții și nitrații sunt în concentrații mai mici.
Fosforul (P) rezultă din folosirea detergenților in apă și din îngrășăminte pentru agricultură și dejecțiile umane, se poate prezenta sub formă de fosfor organic și fosfor mineral (ortofosfați de regulă) și este exprimat ca fosfor total Pt. Poate fi eliminat prin precipitare chimică sau prin activitatea biologică a bacteriilor, dar mai puțin.
Sulfurile sunt rezultatul descompunerii substanțelor organice sau anorganice și provin, de cele mai multe ori, din apele uzate industriale. În apa uzată din rețeau de canalizare sulfurile și hidrogenul sulfurat H2S, se produc pe seama sulfaților SO2-4, materiilor organice si a bacteriilor. Producerea sulfurilor în rețeau de canalizare este dependentă de următorii factori :
• compoziția apei;
• temperatura;
• concentrația de O2;
• potențialul redox (ORP);
• timp de contact;
• viteza de curgere;
• grosimea biofilmului de pe conductă;
• condiții aerobe – anaerobe.
La apele uzate, sulfurile și hidrogenul sulfurat provin din reducerea sulfaților în sulfuri, în anumite condiții:
• sulfații pot fi reduși la sulfuri în condiții anaerobe;
• la pH scăzut este prezent în special hidrogenul sulfurat molecular și poate fi eliberat în atmosferă, mai ales la valori ale pH-ului între 1 și 6;
• oxigenul dizolvat sub 1 mg/l este suficient pentru prevenirea generării de sulfuri;
• temperaturile ridicate favorizează generarea biochimică a sulfurilor;
• sulfurile solubile sunt în proporție de 70 – 90% din sulfurile totale; sulfurile solubile în concentrații de 1.0 – 1.5 mg/l pot produce coroziune;
• ORP influențează producerea sulfaților SO2-4, la valori aproape de 0 are loc reducerea. Sistemul anaerobic prezintă valori ale ORP mai scăzute decât sistemul aerobic.
Clorurile pot proveni din diferite surse, un exemplu este urina, de aceea cantități de 8 – 15 g clorură de sodiu, cât elimină un om pe zi, nu pot constitui indici de impurificare.
Acizii volatili indică progresul fermentării anaerobe a substanțelor organice. Din acești acizi, prin fermentare, iau naștere dioxidul de carbon și metanul.
Gazele cel mai des întalnite la epurarea apelor sunt hidrogenul sulfurat, dioxidul de carbon și metanul. Hidrogenul sulfurat indică o apă uzată ținută un timp mai îndelungat în condiții anaerobe. Metanul și dioxidul de carbon sunt indicatori ai fermentării anaerobe. În amestecul cu aerul, în proporție de 1:5 – 1:15, metanul este exploziv.
Concentrația de ioni de hidrogen (pH) reprezintă exprimarea caracterului acid sau alcalin al apei, în mod normal apa de canalizare este aproape neutră pH=6.5 – 8.5. Este un indicator al mersului epurării; de el depinde activitatea microorganismelor, precipitările chimice etc.
Potențialul de oxidoreducere (potențial Redox, rH) furnizează informații asupra puterii de oxidare, sau de reducere, a apei sau nămolului, în scara Redox; notația rH exprimă inversul logaritmlui presiunii de oxigen. Scara de masură a potențialului Redox are ca valori extreme 0 și 42. Valorile sub 15 caracterizează faza de oxidare sau fermentare anaerobă, iar valorile peste 25, faza de oxidare aeroba.
Substanțe extractibile cu solvenți organici – conținutul de substanțe extractibile cu solvenți, prin care se înțeleg: grăsimi animale și vegetale, hidrocarburi (uleiuri minerale, hidrocarburi grele), combinații cu funcțiuni hidroxilice, carbonilice, carboxilice, compuși cu azot, insecticide, săpunuri, ceruri, rășini și gudroane care se extrag cu solvenți ; Grăsimile și uleiurile, vegetale sau minerale, în cantități mari, formează o peliculă pe suprafața apei, care poate impiedica aerarea, colmata filtrele biologice sau inhiba procesele anaerobe din bazinele de fermentare.
