cercetĂri privind calitatea apelor din lacurile de ...imbrea)/loredana... · În românia,...

UNIVERSITATEA TEHNICĂ

“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Facultatea de Hidrotehnică, Geodezie şi

Ingineria mediului

CERCETĂRI PRIVIND CALITATEA APELOR DIN

LACURILE DE ACUMULARE MICI ȘI MIJLOCII DIN

ZONELE COLINARE

- REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT -

Conducător de doctorat:

Prof.univ.dr.ing. Ion GIURMA

Doctorand:

Ing. Loredana Andreea POPOIU (IMBREA)

IAŞI 2017

UNIVERSITATEA TEHNICA "GHEORGHE ASACHI" DIN IA~I

RECTORATUL

Catre

Va facem cunoscut ca, in ziua de 28.09.2017 la ora 12:00, in Sala de Conferinte din

sediul Decanatului Facultatii de Hidrotehnlca, Geodezie ~i Ingineria Mediului, va avea loc

sustinerea publica a tezei de doctorat intitulata:

"CERCETARIPRIVIND CALITATEA APELOR DIN LACURILEDE ACUMULARE MICI $1MULOCII DIN

ZONELE COLINARE"

elaborate de doamna Loredana Andreea POPOIU (lMBREA) in vederea conferirii titlului stiintlflc

de doctor.

Comisia de doctorat este alcatuita din:

1. Prof.univ.dr.ing. Florian Statescu

Universitatea Tehnica "Gheorghe Asachi" din la~i

2. Prof.univ.dr.ing. Ion Giurma

Universitatea Tehnica "Gheorghe Asachi" din lasi

3. Prof.univ.dr.ing. Constantin Florescu

presedinte

conducator de doctorat

referent oficial

Universitatea Politehnica Tirnisoara

4. Prof.univ.dr.ing. Daniel Bucur referent oficial

Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Veterinara ilion lonescu de la Brad" din lasi

5. Prof.univ.dr.ing. Dorin Cotiusca - Zauca

Universitatea Tehnica "Gheorghe Asachi" din lasi

referent oficial

Cu aceasta ocazie va invitarn sa participati la sustinerea publica a tezei de

doctorat.

Secretar universitate,

Ing~Nagi!

3

Mulţumiri

Elaborarea tezei de doctorat Cercetări privind calitatea apelor din lacurile de

acumulare mici și mijlocii din zonele colinare a fost posibilă prin îndrumarea

conducătorului meu știinţific prof. univ. dr. ing. Ion GIURMA care a contribuit la

formarea mea în pregătirea doctorală. Pe această cale, îi adresez sincere mulţumiri

pentru susținerea, răbdarea, încrederea și încurajarea continuă, dar și pentru

cunoștințele împărtășite pentru finalizarea tezei de doctorat.

Gândurile mele bune se adresează şi întregului colectiv al Departamentului de

Amenajări și Construcții Hidrotehnice din cadrul Facultăţii de Hidrotehnică,

Geodezie şi Ingineria Mediului pentru suportul primit pe parcursul anilor de

pregătire a tezei de doctorat.

Mulțumiri adresez pe această cale conducerii şi colegilor din cadrul

Administraţiei Bazinale de Apă Prut-Bârlad pentru accesul la datele de specialitate,

la modelele de calitate utilizate pentru definirea concluziilor dar și pentru

cunoștințele și recomandările oferite pentru elaborarea tezei.

Îmi exprim recunoștința și respectul față de referenții științifici, pentru că au

acceptat să analizeze teza de doctorat și să participe la susținerea acesteia.

Nu în ultimul rând vreau să mulțumesc familiei pentru suportul, răbdarea și

sprijinul material și moral acordate pe toată perioada de studiu.

Iași Loredana Andreea POPOIU (IMBREA)

4

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL I CADRUL LEGISLATIV PRIVIND CALITATEA APELOR

1.1 Cadrul legislativ privind calitatea apelor

1.1.1 Obiectivele stabilite de Directiva Cadru Apa

1.1.2 Directivele Europene privind evaluarea apelor transpuse în legislația din România

CAPITOLUL II MANAGEMENTUL DURABIL AL RESURSELOR DE APĂ

2.1 Politici şi acţiuni privind dezvoltarea managementului durabil al resurselor de apă

2.2 Presiuni semnificative de poluare a apelor

2.2.1 Surse punctiforme semnificative de poluare a apelor

2.2.2 Surse difuze semnificative de poluare a apelor

2.2.3 Alte presiuni semnificative de poluare a apelor

2.3 Tehnici de evaluare a impactului poluării resurselor de apă

CAPITOLUL III CONCEPTE ŞI METODE DE ABORDARE A CALITĂŢII

APELOR DIN LACURILE DE ACUMULARE DIN ZONELE COLINARE

3.1 Monitoringul resurselor de apă

3.1.1 Tipuri de monitoring şi clasificarea programelor de monitoring

3.2 Cercetări privind calitatea apelor din lacurile de acumulare

3.2.1 Tipologia lacurilor de acumulare

3.2.2 Evaluarea calităţii apelor lacurilor de acumulare

3.2.2.1 Evaluarea potenţialului ecologic

3.2.2.1.1 Elementele biologice specifice evaluării potenţialului ecologic

3.2.2.1.2 Elementele fizico-chimice specifice evaluării potenţialului ecologic

3.2.2.2 Evaluarea stării chimice

3.2.3 Obiective de mediu pentru lacurile de acumulare

CAPITOLUL IV CALITATEA APELOR DIN LACURILE DE ACUMULARE

SITUATE ÎN BAZINUL HIDROGRAFIC BAHLUI

5

4.1 Metodologia agreată pentru stabilirea potenţialului ecologic şi stării chimice a

apelor din lacurile de acumulare situate în bazinul hidrografic Bahlui

4.1.1 Potenţialul ecologic al apelor din lacurile de acumulare

4.1.2 Starea chimică a apelor din lacurile de acumulare

4.1.3 Lacuri de acumulare destinate potabilizării

4.2 Stadiul calității apelor din lacurile de acumulare situate în bazinul hidrografic

Bahlui

4.2.1 Caracteristicile fizico-geografice ale bazinului hidrografic Bahlui

4.2.2 Implicaţii hidrogeomorfologice şi ecologice ale lacurilor

4.2.3 Evoluția calității apelor din lacurile de acumulare mici și mijlocii din bazinul

hidrografic Bahlui

4.2.4 Eutrofizarea lacurilor de acumulare din bazinul hidrografic Bahlui

4.2.4.1 Evoluţia parametrilor indicatori ai eutrofizării apei lacului de acumulare

Cucuteni


Tansa-Belceşti


Podu Iloaiei

4.2.5 Măsuri pentru prevenirea şi combaterea eutrofizării lacurilor de acumulare

CAPITOLUL V ANALIZA ŞI APLICAREA MODELELOR PENTRU STUDIUL

CALITĂŢII APELOR DIN LACURILE DE ACUMULARE DIN ZONELE

COLINARE

5.1 Clasificarea modelelor de calitate a apei

5.2 Balanțe regionale

5.3 Modelul WaQ pentru studiul aportului de nutrienţi din bazinele hidrografice

5.3.1 Obiectivele modelului WaQ

5.3.2 Descrierea modelului

5.3.3 Etapa de lucru

5.3.4 Rezultatele modelării cu WaQ a calității apelor de suprafață din bazinul hidrografic

Bahlui

5.3.5 Prognoza calității apei din lacul de acumulare Podu Iloaiei prin corelarea rezultatelor

generate de modelul WaQ cu datele din măsurători

5.4 Modelul BATHUB pentru studiul procesului de eutrofizare a lacurilor de acumulare

6


5.4.2 Aplicarea modelului BATHUB pentru lacul de acumulare Cucuteni

5.4.2.1 Date de intrare

5.4.2.2 Rezultatele modelării

5.4.3. Aplicarea modelului BATHUB pentru lacul de acumulare Tansa-Belcești



CAPITOLUL VI CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI

CERCETĂRI VIITOARE

6.1 Concluzii finale

6.2 Contribuţii personale

6.3 Perspective și cercetări viitoare

Bibliografie selectivă

Cercetări privind calitatea apelor din lacurile de acumulare mici și mijlocii din zonele colinare

7

Capitolul 1

CADRUL LEGISLATIV PRIVIND CALITATEA APELOR

Cadrul legislativ prin care se definește managementul calitativ al corpurilor de apă se

dezvoltă în jurul Directivei Cadru a Apei nr.2000/60/CE, aprobată în data de 23 octombrie 2000.

Directiva Cadru este alcătuită din 26 de articole și 11 anexe, prin care s-au stabilit principalele

obiective privind calitatea apelor din Statele Uniunii Europene.

Directiva Cadru Apa impune atingerea stării ecologice bune/potențialului ecologic bun și

stării chimice bune a tuturor resurselor de apă [50]. Starea ecologică a apelor, respectiv

potențialul ecologic al apelor reprezintă atât calitatea structurii cât și funcționarea ecosistemelor

acvatice, iar starea chimică se referă la calitatea acestora conform analizei chimice.

Capitolul 2

MANAGEMENTUL DURABIL AL RESURSELOR DE APĂ

Managementul resurselor de apă are la bază tratarea unitară a prevederilor Directivei

Cadru Apă și a directivelor europene, la care se adaugă politici și acțiuni importante ale anumitor

sectoare (protecția împotriva inundațiilor, protecția mediului, schimbările climatice). Urmărirea

cantitativă şi calitativă a apelor din România dar şi aplicarea cadrului legislativ din domeniul

apei, sunt activități realizate de Administraţia Naţională "Apele Române". Legislația privind

gestionarea durabilă a apelor din România a fost definită prin Legea Apelor cu modificările şi

completările ulterioare care au asigurat transpunerea în legislația din România a prevederilor

Directivei Cadru Apa.