Putrescibilitatea este o caracteristică a apelor uzate care indică posibilitatea ca o apă să se descompună mai repede sau mai încet.
Stabilitatea este inversul putrescibilității.
În raport cu gradul de răspândire și frecvența de determinare, indicatorii fizico-chimici de calitate ai apelor uzate se împart în :
• indicatori globali;
• indicatori specifici.
Indicatorii globali se referă la poluanții existenți în aproape toate categoriile de ape uzate. Acești indicatori pot prezenta, în timp variații mari de concentrație. De valorile concentrației lor depinde, în mod semnificativ, exploatarea sistemului de canalizare (rețea și stație de epurare) și calitatea resursei de apă în care se evacuează apele uzate. De aceea determinarea analitică a acestor indicatori este realizată de toate laboratoarele de profil din domeniul gospodăririi apelor. Ei sunt nominalizați și limitați, din punct de vedere al concentrației, în cele două normative tehnice de gospodărirea apelor, NTPA 001/2005 și NTPA 002/2005. Unii dintre acești indicatori, ca de exemplu materiile în suspensie și CBO5 constituie și elemente de bază pentru proiectarea și dimensionarea obiectelor unei stații de epurare.
Din categoria indicatorilor globali de calitate ai apelor uzate fac parte:
• pH, alcalinitate sau aciditate (după caz);
• materii în suspensie (la 105oC și la 600oC);
• substanțe oxidabile totale (proba omogenă), sau dizolvate (proba decantată timp de 30 minute), exprimate în CCO-Cr sau CCO-Mn și CBO5;
• substanțe extractibile în eter de petrol (amestec de grăsimi minerale, grăsimi vegetale și produse petroliere);
• azot amoniacal (N-NH4+);
• azot total (Nt);
• fosfor total (Pt);
• detergenți anioni activi (substanța activă);
• reziduu la 105oC și la 600oC (dacă este cazul).
Indicatorii specifici se referă la poluanții existenți numai în anumite categorii de ape uzate, dar de ale căror concentrații depinde structura stației de epurare (locală sau finală), funcționarea treptei de epurare biologică, calitatea resursei de apă – receptor a apelor uzate (brute sau epurate). Si acești indicatori sunt nominalizați în cele două normative tehnice de protecție a apelor (NTPA 001/2005 și NTPA 002/2005), lista acestora putând fi completată cu alți indicatori de interes în acest domeniu.
Dintre indicatorii specifici, nominalizați până în prezent, fac parte: temperatura, azotați (NO3-), azotiți (NO2-), sulfiți (SO32-), sulfuri (S2-), sulfați (SO42-), fenoli, produse petroliere, cloruri (Cl-), floruri (F-), cianuri (CN-), metale (As3+, Al2+, Ca2+, Fe2+, Fe3+, Pb2+,Cd2+, Cr3+, Cr6+,Cu2+, Ni2+, Zn2+, Hg2+, Ag+, As, Ma2+, Mn2+, Ca2+) și altele (dacă este cazul), alți indicatori.
În afara celor două categorii de indicatori de calitate globali și specifici, mai există o gamă de indicatori utilizați în controlul funcționării stației de epurare (locale sau finale), dar în special în stațiile prevăzute cu treaptă biologică de epurare și cu linie de prelucrare a nămolurilor rezultate din epurare. Acești indicatori au fost denumiți generic “indicatori de control a funcționării stațiilor de epurare” și pot fi la rândul lor indicatori cantitativi și indicatori calitativi.
Indicatorii cantitativi sunt:
• debitul apelor uzate;
• cantitatea de poluanți;
• debitul de nămoluri – nămol primar, nămol secundar (nămol activ recirculat și nămol activ excedentar), nămol intrat/ieșit din fermentare precum și cantitatea de namol rezultată din sistemul de deshidratare.
Indicatori biologici
În apele uzate se întâlnesc diferite organisme, în majoritatea cazurilor de dimensiuni foarte mici. Cele mai mici sunt virusurile si bacterii. Organismele mai mari sunt reprezentate de ciuperci, alge, protozoare, rotiferi, larve de insecte, viermii, melcii, etc. Absența bacteriilor dintr-o apă poate indica prezența unor substanțe toxice.
Sisteme de monitroizare a retelelor de canalizare
Pentru a putea exploata și gestiona eficient sistemul de canalizare prin punctele de măsură de interes, este necesară supervizarea continuă, în timp real, a unor serii de parametrii măsurați, reprezentând indicatori ai performanței, dar și ai siguranței sistemului. Acest lucru este realizat prin intemediul sistemelor SCADA.
Dezvoltarea sistemului de monitorizare
Monitorizare calității și cantității apelor urbane reprezintă o sursă de informații pentru evaluarea problemelor care apar în sistemul de canalizare și rezolvarea acestora în cel mai scurt timp.
Este necesară dezvoltarea unei strategii de monitorizare care să includă urmatoarele etape:
-analiza necesității informațiilor;
-analiza datelor disponibile pentru o bună proiectare a programului de monitorizare;
-definirea metodelor de achiziție a datelor;
-realizarea unui proiect de monitorizare;
-implementarea programului;
-colectarea datelor;
-analizarea datelor;
-întocmirea rapoartelor cu concluziile analizelor.
Monitorizarea debitelor și a calității apelor uzate
O definire clară a scopului măsurătorilor este necesară pentru a se stabili ce parametrii vor fi monitorizați, intervalul de timp dintre măsurători și durata de monitorizare.
În momentul în care se aleg secțiunile de măsură trebuie să se țină cont de ușurința cu care se poate face montarea echipamentului de măsură și posibilitatea întreținerii acestuia.
În vederea monitorizării debitelor pe timp uscat se vor avea în vedere următoarele:
Capacitatea hidraulică a colectorului;
Gradul de colmatare al colectorului;
Consumul de apă potabilă;
Numărul de consumatori;
Tipul și specificațiile industriei (aferente colectoarelor) – pot genera în diferite intervale orare sau zile ale săptămânii sau în funcție de anotimp – debite suplimentare;
Pentru monitorizarea debitelor pe timp umed trebuie să se țină cont de:
Configurația zonelor de colectare;
Intensitatea maximă a precipitațiilor;
Depășirea capacității hidraulice și intrarea în presiune.
În urma măsurătorilor se obțin date cu ajutorul cărora se poate evalua performanța hidraulică a sistemului de canalizare.
Pentru măsurarea debitelor și vitezelor pot fi utilizate debitmetre cu senzor (Doppler) pentru măsurarea vitezei și senzor cu ultrasunete pentru măsurarea nivelului. Debitmetrul va măsura nivelul și viteza medie de curgere, calculând debitul instantaneu. Calibrarea senzorului se face introducând profilul secțiunii colectorului și unitatea de măsură.
Figura 13 – Senzor Doppler (sursa: Catalog produse Nivus)
Pentru măsurarea debitului în canale cu nivel liber unde secțiunea de curgere este una standardizată, spre exemplu canalul Parshall, se pot folosi senzori de nivel ultrasonici sau presostatici. Principiul măsurării ultrasonice constă în emiterea continuă de ultrasunete ce sunt reflectate de către suprafața apei, iar undele reflectate sunt detectate de senzor. În funcție de timpul de revenire a sunetului sunt calculate nivelul sau volumul.
Figura 14 – Senzor ultrasonic (sursa: Catalog produse Nivus)
Monitorizarea calității apelor uzate este un proces complex, care include următoarele două procese importante:
• Măsurători manuale sau automate a indicatorilor de calitate;
• Prelucrarea probelor și a datelor obținute și valorificarea lor.
Monitorizarea parametrilor de calitate a apei uzate reprezintă baza pentru otimizarea proceselor de epurare. De asemenea este o activitate esențială pentru a urmării gradul de conformare cu legislația în vigoare a consumatorilor care deversează în sistemul de canalizare și pentru luarea unor decizii corecte și în timp cât mai scurt în vederea unei bune funcționări.