Conform Directivei Cadru au fost definite drept presiuni semnificative cele care intervin în

atingerea obiectivelor de mediu stabilite pentru un corp de apă. Este necesară cunoașterea presiunilor

semnificative pentru a stabili dependența dintre: tipuri de presiuni – obiective de mediu – măsuri

necesare îndepărtării și stopării poluării apelor.

Capitolul 3

CONCEPTE ȘI METODE DE ABORDARE A CALITĂȚII APELOR DIN LACURILE

DE ACUMULARE DIN ZONELE COLINARE

Monitoringul apelor este definit ca o activitate de evaluare a caracteristicilor biologice,

fizice și chimice ale apei în relație cu condițiile ecologice ale mediului și de sănătate ale omului.


8

Deoarece există un număr mare de indicatori care stabilesc starea de calitate a unui corp

de apă, gruparea și clasificarea acestora devine dificilă și variată. În prezent, în România este

implementat încă din anul 2006 un Sistem Național Integrat de Monitorizare pentru calitatea

apelor de suprafață, apărut ca urmare a Directivei Cadru pentru Apă, articolul 8 (1), pe baza

căruia, toate statele membre Uniunii Europene trebuie să stabilească programe de monitorizare

pentru clasificarea stării apelor.

Directiva Cadru privind Apa a introdus noțiuni noi privind analiza calității apelor din

lacurile de acumulare, și anume: potențialul ecologic care se determină prin evaluarea

indicatorilor biologici, fizico-chimici, poluanți specifici și starea chimică care se evaluează pe

baza analizei impactului substanțelor prioritare și prioritar periculoase. Urmare a analizei

potențialului ecologic a lacurilor de acumulare monitorizate în perioada 2012-2014 în România

s-a observat o creștere a numărului celor care îndeplinesc obiectivul de mediu. Referitor la starea

chimică a lacurilor de acumulare monitorizate la nivel național o mare parte a acestora prezintă o

stare chimică bună.

Capitolul 4

CALITATEA APELOR DIN LACURILE DE ACUMULARE SITUATE ÎN

BAZINUL HIDROGRAFIC BAHLUI

În România, spațiul hidrografic Bahlui se regăsește în partea de nord-est a țării. Acesta

corespunde unei zone cu o poziţie centrală-nordică-estică în cadrul Podişului Moldovei. Din

punct de vedere administrativ și teritorial, bazinul hidrografic Bahlui aparține județului Iași, mai

puțin partea extrem nord-vestică [23].

S-a urmărit evoluția potențialului ecologic dar și a stării chimice în perioada 2012-2016

pentru lacurile de acumulare Pârcovaci, Cucuteni, Tansa-Belcești și Podu-Iloaiei, iar cele trei din

urmă acumulări au fost evaluate mai detaliat din perspectiva evoluției indicatorilor specifici

eutrofizării și pentru stabilirea stadiului trofic (Datele au fost obținute de la Administrația

Bazinală de Apă Prut-Bârlad, ele fiind analizate și prelucrate). Conceptul de eutrofizare a fost

introdus de Weber în anul 1907, acesta considerând că îmbogățirea, suplimentarea peste limitele

admisibile de legislația în vigoare a apelor cu nutrienți de fosfor și azot reprezintă cauza majoră a

eutrofizării apelor [3].

Lacul de acumulare Cucuteni (Figura 4.1) este amplasat pe cursul de apă Voinești,

afluent de dreapta al râului Bahlui și se găsește pe teritoriul localității Cogeasca, comuna Lețcani

din județul Iași.


9

Figura 4.1 Lacul de acumulare Cucuteni

În perioada 2010-2014 media valorilor de azot total crește de la an la an, iar media

valorilor de fosfor total variază ușor, cu o creștere în anul 2014 (Figura 4.2).

Figura 4.2 Variația azotului total si a fosforului total în perioada 2010-2014

mijloc lac, valori medii

Rezultatele arată că din anul 2010 până în anul 2013 lacul de acumulare Cucuteni

prezintă caracteristici eutrofe din punct de vedere al analizei azotului total, iar în anul 2014

hipertrofe. Raportat la evaluarea fosforului total lacul de acumulare Cucuteni prezintă

caracteristici hipertrofe pe întreaga perioadă 2010-2014.

Un alt parametru monitorizat pentru stabilirea potențialului de eutrofizare a apei din lacul

de acumulare Cucuteni este transparența. Valorile acestui parametru au variat relativ puțin (între

30 cm și 40 cm) în perioada 2010-2014, așa cum se observă în Figura 4.3.


10

Figura 4.3 Variația transparenței în perioada 2010-2014 - mijloc lac

Valorile medii ale clorofilei a variază și ele de la an la an. În Figura 4.4 sunt redate

diferenţele acestui indicator de calitate, valoarea maximă fiind determinată în anul 2012.

Figura 4.4 Variația clorofilei a medie anuală

în perioada 2010-2014 - mijloc lac

Gradul de eutrofizare al lacului de acumulare Cucuteni poate fi stabilit pe baza

elementelor biologice (biomasa maximă a fitoplanctonului și clorofila a medie anuală), saturației

minime în oxigen și pe baza nutrienților de azot total și fosfor total astfel:

Tabel 4.1 Gradul de troficitate pentru lacul de acumulare Cucuteni în anul 2014

Lacul de acumulare

Cucuteni/Mijloc lac

Saturație

minimă

în oxigen

%

Biomasa maximă

a fitoplanctonului

mg/l

Clorofila a

medie anuală

mg/l

Ntotal

(valoare

medie)

mg/l

Ptotal

(valoare

medie)

mg/l

Rezultate 89,1 20,56 45,13 1,66 0,25

Grad de troficitate Oligotrof Hipertrof Hipertrof Hipertrof Hipertrof


11

Conform rezultatelor redate în Tabelul 4.1, din punct de vedere al încărcării cu azot total

și fosfor total (valori medii), a biomasei maxime a fitoplanctonului și a clorofilei a medie anuală

lacul de acumulare Cucuteni prezintă în anul 2014 caracteristici hipertrofe, iar din punct de

vedere al saturației minime în oxigen prezintă caracteristici oligotrofe.

Lacul de acumulare Tansa-Belcești (Figura 4.5) este realizat pe cursul de apa Bahlui, în

dreptul satului Tansa, comuna Belcești.

Figura 4.5 Lacul de acumulare Tansa-Belcești

Analizând valorile medii de azot total din lacul de acumulare Tansa-Belcești (Figura 4.6)

se constată ameliorarea stării de calitate, de la un lac hipertrof în anul 2010 la un lac eutrof în

perioada 2011-2015.

Figura 4.6 Variația azotului total în perioada 2010-2015

priză potabilizare, mijloc lac, amonte baraj (valori medii)


12

Analizând valorile medii de fosfor total din lacul de acumulare Tansa-Belcești (Figura

4.7) se constată ca în anul 2012 se încadrează în categoria de lac hipertrof, ca începând cu anul

2013 până în anul 2015 să prezinte caracteristici eutrofe.

Figura 4.7 Variația fosforului total în perioada 2010-2015

priză potabilizare, mijloc lac, amonte baraj (valori medii)

Transparența se menține constantă în cele două secțiuni de monitorizare (mijloc lac și

amonte baraj) și este într-o ușoară creștere în perioada 2010-2015, așa cum se observă și în

Figura 4.8. Între anul 2010 și 2015 apare o diferență a transparenței de 10 cm.

Figura 4.8 Variația transparenței în perioada

2010-2015 - mijloc lac și amonte baraj

Dacă se analizează valorile pentru transparența lacului de acumulare Tansa-Belcești în

anul 2015 se observă o diferență mare între sezonul de primăvară și cel de vară. Diferența de


13

transparență între cele doua sezoane este cu 30 cm mai mult pentru sezonul de primăvară (Figura

4.9).

Figura 4.9 Variația transparenței lacului de acumulare Tansa-Belcești

În Figura 4.10 se redă variația clorofilei a medie anuală în perioada 2010-2015 în

secțiunile mijloc lac și amonte baraj. Cele mai ridicate valori au fost determinate în anul 2012.

Figura 4.10 Variația clorofilei a medie anuală în perioada

2010-2015 - mijloc lac și amonte baraj

În Figura 4.11 se observă că în lacul de acumulare Tansa-Belcești în anul 2015,

concentrația maximă a clorofilei a s-a determinat vara, atunci când cresc temperaturile și are loc

o activitate foarte mare a fotosintezei fitoplanctonului.


14

Figura 4.11 Dinamica clorofilei a la nivelul anului 2015

În Tabelul 4.2 se redă gradul de troficitate pentru lacul de acumulare Tansa-Belcești

raportat la încărcarea cu azot total, respectiv fosfor total, al biomasei maxime a fitoplanctonului,

a clorofilei a medie anuală și a saturației minime în oxigen.

Tabel 4.2 Gradul de troficitate pentru lacul de acumulare Tansa-Belcești în anul 2014

Lacul de acumulare

Tansa

Belcești/Mijloc lac

Saturație

minimă în

oxigen %

Biomasa maximă a

fitoplanctonului

mg/l

Clorofila a

medie anuală

mg/l

Ntotal

(valoare

medie)

mg/l

Ptotal

(valoare

medie)

mg/l

Rezultate 54,64 9,35 31,56 1,10 0,09

Grad de troficitate Mezotrof Eutrof Hipertrof Eutrof Eutrof

Lacul de acumulare Podu Iloaiei (Figura 4.12) face parte din ansamblul de lacuri de

acumulare situate în bazinul hidrografic Bahlui, respectiv în sub-bazinul hidrografic Bahlueț.

Figura 4.12 Lacul de acumulare Podu Iloaiei


15

Dacă analizăm valorile de azot total în perioada 2010-2014 în lacul de acumulare Podu

Iloaiei, se observă o ușoară scădere de la an la an, cele mai mici valori fiind determinate în anul

2014 – 2,18 mg/l în secțiunea mijloc lac și 2,20 mg/l în secțiunea baraj lac.

Figura 4.13 Variația azotului total în perioada

2010-2014 – mijloc lac, baraj lac

În ceea ce privește valorile măsurate de fosfor total, pentru secțiunea mijloc lac acestea se

mențin constante, iar pentru secțiunea baraj lac în anul 2010 se determină valoarea maximă de

0,56 mg/l, ca apoi acestea să scadă la valoarea de 0,20 mg/l în anul.

Figura 4.14 Variația fosforului total în perioada

2010-2014 – mijloc lac, baraj lac


16

Analizând Figura 4.13 și Figura 4.14 se constată că în perioada 2010-2014 lacul de

acumulare Podu Iloaiei prezintă caracteristici hipertrofe din punct de vedere al monitorizării

azotului total și a fosforului total.

În Tabelul 4.3 se redă gradul de troficitate pentru lacul de acumulare Podu Iloaiei din

punct de vedere al încărcării cu azot total și fosfor total, al biomasei maxime a fitoplanctonului, a

clorofilei a medie anuală și a saturației minime în oxigen.

Tabel 4.3 Gradul de troficitate pentru lacul de acumulare Podu Iloaiei în anul 2014

Lacul de acumulare

Podu Iloaiei/Baraj

Saturație

minimă

în oxigen

%

Biomasa maximă a

fitoplanctonului

mg/l

Clorofila a

medie anuală

mg/l

Ntotal

mg/l

Ptotal

mg/l

Rezultate 83,4 15,66 78,28 2,20 0,20

Grad de troficitate Oligotrof Hipertrof Hipertrof Hipertrof Hipertrof

Evoluția stării trofice a lacurilor de acumulare studiate ajută la estimarea viitoare și la

stabilirea prioritizării măsurilor necesare.

Capitolul 5

ANALIZA ȘI APLICAREA MODELELOR PENTRU STUDIUL CALITĂŢII APELOR DIN

LACURILE DE ACUMULARE DIN ZONELE COLINARE

5.1 Clasificarea modelelor de calitate a apei

Modelele de calitate permit specialiștilor preocupați cu monitorizarea calității resurselor

de apă să se îndrepte către corpurile de apă cele mai permisibile îmbunătăţirilor din punct de

vedere ecologic și chimic. Multe dintre cunoștințele acumulate de-a lungul anilor au avut la bază

modele fizice, însă știința actuală se concentrează în principal pe dezvoltarea modelelor

matematice. Un model matematic se rezumă la o ecuaţie, sau un set de mai multe ecuaţii, în

legătură cu parametrii de intrare şi variabile cu rezultate cuantificabile, bazate pe ipoteze

specifice şi pe simplificarea realităţii.

Modele matematice sunt clasificate după mai multe criterii diferite în:

Modele empirice sau mecanice;


17

Modele de simulare sau de optimizare;

Modele statice sau dinamice;

Modele cu parametrii concentraţi sau distribuiţi;

Modele deterministe sau stohastice;

Modele transversale sau longitudinale.

Pornind de la scopul pentru care se realizează modelarea calității unui corp de apă se va

decide asupra gradului de detaliere al componentei biologice din model (numărul parametrilor de

calitate și legăturile dintre aceștia), rezoluția spațială utilizată pentru discretizarea geometrică a

sistemului fizic, tipul de ecuații care redau matematic procesele și nu în ultimul rând necesarul

de date de intrare folosite pentru calibrarea modelului matematic.

5.2 Balanțele regionale

Un element deosebit de important pentru protecția calității apelor constă în elaborarea la

nivel de bazin hidrografic, la o anumită perioadă de timp a balanțelor regionale între emisii

(debite masice de efluenți uzați pe diferite categorii de poluanți) și imisiile aferente. Evaluarea și

analiza proceselor pe care le suportă un poluant sau cunoaşterea în amănunt a datelor de emisii,

respectiv imisii împreună cu debitele aferente sunt condiţii obligatorii pentru realizarea

balanţelor regionale.

5.3 Modelul WaQ pentru studiul aportului de nutrienți din

bazinele hidrografice

5.3.1 Obiectivele modelului WaQ

Modelul de calitate WaQ a fost dezvoltat de INHGA și utilizat pentru prognoza calității

apelor dintr-un bazin hidrografic de către Administrația Națională “Apele Române”.

Modelul WaQ ajută la prognoza viitoare a calității apelor de suprafață situate în bazinul

hidrografic Bahlui, pornind de la calitatea apelor fiecărui sub-bazin, prin modelarea a doi

parametri indicatori ai procesului de eutrofizare: azot total, respectiv fosfor total. Acest program

de modelare matematică permite elaborarea de scenarii de bază și scenarii optime. Rezultatele

se obțin în urma aplicării fiecărui scenariu a ecuației de bilanț de încărcări cu nutrienți proveniți

din sursele de poluare punctiforme, difuze și de fond natural.


18

Conform metodologiei descrise în Instrucțiuni, modelul WaQ necesită ca prim pas

realizarea modelării topologice a bazinului Bahlui în sub-bazine. Aceasta se realizează în

conformitate cu schema prezentată în Figura 5.1 și constă în delimitarea sub-bazinelor care au ca

secţiune de închidere secţiunea de monitorizare a calităţii apei.

Modelul WaQ se aplica pe fiecare sub-bazin rezultat în urma modelării topologice a

bazinului hidrografic Bahlui, iar datele de ieșire obţinute prin calibrarea modelului pentru sub-

bazinul amonte devin date de intrare pentru sub-bazinul aval următor [57].

Figura 5.1 Schema topologică a bazinului hidrografic [57]

Tabel 5.1 Delimitarea bazinului hidrografic Bahlui pe sub-bazine și identificarea lacurilor

de acumulare

Sub-bazine Lacuri de acumulare

Râul Bahlui, sub-bazinul Izvoare - Vama cu Tabla - tip 3 -

Râul Bahlui, sub-bazinul Vama cu Tabla - amonte Hârlău -

tip 2

Pârcovaci

Râul Bahlui, sub-bazinul amonte Hârlău - aval Hârlău - tip

2

-

Râul Bahlui, sub-bazinul aval Hârlău - aval Belcești - tip 2 Tansa

Râul Bahlui, sub-bazinul aval Belcești - Podu Iloaiei - tip 4 Plopi

Râul Bahlui, sub-bazinul Podu Iloaiei - Holboca - tip 4 Cucuteni, Rediu, Aroneanu, Ciric

(3), Chirița


19

Râul Bahlueț, sub-bazinul Izvoare - amonte Târgu Frumos

- tip 3

-

Râul Bahlueț, sub-bazinul amonte Târgu Frumos -

Războieni - tip 2

-

Râul Bahlueț, sub-bazinul Războieni - amonte Podu

Iloaiei - tip 2

Sârca, Podu Iloaiei

Râul Nicolina, sub-bazinul izvoare – amonte confluență

Bahlui - tip 3

Ciurbesti, Ezăreni

Ecuaţia modelului este următoarea [57]:

Imav. = (1- CL) * [Imam. + Empct. * (1-Cred.p) + (1-CR) * (Emdif *(1-Cred.dif) + Emfond) (5.1)

Imav. = imisiile măsurate în râu în secţiunea de monitorizare a calității apei din aval;

Imam. = imisiile măsurate în râu în secţiunea de monitorizare a calității apei din amonte;

Empct. = emisiile evacuate de la sursele de poluare punctiforme în sub-bazinul analizat;

Emdif. = emisiile provenite de la sursele de poluare difuze în sub-bazinul analizat;

Emfond = emisiile provenite din fondul natural măsurate în sub-bazinul analizat;

CL = coeficientul de reducere a poluanţilor în lacuri;

CR = coeficientul de reducere a poluanţilor pe interfluvii şi în râurile mici;

Cred.p = coeficient de reducere a poluării din surse punctiforme necesar pentru aplicarea

scenariului optim;

Cred.dif = coeficientul de reducere a poluării din surse difuze necesar pentru aplicarea

scenariului optim.

Având în vedere că debitele şi concentraţiile variază vizibil în timpul unui an, pentru

determinarea concentraţiilor medii anuale şi a imisiilor anuale (încărcărilor anuale) rezultate din

surse punctiforme au fost utilizate următoarele ecuații:

Încărcărileanuale(t/an) = x (mg/l)*Qan (m3/s)*31,5 (5.2) [57]

= (5.3) [57]

Qan= * (5.4) [57]

unde:


20

Qan - debitul mediu anual;

Qi – debitul mediu zilnic;

Cxi - concentraţia instantanee a indicatorului chimic x;

– concentrația medie anuală a indicatorului x;

n - numărul de analize pe an;

31,5 – constantă de transformare.


Deoarece teza de doctorat are drept subiect de studiu calitatea apelor din lacurile de

acumulare, în acest capitol modelul WaQ utilizat în cadrul Administrației Bazinale de Apă Prut-

Bârlad a ajutat la trasarea unei concluzii privind prognoza calității apei din lacul de acumulare

Podu Iloaiei ca urmare a rezultatelor obținute pentru sub-bazinul Războieni - amonte Podu

Iloaiei.

Parametrii specifici modelului matematic sunt CR şi CL, iar determinarea acestora și

calibrarea modelului s-a făcut utilizând datele provenite din monitorizarea aferentă anului 2012.

Datele de intrare au în vedere informații specifice fiecărui sub-bazin așa cum a fost

definit și prezentat în Tabelul 5.1. Prin urmare primele date introduse se referă la datele

generale ce au în vedere: suprafața totală a bazinului Bahlui (ha), suprafețele în ha a sub-

bazinelor obținute în urma modelării topologice (sub-bazinul Izvoare - Vama cu Tabla, sub-

bazinul Vama cu Tabla - amonte Hârlău, sub-bazinul amonte Hârlău - aval Hârlău, sub-bazinul

aval Hârlău - aval Belcești, sub-bazinul aval Belcești - Podu Iloaiei, sub-bazinul Podu Iloaiei –

Holboca, sub-bazinul Izvoare - amonte Târgu Frumos, sub-bazinul amonte Târgu Frumos –

Războieni, sub-bazinul Războieni - amonte Podu Iloaiei, sub-bazinul Izvoare – amonte

confluența Bahlui), debitul mediu anual din secțiunea amonte, dar și din aval (m3/s), debitul cu

asigurare de 95% în secțiunea din amonte și în secțiunea din aval (m3/s), încărcările de azot total

și fosfor total din secțiunile amonte și aval (t/an), valorile concentrațiilor medii măsurate pentru

cei doi indicatori amintiți mai sus (azot total și fosfor total) și nu în ultimul rând valorile

concentrațiilor limită ce corespund unei stări de calitate bună a apelor.