Apa evacuată în timpul evenimentelor pluviale în receptorii naturali poate influența parametrii fizico-chimici ai acestora, de asemenea poate avea un impact semnificativ asupra organismelor vii. În Polonia, timp de mulți ani, apa evacuată din sistemul de canalizare în timpul evenimentelor pluviale a fost considerată curată și a fost rare ori analizată și, atunci cand a fost, doar o parte din indicatorii de calitate au fost analizați, cum ar fi: pH-ul, CBO5, CCO, cloruri, conductivitatea sau sulfații. În ultimii ani menținerea unei calități corespunzătoare a apelor de suprafață a devenit prioritară, astfel în anul 2009 a fost realizat un studiu despre impactul deversării apelor pluviale în râul Cybina. În urma anlizelor efectuate s-au constatat următoarele:
Temperatura apei pluviale deversate diferă în funcție de sezon. Pe timpul iernii aceasta a fost cu aproximativ 1oC mai mare decât temperatura râului, iar vara a fost mai mică cu 1-4oC decât temperatura apei râului. Impactul temperaturii apei pluviale asupra receptorului natural nu a fost semnificativă;
Valoarea pH-ului apei evacuate a fost foarte des mult mai mică decât cea a apei râului, acest lucru poate afecta organismele acvatice. Valoarea pH-ului râului a avut tendința de a scădea sub influența apei descărcate.
Conductivitatea apei pluviale a oscilat pe o scară foarte largă de la 3 – 2406 µS/cm. Valori ridicate au fost în timpul iernii datorită agenților de topire a zăpezii folosiți pentru deszăpezirea drumurilor, acestea au dus la creșterea conductivității apei râului cu până la 300 µS/cm. Pe parcursul celorlalte sezoane, apa pluvială nu a influențat conductivitatea râului.
Conținutul de oxigen dizolvat din apa pluvială a oscilat între 1.7 – 12.4 mg/l O2. În general apa pluvială deversată a fost mai oxigenată decât apa râului.
Dintre formele azotului, cea mai mare valoare s-a înregistrat pentru ionul de amoniu. Conținutul în efluentul evacuat a variat între 0.38 – 7.36 mg/l N. Valorile cel mai frecvent înregistrate au fost cuprinse în intervalul 0.6 – 1.5 mg/l N, iar impactul acestora asupra râului nu a fost semnificativ.
Nivelul fosforului total din apele pluviale a influențat apa râului, prin scăderea sau creșterea valorii fosforului total.
Conținutul total de suspensii solide, de obicei, a fost mai ridicat în apa pluvială evacuată decât în râu. Acest rezultat conduce la o creștere a conținutului total de suspensii solide din rău și poate afecta organismele acvatice prin împiedicarea pătrunderii luminii în apă. Agenția pentru Protecția Mediului din Statele Unite recomandă ca adâncimea de pătrundere a luminii să nu se reducă cu mai mult de 10%.
În unele cazuri, valorile cadmiului a depășit limita admisă în apa pluvială descărcată, dar în râu nu a atins valori critice datorită diluției realizate la amestecul cu apa râului.
Valorile concentrației de zinc au depășit limita admisă, dar numai în anumite cazuri s-au semnalat creșteri ale concentrației zincului în apa râului. Sursa de zinc și plumb în zonele urbane din Polonia este în principal emisiile de fum de la gospodăriile încălzite cu centrale termice pe bază de carbune.
Cea mai gravă amenințare a biotei din receptorul natural a venit din partea contaminării cu cupru. Apele pluviale au avut un conținut de cupru mai mare de 2.37 pg/l, valoare la care cele mai multe specii sunt sensibile.
Au fost prezente concentrații ridicate de fier și aluminiu în apele pluviale deversate în rău.
Monitorizarea calității apelor uzate reprezintă o necesitate importantă pentru a determina impactul minim acceptabil a apelor deversate fără a afecta calitatea și biodiversitatea apelor de suprafață.