Modelul solicită totodată și introducerea datelor privind sursele difuze de poluare

referitoare la: suprafețele ocupate de terenurile agricole (ha) și aglomerările umane neracordate

la rețele de canalizare.

Estimările constau în:


21

Evoluția suprafeței agricole preconizată pentru anul 2021 (suprafața terenurilor

agricole variază cu 10-20%);

Pentru aglomerările umane, s-a presupus că cele mai mari de 2000 locuitori

echivalenți vor fi racordate în totalitate la rețele de canalizare, iar poluarea difuză analizată în

anul de referință 2012 se va transforma în poluare punctiformă pentru anul 2021.

În model au fost introduse și datele privind suprafețele ocupate de culturi perene, păduri

și zone umede (ha). Evoluția acestora pentru anul 2021 s-a realizat astfel:

scăderea suprafețelor ocupate de culturi perene cu aproximativ 5-10% datorită creșterii

suprafețelor terenurilor agricole pe care se aplică îngrășăminte chimice;

scăderea cu aproximativ 2% a suprafețelor cu păduri datorită despăduririlor în masă;

creșterea suprafețelor ocupate de zone umede cu circa 10%.

Nu în ultimul rând este necesară analiza încărcării cu nutrienți proveniți de la sursele

punctiforme. Pentru anul 2021 s-au realizat o serie de estimări cu privire la sursele industriale,

agricole și aglomerările umane:

pentru sursele punctiforme se consideră creșterea debitului evacuat cu câte un procent

pe an, iar pentru concentrație de poluanți evacuată se ia în considerare valoarea limită din

legislația națională aflată în vigoare, și anume H.G. 352/2005;

pentru aglomerările umane se presupune o scădere a numărului populației [57].

5.3.3 Etapa de lucru

Datele introduse în modelul matematic WaQ au fost cele specifice monitorizării din anul

2012, iar prognoza stării de calitate a apelor din bazinul hidrografic Bahlui s-a efectuat pentru

anul 2021 de către specialiștii din Administrația Bazinală de Apă Prut-Bârlad prin monitorizarea

variației în timp a azotului total și a fosforului total.

Pentru analiza condițiilor din anul 2012 dar și pentru prognoza aferentă anului 2021 s-au

folosit pe de o parte concentraţia medie anuală a celor doi indicatori chimici corespunzătoare

debitului mediu anual (la nivelul anului 2012), iar pe de altă parte, pentru elaborarea celor două

scenarii aferente anului 2021 s-a utilizat concentraţia medie anuală a celor doi indicatori chimici

corespunzătoare unui debit cu probabilitatea de depăşire 95%.

În bazinul hidrografic Bahlui au fost evaluate încărcările chimice provenite în principal

de la următoarele surse de poluare: SC APAVITAL SA Iași, ABATOR Războieni, SC

COTNARI SA – Stație de epurare, S.C. Prodalex S.A. Podu Iloaiei, Spital TBC Deleni, RAJAC

Iași Stație Epurare Podu Iloaiei, SC Europa Express SRL Lețcani, SC ANTIBIOTICE SA Iași,


22

SC DEDEMAN SRL IASI, SC ARABESQUE SRL Iași, SC BTM GRUP 2004 SRL IASI, SC

BUILD CORP PREFABRICATE SRL - Ape Menajere Iași, Abator Pd. Iloaiei, SC DELPHI

DIESEL SYSTEM ROMANIA SRL Iași, SC METRO CACH & CARRY SRL, SC SPIROCA

SA Iași, SC SYMETRICA SRL - Punct de lucru Podu Iloaiei, SC TRANSGOR LOGISTIK SRL

Tomești, SC MEGA AUTO (TOYOTA) SRL IAȘI, SC SELGROS SRL, SC DELCAR SRL

IAȘI, SC FORTUS SA IAȘI. Cele mai importante aglomerări analizate au fost: Iași, Târgu

Frumos, Podu Iloaiei, Războieni, Hârlău, Lețcani.

În urma evaluărilor suprafețelor pe fiecare sub-bazin în parte s-a constatat că la nivelul

bazinului hidrografic Bahlui ponderea cea mai mare este reprezentată de suprafețe agricole,

urmate de păduri și culturi perene. Cea mai mică pondere o au zonele umede, conform datelor

obținute de la Administrația Bazinală de Apă Prut-Bârlad.

Analiza emisiilor de azot total și fosfor total realizată în anul 2012, la nivelul fiecărui

sub-bazin al bazinului hidrografic Bahlui și pe fiecare sursă de poluare analizată (surse difuze,

surse punctiforme și surse fond natural) a evidențiat faptul că emisiile rezultate din surse difuze

(teren agricol) și din surse fond natural (depuneri atmosferice, culturi perene, păduri) au cea mai

mare pondere. Referitor la emisiile rezultate din sursele punctiforme acestea se mențin la nivelul

fiecărui sub-bazin al bazinului hidrografic Bahlui în limite constante, cu o variație mai puțin

influențabilă.

5.3.4 Rezultatele modelării cu WaQ a calității apelor de suprafață din

bazinul hidrografic Bahlui

Analizând emisiile de azot total și fosfor total din surse difuze, au fost înregistrate

creșteri pentru toate sub-bazinele analizate. Acest fapt este cauzat și de creșterea în timp a

suprafețelor agricole cultivate.

Pentru emisiile de azot total și fosfor total din fond natural s-a observat o variație

nesemnificativă între valorile măsurate la nivelul anului 2012 și cele simulate la nivelul anului

2021.

Evaluând emisiile de azot total și fosfor total care au fost prognozate pentru anul 2021

prin aplicarea modelului matematic WaQ s-a constatat doar pentru sub-bazinele izvoare - Vama

cu Tabla si Vama cu Tabla - am. Hârlău o creștere foarte mică a celor provenite din surse

punctiforme, iar în toate celelalte sub-bazine o descreștere.

Rezultatele obținute au indicat faptul că la nivelul bazinului hidrografic Bahlui, în anul

2021, principala sursă de poluare a resurselor de apă va fi cea difuză. Dacă se ține cont că


23

acestea continuă să crească în anul 2021, se poate concluziona că poluarea difuză se menține în

bazinul hidrografic Bahlui, comparativ cu celelalte surse semnificative definite mai sus.

(1)

(2)

Figura 5.2 Imisii de azot total (t/an) și fosfor total (t/an) în bazinul hidrografic

Bahlui

Ca urmare a aplicării modelului WaQ, prognoza stării de calitate a bazinului hidrografic

Bahlui realizată pentru anul 2021 a evidențiat în cea mai mare parte o creștere a imisiilor de azot

total și fosfor total, fată de valorile măsurate în anul 2012. Excepție s-a observat pentru sub-

bazinele: Izvoare – Războieni, Războieni – amonte Podu Iloaiei unde s-a stabilit o descreștere a

încărcării în azot total si în fosfor total (Figura 5.2).


24

5.3.5 Prognoza calității apei din lacul de acumulare Podu Iloaiei prin

corelarea rezultatelor generate de modelul WaQ cu datele din măsurători

Rezultatele privind prognoza stării de calitate la nivelul anului 2021 a sub-bazinului

Războieni–amonte Podu Iloaiei, generate prin utilizarea modelului WaQ de către specialiștii

Administrației Bazinale de Apă Prut-Bârlad, au contribuit la trasarea unei concluzii proprie

privind starea de calitate viitoare a apei din lacul de acumulare Podu-Iloaiei. Prin aplicarea

modelării topologice așa cum s-a evidențiat și în Tabelul 5.1 a rezultat că în arealul sub-bazinului

Războieni-amonte Podu Iloaiei se găsește lacul de acumulare Podu Iloaiei, considerat unul dintre

cele mai poluate lacuri din bazinul hidrografic Bahlui. În continuare se analizează starea de

calitate a lacului de acumulare Podu Iloaiei în anul 2021, pornind de la starea de calitate a sub-

bazinului Războieni-amonte Podu Iloaiei.

(1)

(2)

Figura 5.3 Imisii de azot total (t/an) și fosfor total (t/an) în sub-bazinul Războieni

– amonte Podu Iloaiei

Conform Figurii 5.3, ca urmare a modelării cu WaQ, prognoza realizată în perspectiva

anului 2021 a evidențiat pentru sub-bazinul Războieni – amonte Podu Iloaiei o descreștere a

conținutului de azot total și fosfor total față de celelalte sub-bazine din bazinul hidrografic

Bahlui.


25

Din punct de vedere calitativ, caracteristicile lacului de acumulare Podu Iloaiei (Figura

5.4) depind de caracteristicile ecologice ale sub-bazinului Războieni - amonte Podu Iloaiei

influențate în primul rând de poluarea cu nutrienţi de azot şi fosfor provenită în principal din

practicile agricole. O parte considerabilă din cantităţile de nutrienți de azot total și fosfor total

sunt transportate în lacul de acumulare Podu Iloaiei prin reţeaua hidrografică a sub-bazinului

Războieni - amonte Podu Iloaiei.

Figura 5.4 Lacul de acumulare Podu Iloaiei

Dacă rezultatele obținute în urma aplicării modelului WaQ pentru anul 2021 au indicat o

scădere a încărcării cu azot total și fosfor total pentru sub-bazinului Războieni - amonte Podu

Iloaiei, se poate deduce o ameliorare a potențialului ecologic pentru lacul de acumulare Podu

Iloaiei.

Concluzia este susținută de:

1) <<Studiul privind evoluția potențialului ecologic pentru lacul de acumulare Podu

Iloaiei (din punct de vedere a analizei nutrienților) prezentat în Capitolul IV >> care a indicat

pentru lacul de acumulare Podu Iloaiei un potențial ecologic moderat începând cu anul 2010 și

care a atins un potențial ecologic bun atât în anul 2015 cât și în anul 2016;

2) și de ajustarea seriilor cronologice pentru cei doi indicatori evaluați.

În Tabelul 5.2 sunt redate valorile de azot total și fosfor total din lacul de acumulare Podu

Iloaiei monitorizate în perioada 2010-2015. Valorile au rezultat ca urmare a alegerii situației mai

nefavorabile dintre cele două secțiuni: mijloc lac și baraj.


26

Tabel 5.2 Variația azotului total și a fosforului total în perioada 2010-2015

Lac de

acumulare

Podu Iloaiei

2010 2011 2012 2013 2014 2015

Azot

total (mg/l)

2,42 2,40 2,40 2,30 2,20 2,18

Fosfor total

(mg/l)

0,28 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26

Estimarea valorilor de azot total în perioada 2016-2021 s-a realizat prin ajustarea

seriilor cronologice prin metoda modificării mediei absolute, având ca punct de plecare

datele provenite din măsurători în perioada 2010-2015.

Expresia prin intermediul căreia se determină valorile ajustate (Y) se bazează pe relația

dintre ultimul termen (yn), modificările absolute (Δ) și primul termen (y1).

Δ = (y1-yn)/n; (5.5)

Yt = y1-(t-1) x Δ; (5.6)

Δ = (y1-yn)/n = (2,42-2,18)/6 = 0,04 mg/l;

Y2010 = y1 = 2,42 mg/l;

Y2011 = y1 - Δ = 2,38 mg/l;

Y2012 = y1 - 2Δ = 2,34 mg/l;

Y2013 = y1 - 3Δ = 2,3 mg/l;

Y2014 = y1 - 4Δ = 2,26 mg/l;

Y2015 = y1 - 5Δ = 2,22 mg/l;

Y2016 = y1 - 6Δ = 2,18 mg/l;

Y2017 = y1 - 7Δ = 2,14 mg/l;

Y2018 = y1 - 8Δ = 2,1 mg/l;

Y2019 = y1 - 9Δ = 2,06 mg/l;

Y2020 = y1 - 10Δ = 2,0 mg/l;

Y2021 = y1 - 11Δ = 1,98 mg/l.

Corelând datele din monitorizare cu rezultatele obținute prin aplicarea metodei

modificării mediei absolute se observă descreșterea valorilor de azot total în perioada 2010-2021

de la 2,42 mg/l la 1,98 mg/l.


27

Estimarea valorilor de fosfor total în perioada 2016-2021 s-a realizat prin interpretarea

valorilor măsurate în perioada 2010-2015. Din Tabelul 5.2 se observă că începând cu anul 2011

până în anul 2015, modificarea absolută este 0. Astfel dacă nu vor exista fenomene naturale

deosebite care să modifice condițiile actuale, valorile de fosfor total vor rămâne constante sau

vor descrește cu o modificare absolută de 0,003 în fiecare an. Aplicând principiul descris mai

sus, valoarea de fosfor total la care se poate ajunge în anul 2021 este de 0,25 mg/l.

5.4 Modelul BATHUB pentru studiul procesului de eutrofizare a lacurilor de

acumulare

Pentru analiza riscului apariției procesului de eutrofizare a apei lacurilor de acumulare, se

poate utiliza un model de calitate, denumit BATHUB, versiunea 6.14 (“Simplified Techniques

for Eutrophication”), elaborat în cadrul U.S. Army Corps of Engineers de către William W.

Walker, Jr., PhD. Rezultatele simulării se redau tabelar sau grafic.


Modelul de calitate BATHUB se bazează pe aplicarea metodelor de cuantificare

emipirice a proceselor de eutrofizare, în mişcare permanentă a apei.

Se ia în considerare bilanţul masic al nutrienţilor de azot și fosfor dintr-un lac de

acumulare privit ca un cumul de segmente/secțiuni cu caracteristici distincte. Acolo unde nu se

stabilesc condiții diferite, lacul de acumulare va fi definit printr-o singură secțiune.

Programul are două importante funcționalități, și anume:

de diagnostic (formularea bilanțului masic al apei și al nutrienților, clasamentul

indicatorilor de stare trofică, identificarea factorilor care controlează producția algală);

sau de prognoză (evaluarea impactului schimbărilor în apă și/sau în încărcarea

nutrienților, evaluarea impactului schimbărilor apărute în sezonul de creștere, estimarea

încărcării cu nutrienți în concordanță cu obiectivele managementului de calitate a apei).

Într-un mod de diagnosticare, modelul furnizează un cadru specific pentru analiza și

interpretarea datelor de monitorizare existente pentru un lac de acumulare. Acest fapt conduce la

o perspectivă a eutrofizării asupra condițiilor de calitate a apei și a factorilor de control.

Evaluările pot fi exprimate în termeni absoluți (la nivel național, de exemplu, în ceea ce privește

obiectivele de calitate a apei, criteriile sau standardele) și/sau termeni relativi.

Într-un mod de prognoză, modelele sunt folosite pentru a proiecta condițiile viitoare.

Diferența între aceste două tipuri de funcții ale modelului este importantă. În primul caz,


28

monitorizarea datelor existente dintr-un lac de acumulare poate fi utilizată în combinație cu

modelele și analizele de diagnostic, ca un punct de plecare pentru extrapolare la condițiile

viitoare. Din cauza oportunității de calibrare specific amplasamentului, predicțiile viitoarelor

condiții într-un lac de acumulare existent sunt, în general, mai puțin supuse incertitudinii decât

predicțiile condițiilor de calitate a apei într-un lac de acumulare simulat.

Pentru evaluarea riscului potențialului de eutrofizare a celor două lacuri de acumulare

studiate Cucuteni şi Tansa-Belceşti din bazinul hidrografic Bahlui, s-a utilizat ca model de

calitate modelul BATHUB, urmărind principiul Schemei 1 în cazul lacului de acumulare

Cucuteni și Schemei 2 în cazul lacului de acumulare Tansa-Belcești (Figura 5.5) din cele 6

posibile.

Schema 1 se utilizează pentru lacurile de acumulare care prezintă doar o secțiune de

monitorizare. Schema 2 implică împărțirea lacului de acumulare studiat într-o rețea de segmente

pentru estimarea variațiilor spațiale a indicatorilor de calitate.

Figura 5.5 Schemele modelului Bathub [BATHUB Water Quality Model]

Segmentele reprezintă diferite zone ale lacului de acumulare (coadă lac, mijloc lac,

amonte baraj). Bilanţul masic al nutrienţilor dintr-o rețea hidrografică rezultă în urma proceselor

de transport advectiv, transport difuziv şi de sedimentare a acestora. Săgețile inversate reflectă

simularea dispersiei longitudinale.


29

Structura de bază a modelului BATHUB redată în Figura 5.6 este una simplă: date de

intrare, modelare, date de ieșire și posibilele erori.

Figura 5.6 Structura de bază a modelului BATHUB

[BATHUB Water Quality Model]

Figura 5.7 Elementele (inputuri si outputuri ) implicate in modelul BATHUB


Datele de intrare sunt reprezentate de: caracteristicile bazinului de recepție și ale

afluenților care contribuie la scurgere (de exemplu suprafață totală a bazinului de recepție),

debitul anual, calitatea apei care intră în lacul de acumulare, batimetria lacului de acumulare,

temperatura, caracteristicile chimice ale sedimentelor de fund.

Modelul BATHUB solicită şi precizarea condiţiilor hidrologice pentru arealul în care se

află situat lacul de acumulare, cum ar fi: precipitaţii, evapotranspiraţie, producţia de apă.


30

Datele de ieșire sunt reprezentate prin: tabele sau afișaje grafice ale hidraulicii

segmentului/secțiunii, bilanțul masic al nutrienților, balanța apei, predicții ale concentrației de

nutrienți, transparența, concentrația de clorofilă, statistici ale condițiilor măsurate și ale

condițiilor simulate.

Elementele de bază ale acestui model matematic includ:

<<Segments>> – zone specifice lacului de acumulare cum ar fi: coadă lac, mijloc lac,

amonte baraj, priză potabilizare. Segmentul este definit prin număr, nume, segment aval.

Pentru fiecare segment se introduc:

date morfometrice (suprafață, adâncimea medie, lungime, adâncimea stratului de

amestec);

date privind calitatea apei;

factorii de calibrare;

rata internă de încărcare.

<<Tributaries>> - intrările externe (de exemplu intrările din rețeaua hidrografică). Ele

sunt asociate cu un anumit segment și sunt definite prin număr, nume și tip.

Legătura segmentelor este definită prin atribuirea fiecărui segment a unui număr de

identificare (de la 1 la 50) și specificarea segmentului care este imediat în aval. Pentru fiecare

segment se specifică sursa/încărcarea externă de nutrienți. Pot fi specificate mai multe surse

externe pentru fiecare segment.

<<Variabilele modelului>> sunt redate în Figura 5.8 și se rezumă la:

- perioada medie considerată;

- precipitații medii;

- evapotranspirație;

- producția de apă înregistrată în lacul de acumulare între începutul și sfârșitul perioadei

medii;

- încărcările atmosferice care sunt reprezentate prin: azot total, fosfor total, ortofosfați

și azot anorganic.

<<Canale de transport>>

În sistemele de segmentare normale, ieșirea din fiecare segment se realizează în

următorul segment din aval sau în afara sistemului. Este prevăzută, de asemenea, o opțiune

pentru specificarea transportului advectiv și/sau difuziv suplimentar între oricare pereche de

segmente.