Realizarea modelelor hidraulice pentru sistemele de canalizare
Proiectarea sistemelor de canalizare urbane în timp, a fost efectuată folosind multiple metode manuale de calcul. În ultimele decenii, acestor metode li s-au alăturat modelele de analiză și diminesionare realizate pe calculator. Peste tot în lume sunt utilizate modelele hidraulice pentru a analiza capacitatea de transport a sistemului de canalizare urban.
Pentru realizarea unui model hidraulic sunt necesare informații precum:
a) Lungimea colectorului, diametrul interior, diametrul nominal, tipul de material, rugozitatea, numărul de racorduri etc;
b) Pentru devesoare și bazine de retenție trebuie să se specifice: cota terenului, cota radierului, nivelul de operare, locul de evacuare, suprafața și volumul, etc;
c) Pentru vane și pompe: tipul echipamentului, diametrul vanei, curbele de putere și randament, setări operaționale;
d) Alte date : date spațiale, debitele pentru timp uscat și timp umed, factorii de variație, infiltrații, operarea sistemului, calitatea emisarului în care se deversează etc.
Folosind programe de modelare, evaluarea și optimizarea conceptelor de reabilitare pot fi efectuate cu privire la:
Performanța hidraulică;
Analiza cost-beneficiu;
Reducerea inundațiilor cauzate de evenimentele extreme;
Estimarea potențialelor riscuri pentru sistemele actuale, precum și realizarea unor scenarii de viitor;
Realizarea planificărilor la nivelul orașului pentru reabilitarea extinderea sistemului de canalizare, luând în considerare protecția împotriva inundațiilor urbane.
Efectele schimbarilor climatice asupra calitatii apelor uzate – implicatii asupra sistemului de canalizare-epurare – Studiu de caz
Descrierea zonei de studiu
Municipiul București se află în sud-estul României, în Câmpia Română și are o suprafață de 228 km2. Clima este specifică României, respectiv temperat-continentală, cu 4 anotimpuri. Iernile sunt blânde, cu zăpadă puțină și temperaturi relativ ridicate, iar verile sunt tot mai calde, chiar caniculare și cu precipitații reduse.
Municipiul București are un caracter specific zonelor urbane unde predomină suprafețele construite, iar spațiile verzi sunt într-un procent destul de mic, acest lucru duce la încărcarea sistemelor de drenaj în momentul apariției fenomenelor meteorologice extreme. Suprafața administrativă a Municipiului București este de aproximativ 23 800 ha (238 km2), din care 71% (16 914 ha) suprafață construită, în anul 2002. În perioada 2002 – 2012, a avut o creștere a suprafeței construite de aproximativ 1%/an, ajungând în anul 2012 la peste 80% din suprafața administrativă să fie reprezentată de cea construită, caracteristică a dezvoltării excesive, ce a continuat și în anii următori reducând semnificativ suprafața permeabilă.
In ccea ce priveste schimbarile climatice, Administrația Națională de Meteorologie a realizat o serie de studii pentru orașul București. Pe baza acestor studii s-a constatat o diminuare a precipitațiilor în viitor, dar o creștere a apariției evenimentelor pluviale extreme.
Tabel 2 – Date climatice pentru București (sursa: National Oceanic and Atmospheric Administration)
Din punct de vedere tehnic sistemul de canalizare al Municipiului București a fost conceput încă de la început ca sistem unitar, apele uzate împreuna cu apele meteorice fiind colectate printr-o rețea unitară. Printr-o amenajare complexă a râului Dambovița ce s-a finalizat în anul 1988, s-a creat un canal casetat din beton, care a devenit colectorul principal al orașului, amplasat sub albia amenajată a Damboviței pe o distanță de circa 10 km și paralel cu aceasta pentru încă 8 km, ce străbate orașul de la NV la SE, pana la statia de epurare Glina.
Caseta a fost dimensionată pentru a colecta și transporta către stația de epurare, localizată în Sud-Estul orașului, un debit corespunzător unei ploi cu frecvența de apariție de 1:3 ani.