31

Figura 5.8 Variabilele modelului BATHUB

Erori, variabilitate și analiză de sensibilitate

Distincția între eroare și variabilitate este importantă. Eroarea se referă la o diferență între

o valoare medie observată și o valoare estimată. Variabilitatea se referă la fluctuațiile spațiale sau

temporale ale concentrației în jurul valorii mediei. Predicția variabilității temporale este, în

general, dincolo de modelarea empirică, deși o astfel de variabilitate este importantă deoarece

influențează precizia valorilor medii calculate din datele de monitorizare limitate.

Deoarece atât erorile de măsurare, cât și cele ale modelului tind să crească cu scala de

concentrație, erorile sunt cel mai convenabil exprimate în procente sau în scale logaritmice. Se

utilizează frecvent coeficientul mediu de variație (CV) ca măsură de eroare. CV-ul este egal cu

eroarea standard a estimării exprimată ca o fracție a valorii estimate. De exemplu, un CV de 0,2

indică faptul că eroarea standard este de 20% din valoarea medie estimată.

Modelarea potenţialului de eutrofizare a apei lacurilor de acumulare cu ajutorul

modelului matematic BATHUB este expimată prin elemente ca: fosfor total, azot total, clorofila

a, transparenţa, azot organic, fosfor organic. Aceste variabile pot fi simulate pe baza relaţiilor

empirice specifice lacurilor de acumulare (Walker, 1983).


32

Modelarea dinamicii fosforului are la bază modele cinetice de ordinul 1 şi 2:

Model cinetic de ordinul 2 (A2=2): P = [-1 + (1 + 4 K A1 Pi T)0.5 ]/(2 K A1 T) (5.7)

Model cinetic de ordinul 1 (A2=1): P = Pi / (1 + K A1 T) (5.8)

Unde viteza de sedimentare a fosforului este: CP A1 PA2 (mg/mc-an) [29].

Modelarea dinamicii azotului are la bază modele cinetice de ordinal 1 şi 2:

Model cinetic de ordinul 2 (B2 = 2): N = [-1 + ( 1 + 4 K B1 Ni T )0.5 ]/(2 K B1 T) (5.9)

Model cinetic de ordinul 1 (B2 = 1): N = Ni / (1 + K B1 T) (5.10)

Unde viteza de sedimentare a azotului este = CN B1 NB2 (mg/mc-an) [29].

Tabel 5.3 Modele pentru determinarea clorofilei a [BATHUB Water Quality Model]

Factori limitativi Ecuaţii matematice

P, N, Lumină Xpn = [ P-2 + ((N-150)/12)-2 ]-0.5

Bx = Xpn1.33/ 4.31

G = Zmix (0.14 + 0.0039 Fs)

B = K Bx /[(1 + b Bx G) (1 + Ga)]

P, Lumină Bp = P1.37/4.88

G = Zmix (0.19 + 0.0042 Fs)

B = K Bp / [(1 + b Bp G) (1 + Ga)]

P, N, Turbiditate B = K 0.2 Xpn1.25

P B = K 0.28 P

P, Jones & Bachmann (1976) B = K 0.081 P1.46

P, Carlson TSI (1977), Lacuri B = K 0.087 P1.45

Tabel 5.4 Modele pentru estimarea adâncimii Secchi [BATHUB Water Quality Model]

Modele privind estimarea adâncimii Secchi Ecuaţii matematice

Clorofila a, Turbiditate S = K / (a + b B)

Nutrienți S = K 16.2 Xpn-0.79

Ptoral S = K 17.8 P -0.76

Carlson TSI (1977), Lacuri S = K 48 / P


33

Tabel 5.5 Modele privind estimarea coeficientului de dispersie [29]

Modele privind estimarea coeficientului

de dispersie

Ecuaţii matematice de bază

Ecuaţia dispersiei Fisher (1979) și

adaptată de Walker (1985)

Lăţimea W = As/L

Secţiunea Ac = W Z

Viteza U = Q/Ac

Coef. dispersie D = KD 100 W2 Z-0.84

Maximum (U,1)

Dispersia numerică Dn = U L/2

Schimb E = MAX( D - Dn , 0 ) Ac/L

Viteza dispersiei La fel ca la Modelul 1, mai puţin D = 1,000

km2/an

D = 1000 KD

Intrări directe E = KD

Ecuaţia Fischer (1979), neajustată pentru

Dispersie

E = D Ac/L

Dispersia constantă neajustată E = 1,000 KD Ac / L

Mai jos se redau grafic relațiile între variabilele cheie ale modelului: fosfor total, azot

total, clorofila a, transparența și turbiditate.


34

Figura 5.9 Relațiile între variabilele cheie ale modelării cu BATHUB


5.4.2 Aplicarea modelului BATHUB pentru lacul de acumulare Cucuteni


Pentru lacul de acumulare Cucuteni s-a aplicat modelul de calitate BATHUB în vederea

urmăririi indicatorilor specifici procesului de eutrofizare. Modelarea a pornit prin definirea unui

singur segment al lacului de acumulare - mijloc lac (doar din această secțiune se iau probe pentru

urmărirea calității apei lacului de acumulare Cucuteni).

În mod normal, fiecare segment se descarcă fie într-un alt segment din aval, fie în afara

lacului de acumulare, așa cum se specifică pe ecranul de <<Editare segmente>> din model. În

cazul lacului de acumulare Cucuteni, fiind definit un singur segment, acesta se descarcă în afara

lacului de acumulare.

Segment & Tributary Network (Single reservoir, 1

Segment)

--------Segment: 1 Middle Reservoir

Outflow segment 0 Out of reservoir

Tributary: 1 Type 1 Type: Monitored Inflow


35

Așa cum s-a precizat și în descrierea modelului BATHUB este necesară introducerea

variabilelor globale (Tabel 5.6). Acestea sunt reprezentate de datele privind condițiile

hidrologice specifice arealului în care se găsește lacul de acumulare Cucuteni (precipitații,

evapotranspirația și producția de apă) și de încărcările atmosferice.

Zona de amplasare a acumulării Cucuteni este caracterizată de o medie multianuală a

precipitaţiilor de 562,1 l/mp și o evapotranspirație de 1163 l/mp.

Tabel 5.6 Variabilele modelului BATHUB

Global Variables Mean CV

Averaging Period (yr) 1 0,00

Precipitation (m/yr) 0,56 0,20

Evaporation (m/yr) 1,16 0,30

Storage Increase (m/yr) 0 0,00

Sgment/Secțiune

Segmentului/secțiunii îi este atribuit un număr de identificare: 1 (Figura 5.10).

Figura 5.10 Definirea segmentului 1 – mijloc lac


36

Figura 5.11 Datele morfometrice

Pentru lacul de acumulare Cucuteni, inițial s-au introdus datele morfometrice –

Morphometry: suprafață lac, adâncime medie, lungime, volum, timp de retenție (conform

Figurii 5.11 și Tabelului 5.7) iar ulterior au fost definite datele ce redau calitatea apei, factorii de

calibrare și rata internă de încărcare.

Tabel 5.7 Caracteristici morfometrice

Lacul de

acumulare

Cucuteni

Suprafață

(km2)

Adâncime

medie (m)

Adâncime

mixtă (m)

Lungime

(km)

Volum

(hm3)

Timp de

retenție

(ani)

1,08 3,1 3,1 0,377 3,35 0,42

Datele ce privesc calitatea apei (Figura 5.12 – Observed WQ și Tabel 5.8) pentru lacul

de acumulare Cucuteni sunt cele provenite din monitorizarea existentă pentru secțiunea mijloc

lac. Acestea presupun valorile de intrare ale poluanţilor de azot total, fosfor total, azot organic,

ortofosfaţi, clorofila a, adâncimea secchi, valori care au fost prezentate și în studiile de caz din

Capitolul IV.


37

Figura 5.12 Indicatori de calitate a apei lacului de acumulare Cucuteni

Tabelul 5.8 Indicatori de calitate ai apei lacului de acumulare în secțiunea mijloc lac

(Observed WQ)

Lacul de acumulare

Cucuteni/Secțiune

Indicatori Valoare (μg/l)

Mijloc lac

Secțiune 1

Turbiditatea non algală 0,08

Ptotal 255

Ntotal 1730

Clorofila a 45130

Adâncimea Secchi 0,3

Azot organic 200

Ortofosfați 0,6

Modelele empirice implementate în BATHTUB sunt generalizări privind

comportamentul lacului de acumulare studiat. O facilitate de calibrare a modelului pentru a

corespunde condițiilor observate este redată în BATHUB prin aplicarea <<Factorilor de

Calibrare>> care pot fi introduși global (aplicabile tuturor segmentelor) și individual (aplicând

fiecărui segment). Factorii de calibrare s-au considerat 1 pentru indicatorii: rata de dispersie, azot

total, fosfor total, clorofila a, adâncimea secchi, ortofosfați si azotul organic (Tabel 5.9).


38

Tabel 5.9 Factorii de calibrare

Segment Calibration Factors

Seg Dispersion

Rate

Total P

(ppb)

Total N

(ppb)

Chl-a

(ppb)

Secchi

(m)

Organic N

(ppb)

TP – Ortho P

(ppb)

1 1 1 1 1 1 1 1

Rata internă de încărcare – Internal load este setată în mod normal la 0. Acesteia i s-a

dat valoarea 0 pentru indicatorii: azot total și fosfor total (Tabel 5.10).

Tabel 5.10 Rata internă

Internal load

Seg Total N (ppb) Total P (ppb)

1 0 0

Tributary – Intrările externe provenite din rețeaua hidrografică

Figura 5.13 Definirea intrărilor


39

Această secțiune a modelului de calitate BATHUB reprezintă un instrument pentru a

urmări modificarea calității apei unui lac de acumulare ca urmare a încărcărilor din rețea.

Acumularea Cucuteni este dependentă de regimul hidrologic al cursului de apă Voinești format

de pe o suprafaţă de recepţie de 131 km2.