Figura 28 – Traseul casetei de transport ape uzate: a) Caseta de Ape Uzate (linie roșie); b) stația de epurare Glina (sursa: S.C. Apa Nova București S.A.)
Sectiune transversal prin Caseta de Ape Uzate: tronson cu 2 semicasete sub raul Dambovita
Sectiune transversal prin Caseta de Ape Uzate: tronson cu 3 semicasete paralele cu raul Dambovita
De completat cu date despre sistemul de canalizare !!!!!!! din diserattie
Sistemul de canalizare din București este monitorizat continuu, sistemul de monitorizare vizează în principal calitatea apei uzate si debitul de apă transportat.
Obiectivul este monitorizarea și crearea unei baze de date cu valori reperezentative pentru elementul central al sistemului de canalizare ape uzate reprezentat de Caseta de Ape Uzate.
Măsurătorile de debite constau în determinarea debitelor de ape uzate din sistemul de canalizare în Casetă prin masurarea a 27 de secțiuni de descarcare a principalelor colectoarelor. Pe principalele colectoare există 40 de secțiuni de măsură. La acestea se adaugă 4 secțiuni de control pe Caseta de ape uzate (Ștefan Furtună, Unirii, Mihai Bravu și Nicolae Grigorescu).
Pentru măsurătorile de calitate a apei uzate tranzitate pe Casetă există 3 prelevatoare automate, senzori de calitate cu timp scurt de indicare a valorilor parametrilor analizați (on-line), echipament de transmisie și înregistrare date din măsurători. Se măsoară temperatura, pH-ul, conductivitatea, turbiditatea, etc.. Detecția sau măsura hidrocarburilor este realizată cu ajutorul unor senzori optici.
Sistemul de monitorizare este compus din:
Echipamente măsură debit;
Echipamente masură nivel;
Echipamente pentru determinarea calității apei.
Aceste echipamente măsoară următorii parametri:
Temperatura
Ph
Potențialul oxidoreducător
Conductivitate
Turbiditate
Oxigen dizolvat
Amoniu (NH4+)
Azot total (NH3 + NH4+)
NH3 = f(NH4+, pH, temperatură)
Dispozitive Automate de Eșantionare.
Echipamente pentru determinarea diluției:
Pluviometre.
Alimentarea cu energie electrică este asigurată prin surse de alimentare continuă (branșare la rețeaua națională de energie electrică) și prin surse de alimentare limitată (baterii, acumulatori).
Aplicația SCADA are rol de a monitoriza cantitatea de precipitații, debitul și calitatea apei din colectoare și Casetă. Aplicația este adresată în principal monitorizării și transmiterii diverselor probleme apărute în sistem, inclusiv pentru monitorizarea schimbărilor de debit și calitate a apei, schimbări apărute în special în timpul ploilor. Datele sunt transmise de către stațiile de telemetrie către interfața SCADA la diferite intervale . Acestea sunt afișate în mod automat.
Toate informatiile si datele despre sistemul de canalizare utilizate in cadrul tezei au fost puse la dispozitie de catre Apa Nova Bucuresti.
Evenimente pluviale deosebite
Monitorizarea evenimentelor pluviale de pe suprafața Municipiului București, se realizează prin 15 pluviometre. Prin intermediul acestora se poate observa distribuția ploilor și zonele cele mai afectate ale sistemului de canalizare. Apariția cu frecvență ridicată a ploilor cu intensități excepționale, afectează în mod direct funcționarea sistemului de canalizare, prin depășirea capacității de transport proiectate.
Fig. 1. Colector în presiune (sursa: Apa Nova București)
Pe parcursul a 3 ani (2014, 2015 si 2016) au fost analizate înregistrările de la cele 15 pluviometre distribuite pe suprafața Municipiului București și au fost alese cele mai semnificative evenimente pluviale înregistrate de acestea, raportat la cantitate, intensitatea precipitațiilor și durata evenimentului.
Ținand cont că unui pluviometru îi corespunde o suprafață relativ mare ~16km2, analizele s-au efectuat punctual, conform înregistrărilor individuale.