În urma simulării potențialului de eutrofizare a apei din lacul de acumulare Cucuteni cu

modelul BATHUB s-au obţinut date privind bilanţul masic de nutrienți pentru secţiunea definită

– mijloc lac – sectiunea 1 și valorile principalilor indicatori ai eutrofizării (răspunsurile la

calitatea apei).

Tabel 5.11 Rezultatele privind bilanţul masic pentru lacul de acumulare Cucuteni - Ntotal

Componentă bilanț TOTAL - N Segment 1

Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)

Trib/Type

Trib 1/ Type 1 165,7 99,6% 333057,0 100,0% 2010

Precipitation/Precipitații 0,6 0,4% 0,0 0,0%

Inflow/Intrări în rețea 165,7 99,6% 333057,0 100,0% 2010

Total inflow/Debit total

intrat

166,3 100,0% 333057,0 100,0% 2003

Adventive

outflow/Debit advectiv

165,1 99,2% 288957,7 86,8% 1751

Total otflow/Debit total

ieșit

165,1 99,2% 288957,7 86,8% 1751

Evaporation/Evaporație 1,3 0,8% 0,0 0,0%

Retention/Retenție 0,0 0,0% 44099,3 13,2%

Tabel 5.12 Rezultatele privind bilanţul masic pentru lacul de acumulare Cucuteni - Ptotal

Componentă bilanț TOTAL - P Segment 1

Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)

Trib/Type


40

Trib 1/Type 1 165,7 99,6% 74565,0 100,0% 450




intrat

166,3 100,0% 74565,0 100,0% 448

Adventive outflow/Debit

advectiv

165,1 99,2% 41485,9 55,6% 251


ieșit

165,1 99,2% 41485,9 55,6% 251



Pe lângă bilanțul nutrienților redat în Tabelele 5.11 și 5.12, modelul BATHUB generează

grafice (Figura 5.14) privind valorile măsurate și simulate pentru indicatorii: azot total, fosfor

total, clorofila a și adâncimea Secchi (se au în vedere atât valorile din secțiunea de monitorizare

mijloc lac, cât și valorile medii).

(1)- Ntotal


41

(2)- Ptotal

(3) – Secchi


42

(4)- Clorofila a

Figura 5.14 Variabilele eutrofizării pentru lacul de acumulare Cucuteni

Din analiza graficelor se poate observa că s-au obținut valori apropiate de cele măsurate

(așa cum au fost prezentate în Capitolul IV) pentru indicatorii potențialului de eutrofizare: azot

total, fosfor total și adâncimea Secchi. Diferență între valoarea măsurată și cea simulată apare

în cazul clorofilei a deoarece la rularea modelului nu s-a ținut cont de variația sezonieră a

acestui indicator.

Pentru a exista erori cât mai mici ale rezultatelor simulate, utilizatorul modelului

BATHUB ar trebui să țină cont de categoria de utilizare a terenului la etapa de definire a

<<intrărilor de nutrienți din rețeaua hidrografică>>.

Tabel 5.13 Indicatori ai eutrofizării lacului de acumulare Cucuteni

Valori măsurate și valori simulate

Variabilele eutrofizării Valori medii măsurate Valori medii simulate

TOTAL P (mg/m3) 0,26 0,25

TOTAL N (mg/m3) 1,73 1,75

Secchi (m) 0,3 0,3

CHL-A (mg/m3) 45,1 28


43

Valorile simulate de azot total și fosfor total ne indică o stare hipertrofă a lacului de

acumulare Cucuteni. Din punct de vedere al analizei clorofilei a se mențin caracteristicile

hipertrofe.

Totodată modelul a estimat <<Carlson Trophic State Indices>> la o valoare de 83,8

care ne indică caracteristici hipertrofe ale lacului de acumulare studiat. Acest rezultat susține

valorile simulate de azot total și fosfor total.

TSI < 40 – lac oligotrof;

41 < TSI <50 – lac mezotrof;

51< TSI < 70 – lac eutrof;

TSI > 70 – lac hipertrof.

5.4.3 Aplicarea modelului BATHUB pentru lacul de acumulare Tansa-Belcești


În vederea rulării modelului BATHUB pentru lacul de acumulare Tansa-Belcești s-au

utilizat date procurate de la Administraţia Bazinală de Apă Prut-Bârlad. Spre deosebire de lacul

de acumulare Cucuteni monitorizat doar în secțiunea mijloc lac, pentru Tansa-Belcești au fost

definite trei secțiuni, respectiv: mijloc lac, amonte baraj și priză potabilizare.

Secțiunilor/segmentelor li se atribuite câte un număr de identificare: 1, 2 și 3 (Figura 5.15).

Figura 5.15 Definirea secțiunilor lacului de acumulare Tansa-Belcești

Fiecare segment se descarcă fie într-un alt segment din aval, fie în afara lacului de

acumulare. Astfel segmentul 1 se varsă în segmentul 2, segmentul 2 în segmentul 3, iar

segmentul 3 în afara acumulării.

Segment & Tributary Network

--------Segment: 1 Middle Reservoir

Outflow Segment: 2 Upstream Dam


44

Tributary: 1 Type 1 Type: Monitored

Inflow

--------Segment: 2 Upstream Dam

Outflow Segment: 3 Drinking Outlet

--------Segment: 3 Drinking Outlet

Outflow Segment: 0 Out of Reservoir

Zona de amplasare a acumulării Tansa-Belcești este caracterizată de o medie multianuală

a precipitaţiilor de 605 l/mp și o evapotranspirație de 1163 l/mp.

Tabel 5.14 Variabilele modelului BATHUB

Global Variables Mean CV

Averaging Period (yrs) 1 0,00

Precipitation (m) 0,60 0,20

Evaporation (m) 1,16 0,20

Storage Increase (m) 0 0,00

Prima etapă constă în introducerea variabilelor globale, care se aplică pentru toate cele 3

segmente (Tabel 5.14). Acestea sunt reprezentate de datele privind condițiile hidrologice

specifice arealului în care se găsește lacul de acumulare Tansa-Belcești (precipitații,

evapotranspirația și producția de apă) și de încărcările atmosferice.

Segment/Secțiune

(1)


45

(2)

(3)

Figura 5.16 Fereastra BATHUB pentru introducerea datelor de intrare aferente

fiecărei secțiuni în parte (1-mijloc lac, 2-amonte baraj, 3-priză potabilizare)

În Figura 5.16 se redă modul cum sunt definite cele 3 secțiuni aferente lacului de

acumulare Tansa-Belcești (mijloc lac, amonte baraj și priză potabilizare), pentru care se introduc

datele solicitate de model (datele morfometrice, datele de calitate, factorii de calibrare și rata

internă). Datele morfometrice sunt redate în Tabelul 5.15.

Tabel 5.15 Caracteristici morfometrice

Lac de

acumulare

Tansa-

Belcești

Suprafață

(km2)

Adâncime

medie -

mijloc (m)

Adâncime

mixtă (m)

Volum

(hm3)

Lungime

(km)

Timp de

retenție

(ani)

2,89 2,24 2,24 7,88 4,89 0,34

Datele de calitate a apei sunt redate în Tabelul 5.16. Se urmărește același principiu ca și

în cazul modelării potențialului de eutrofizare pentru lacul de acumulare Cucuteni. Valorile

necesare modelului BATHUB sunt cele prezentate în studiile de caz din Capitolul IV.


46

Tabel 5.16 Indicatori de calitate ai apei lacului de acumulare în secțiunile mijloc lac,

amonte baraj și priză potabilizare (Observed WQ)

Secțiune Indicatori Valoare

(μg/l)

Mijloc lac

Secțiune 1


Ptotal 80

Ntotal 1033

Clorofila a 23010


Azot Organic 950

Ortofosfați 0,8


(μg/l)

Amonte baraj

Secțiune 2


Ptotal 81,25

Ntotal 1117,5

Clorofila a 24308


Azot Organic 1130

Ortofosfați 1,2


(μg/l)

Priză potabilizare

Secțiune 3


Ptotal 106,75

Ntotal 1038

Clorofila a 24308


47


Azot Organic 1100

Ortofosfați 1,5

Factorii de calibrare se consideră 1 pentru indicatorii: rata de dispersie, azot total, fosfor

total, clorofila a, adâncimea secchi, ortofosfați si azotul organic (Tabel 5.17). Ratei interne de

încărcare i s-a dat valoarea 0 pentru indicatorii: azot total și fosfor total (Tabel 5.18).

Tabel 5.17 Factorii de calibrare pe segmente

Segment Calibration Factors

Seg Dispersion

Rate

Total P

(ppb)

Total N

(ppb)

Chl-a

(ppb)

Secchi

(m)

Organic N

(ppb)

TP –

Ortho P

(ppb)

1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 1 1 1 1 1 1

3 1 1 1 1 1 1 1

Tabel 5.18 Rata internă

Internal load

Seg Total N (ppb) Total P (ppb)

1 0 0

2 0 0

3 0 0

Tributary - Intrările provenite din rețeaua hidrografică

În Figura 5.17 s-au definit intrările externe de nutrienți de azot total și fosfor total (surse

de poluare difuză și punctiformă), corespunzătoare primului segment definit – mijloc lac.

Pentru celelalte 2 segmente: amonte baraj și priză potabilizare nu au fost definite în

model surse externe de nutrienți de azot total și fosfor total. Acumularea Tansa-Belcești este

dependentă de regimul hidrologic al cursului de apă Bahlui format de pe o suprafaţă de recepţie

de 346 km2 .


48

Figura 5.17 Definirea intrărilor


În urma simulării potențialului de eutrofizare a apei din lacul de acumulare Tansa-

Belcești cu modelul BATHUB s-au obţinut date calitative pentru cele trei secțiuni în ordinea în

care au fost definite: mijloc lac, amonte baraj și priză potabilizare. În Tabelele 5.19- 5.24 se

prezintă bilanțul nutrienților.