Evenimente pluvial cu probabilitati de aparitie reduse
În ultimii ani sistemul de canalizare al Municipiului București a fost supus provocării de a face față unor evenimente pluviale istorice.
În vara anului 2016, sistemul de canalizare al orașului a trebuit să facă față unor evenimente pluviale extreme cu probabilități de revenire de: 1:5 – în data de 12-13 Iunie, 1:20 – în data de 29 Iunie și chiar 1:50 ani – în data de 22-23 August. Tot în luna August anul 2015, Municipiul București s-a confruntat cu un eveniment pluvial cu o probabilitate de apariție de 1:30 ani. În anul 2014, 2 dintre pluviometrele amplasate pe suprafața orașului au înregistrat evenimente pluviale cu probabilități de revenire de 1:10 ani, pe data de 4 Mai și pe 22 Iulie, iar în ziua de 8 August, s-a înregistrat un eveniment deosebit, la unul din pluviometre fiind înregistrată o ploaie ce a depășit probabilitatea de apariție de 1:100 de ani.
DE completat cu incadrarea IDF !!!!!
Fig. 1. Evenimente pluviale extreme
Pentru Municipiul București, debitul mediu tranzitat la sec de sistemul de canalizare este de aproximativ 9.5 m3/s. Aceste evenimente au condus la debite tranzitate și de peste 200 m3/s, reprezentând o cantitate de peste 20 de ori mai mare față de condițiile normale de exploatare.
Tabel Debite maxime tranzitate
5.2.2 . Evenimente pluviale însemnate cantitativ
Cantitățile medii înregistrate de pluviometre au fost comparate cu media lunară multianuală de la stația meteorologică București-Filaret, care este considerată de tip urban și cu media lunară multianuală de pe suprafața României.
Tabel 2 Evenimente pluviale însemnate cantitativ
Se observă că în majoritatea evenimentelor pluviale cantitatea de precipitații, cumulată în câteva ore, a fost mai mare de 50% din media multianulă lunară, reieșind caracterul extrem al fenomenelor mteorologice.
În Mai 2016, în 44 de ore a fost înregistrată o cantitate de precipitații de 35.89 l/m2, însemnând peste 50 % din cantitatea estimată pentru luna Mai – 68.60 l/m2, iar cantitatea medie cumulată pe suprafața Municipiului București, conform înregistrărilor pluviometrelor, în luna Mai 2015 a fost de 25.53 l/m2;
Tabel 3 Cantități de precipitații cumulate
Un alt eveniment pluvial cu caracter extrem a avut loc în intervalul 11-12 Octombrie 2016, când în decursul a 15 ore și 30 de minute, cantitatea medie cumulată pe suprafața Municipiului București a fost de 53.41 l/m2, însemnând peste 120% din cantitea medie multianuală pentru luna Octombrie, atât la stația București-Filaret cât și pe suprafața României – 43.40 l/m2.
Se observă că în luna August au loc cele mai semnificative evenimentele pluviale cu caracter extrem, într-un interval foarte scurt de timp se înregistrează cantități mari de precipitații cu caracter torențial, cu intensități cu frecvențe de apariție ce depășesc 1:30 ani și chiar 1:50 de ani.
Repartitia cantitatilor de precipitatii pe suprafata Municipiului Bucuresti in fucntie de punctele cardinal
Repartiția cantităților de precipitații pe puncte cardinale, raportate la Municipiul București în anii 2014, 2015 și 2016 s-a realizat folosind cantitățile de precipitații înregistrate de către cele 15 pluviometre amplasate pe suprafața orașului.
Figura 2 Repartiția cantității lunare de precipitații pe Vest
Figura 3 Repartiția cantității lunare de precipitații pe Nord
Figura 4 Repartiția cantității lunare de precipitații pe Est
Figura 5 Repartiția cantității lunare de precipitații pe Sud
Interpretare lunara:
Ianuarie: În toți anii cantitățile de ploaie predominante au fost repartizate pe partea de Sud-Vest a orașului;
Februarie: În anii 2014 și 2015 repartiția cantităților de ploaie a fost predominantă pe partea de Nord – Vest. În anul 2016, în luna februarie, cantitățile de ploaie au predominat pe partea de Sud – Vest.
Martie: În toți anii cantitățile de ploaie predominante au fost repartizate pe partea de Sud-Vest;
Aprilie: În anii 2014 și 2015 ploile au avut o repartiție aproximativ uniformă pe suprafața orașului București. În anul 2016 cantitățile au fost predominante pe partea de Sud – Est;
Mai: În anii 2014 și 2016 cantitățile de ploaie au predominat pe partea de Sud – Vest a orașului, iar în anul 2015 acestea au fost predominante pe partea de Nord – Vest;
Iunie: În anul 2014 cantitățile de ploaie au predominat pe partea Nord – Est, în 2015 s-au mutat pe partea de Sud – Est a orașului, iar în anul 2016 pe Vest a fost înregistrată cea mai mare cantitate de precipitații;
Iulie: În anul 2014 pe Nord s-a înregistrat o cantitate de precipitații mai însemnată, iar în anul 2015 cantitățile de ploaie au predominat pe Sud – Est. În 2016, spre deosebire de luna anterioară, ce mai mare cantitate de precipitații a căzut pe partea de Est a orașului;
August: În anul 2014 cantitățile de ploaie au fost mai mari pe partea de Sud – Vest a orașului, în timp ce în anul 2015 au avut aproximativ aceeasi repartiție pe cele 4 puncte cardinale. În anul 2016 pe Est și Vest a fost înregistrată aceeași cantitate de precipitații, în timp ce pe partea de Nord a fost mai scăzută, iar pe partea de Sud mai mare.
Septembrie: În 2014, luna septembrie, s-a păstrat aceași repartiție Sud – Vest ca și în luna august. În anii 2015 și 2016 repartiția a fost aproximativ egală pe cele 4 puncte cardinale;
Octombrie: În cei trei ani analizati cantitățile pluviale au predominat pe partea de Nord – Vest;
Noiembrie: În anul 2014 pe Sud s-a înregistrat o cantitate mai mică de precipitații decât pe celelate puncte cardinale, iar în anul 2015 repartiția s-a păstrat aproximativ egală pe cele 4 puncte cardinale. În anul 2016 precipitațiile au fost predominante pe partea de Sud-Vest a orașului;
Decembrie: În anul 2014 precipitațiile au fost aproximativ uniforme pe suprafața orașului. În anul 2015 precipitațiile au predominat pe partea de Sud-Est, iar în 2016 pe Nord-Est;
Figura 5 Repartiția cantităților medii anuale de precipitații pe luni
– Se observa că de la lună la lună, începând cu 2014, cantitățile de precipitații s-au translatat.
– Se observa că 2014 respectă repartiția cantităților de precipitații multianuale, lunile Aprilie, Mai, Iunie și Decembrie fiind cele mai încărcate de precipitații.
– În anul 2015 repartiția cantităților a fost complet anormală, raportat la repartiția multianuală, lunile Martie, August, Septembrie, Octombrie, Noiembrie fiind cele mai ploioase.
– Până la jumatatea anului 2016, cantitățile de precipitații au avut o repartiție relativ uniformă.
– Începând cu anul 2015, schimbările climatice au determinat o repartiție neuniformă a cantităților de precipitații lunare, iar din cele observate până la jumătatea anului 2016 aproape că nu se mai face distincția între lunile declarate ca fiind ploioase și lunile uscate.
Repartitiea diferentiata a cantitatilor de precipitatii de la luna la luna si pe cele 4 puncte cardinale indica variabilitatea la care este supus sistemul de canalizare, colectoarele sunt supuse diferentiat la preluarea cantitatilor de ape pluviale.
Evolutia indicatorilor de calitate in functie de anotimp
Variatia indicatorilor de calitate a apei uzate in functie de anotimp s-a realizat utilizand date din anii 2012, 2013, 2014, 2015 si 2016.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Schimbarile climatice [301667] (ID: 301667)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.