Tabelul 5.19 Rezultatele privind bilanţul masic pentru secţiunea mijloc lac - Ntotal


Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)

Tributary/Type

Trib 1/Type 1 108,0 99,5% 143640,0 100,0% 1330




intrat

108,6 100,0% 143640,0 100,0% 1323

Advective outflow/Debit

advectiv

107,5 99,0% 131421,6 91,5% 1223


49


ieșit

107,5 99,0% 131421,6 91,5% 1223



Tabelul 5.20 Rezultatele privind bilanţul masic pentru secţiunea mijloc lac - Ptotal


Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)

Tributary/Type

Trib 1/Type1 108,0 99,5% 16740,0 100,0% 155




intrat

108,6 100,0% 16740,0 100,0% 154

Advective

outflow/Debit advectiv

107,5 99,0% 12860,6 76,8% 120


ieșit

107,5 99,0% 12860,6 76,8% 120



Tabelul 5.21 Rezultatele privind bilanţul masic pentru secţiunea amonte baraj - Ntotal


Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)




intrat

108,0 100,0% 131421,6 100,0% 1216


advectiv

106,9 99,0% 120964,8 92,0% 1131

Total otflow/Debit total 106,9 99,0% 120964,8 92,0% 1131


50

ieșit



Tabelul 5.22 Rezultatele privind bilanţul masic pentru secţiunea amonte baraj - Ptotal


Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)




intrat

108,0 100,0% 12860,6 100,0% 119


advectiv

106,9 99,0% 10331,5 80,3% 97


ieșit

106,9 99,0% 10331,5 80,3% 97



Tabelul 5.23 Rezultatele privind bilanţul masic pentru secţiunea priză potabilizare - Ntotal


Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)




intrat

107,5 100,0% 120964,8 100.,0% 1125


advectiv

106,4 99,0% 111921,4 92,5% 1052


ieșit

106,4 99,0% 111921,4 92,5% 1052




51

Tabelul 5.24 Rezultatele privind bilanţul masic pentru secţiunea priză potabilizare - Ptotal


Flow

(hm3/yr)

Flow (%) Load

(kg/yr)

Load (%) Conc.

(mg/m3)




intrat

107,5 100,0% 10331,5 100,0% 96


advectiv

106,4 99,0% 8572,5 83,0% 81


ieșit

106,4 99,0% 8572,5 83,0% 81



Deasemenea modelul BATHUB a generat grafice privind valorile măsurate și simulate

pentru indicatorii: azot total și fosfor total (se au în vedere atât valorile din fiecare secțiune de

monitorizare, cât și valorile medii).

Figura 5.18 Variația azotului total


52

Figura 5.19 Variația fosforului total

Rezultatele obținute în urma simulării indică calitatea apei din lacul de acumulare

Tansa-Belcești care diferă ușor în funcție de secțiunea și perioada anului în care s-a realizat

monitorizarea.

Erorile apărute între valorile măsurate și cele simulate în secțiunile de monitorizare ale

lacului de acumulare Tansa-Belcești pentru cei doi indicatori de calitate azot total și fosfor total

(Figura 5.18 și Figura 5.19) se pot datora ipotezei de calcul stabilită la rularea modelului, prin

care secțiunea definită se descarcă direct în secțiunea din aval.

Rezultatele ar trebui confirmate prin utilizarea modelului ținând cont de un posibil

flux/schimb între oricare pereche de segmente/secțiuni ale lacului de acumulare.

Tabel 5.25 Variația azotului total și a fosforului total în lacul de acumulare Tansa-Belcești

Valori măsurate

Indicatori Mijloc lac Amonte baraj Priză potabilizare Valoare medie

TOTAL P (mg/m3) 0,08 0,08 0,10 0,09

TOTAL N (mg/m3) 1,03 1,11 1,03 1,06


53

Tabel 5.26 Variația azotului total și a fosforului total în lacul de acumulare Tansa-Belcești

Valori simulate

Indicatori Mijloc lac Amonte baraj Priză potabilizare Valoare medie

TOTAL P (mg/m3) 0,12 0,10 0,08 0,10

TOTAL N (mg/m3) 1,22 1,13 1,05 1,13

Valorile medii simulate de azot total și fosfor total ne indică o stare eutrofă a lacului de

acumulare Tansa-Belcești. Din rezultatele redate se observă că cele mai mici valori pentru azot

total și fosfor total rezultate din simularea cu modelul de calitate BATHUB s-au determinat în

secțiunea priză potabilizare spre deosebire de valorile măsurate care au fost mai mici în

secțiunea mijloc lac.

Totodată modelul a estimat <<Carlson Trophic State Indices>> la o valoare medie de

70 care ne indică caracteristici eutrofe ale lacului de acumulare studiat. Acest rezultat susține

valorile simulate de azot total și fosfor total.

TSI < 40 – lac oligotrof;

41 < TSI <50 – lac mezotrof;

51< TSI < 70 – lac eutrof;

TSI > 70 – lac hipertrof.

În urma analizei lacurilor de acumulare Cucuteni și Tansa-Belcești cu modelul BATHUB

s-au obținut valori mari ale azotului total și fosforului total care indică o calitate slabă a apei,

valori confirmate prin studiile prezentate în Capitolul IV. Rezultatele aplicării modelului

BATHUB în cazul lacului de acumulare Cucuteni au fost mai exacte decât cele obținute pentru

lacul de acumulare Tansa-Belcești deoarece pentru cel din urmă monitorizarea s-a realizat în 3

secțiuni. Modelul a fost utilizat pe de o parte pe un lac de acumulare nesegmentat, iar pe de altă

parte pe un lac de acumulare împărțit în segmente pentru a putea evidenția aplicabilitatea

acestuia la scară mai largă.

Acumularea în timp a nutrienților de azot total și fosfor total reprezintă o poluare cu

efect cumulativ care determină apariția procesului de eutrofizare. Răspunsurile generate de

model conturează o imagine a calității lacurilor de acumulare studiate în raport cu gradul de

troficitate.

Pentru a modela caracteristicile de calitate ale apei din lacurile de acumulare Cucuteni

și Tansa-Belcești pe baza potențialului de eutrofizare au fost necesare intrări care au descris


54

caracteristicile fizice și chimice ale lacului (date morfometrice, debite, încărcarea nutrienților și

datele de calitate măsurate). Modelul a pus în legătură condițiile reale de calitate a apei

lacurilor de acumulare cu răspunsul acestora la eutrofizare, iar în urma modelării se

recomandă reducerea încărcărilor cu nutrienți pentru a se asigura o calitate bună a apei din

lacurile de acumulare Cucuteni și Tansa-Belcești.

Capitolul 6

CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI CERCETĂRI VIITOARE

6.1. CONCLUZII FINALE

Prezenta teză de doctorat a fost realizată în cadrul Școlii doctorale a Facultăţii de

Hidrotehnică, Geodezie şi Ingineria Mediului.

Teza de doctorat <<Cercetări privind calitatea apelor din lacurile de acumulare mici și

mijlocii din zonele colinare>> cuprinde aspecte ale calității apelor din lacurile de acumulare din

zonele colinare urmărind monitorizarea indicatorilor biologici, fizico-chimici și poluanți

specifici, cu respectarea obiectivelor impuse prin Directiva Cadru a Apei. În cercetare, pe lângă

evaluarea integrată a parametrilor de calitate, s-au abordat probleme de poluare a resurselor de

apă, iar la final s-a urmărit evoluția indicatorilor specifici procesului de eutrofizare și impactul

asupra calității apei din lacurile de acumulare din bazinul hidrografic Bahlui. Cercetarea a avut la

bază atât analiza datelor provenite din măsurători cât și rezultatele generate de modele

matematice.

În Introducere s-a realizat o scurtă descriere privind importanța temei studiate și s-au

evidențiat principalele obiective ale tezei de doctorat <<Cercetări privind calitatea apelor din

lacurile de acumulare mici și mijlocii din zonele colinare>>.

În cadrul Capitolului I <<Cadrul legislativ privind calitatea apelor>> s-a realizat o

sinteză privind legislația din domeniul calității apelor, naționale și europene având în prim plan

Directiva Cadru privind Apa care prin prevederile și obiectivele definite sprijină managementul

durabil al apelor ce aparțin țărilor Uniunii Europene.

În Capitolul II <<Managementul durabil al resurselor de apă >> s-a realizat o

cercetare privind strategia de monitorizare a apelor, managementul resurselor de apă având la

bază tratarea unitară a tuturor prevederilor Directivei Cadru privind Apa în concordanță cu cele

specifice principalelor Directive Europene.


55

În Capitolul III, denumit <<Concepte și metode de abordare a calității apelor din

lacurile de acumulare din zonele colinare>> s-a realizat o scurtă descriere a Structurii

Sistemului de Monitoring pentru apele din România, iar ulterior s-a realizat clasificarea

programelor de monitoring. Tot în cadrul acestui capitol s-a prezentat stadiul cercetărilor la nivel

național privind evaluarea calității apelor din lacurile de acumulare, având la bază un concept

nou introdus și definit prin Directiva Cadru, și anume potențialul ecologic și starea chimică a

apelor.

În Capitolul IV <<Calitatea apelor din lacurile de acumulare situate în bazinul

hidrografic Bahlui>> s-a realizat o analiză privind calitatea apelor din lacurile de acumulare

mici și mijlocii din bazinul hidrografic Bahlui, pe baza prelucrării datelor obţinute de la

Administraţia Bazinală de Apă Prut-Bârlad.

S-a urmărit evoluția potențialului ecologic dar și a stării chimice în perioada 2012-2016

pentru lacurile de acumulare Pârcovaci, Cucuteni, Tansa-Belcești și Podu-Iloaiei, iar cele trei din

urmă acumulări au fost evaluate mai detaliat din perspectiva evoluției indicatorilor specifici

eutrofizării (azot total, fosfor total, clorofila a, transparență) și pentru stabilirea stadiului trofic.

În Capitolul V <<Analiza și aplicarea modelelor pentru studiul calității apelor din

lacurile de acumulare>> s-a realizat o documentare privind principalele modele de calitate a

apelor dar și principiile matematice specifice modelării calităţii resurselor de apă. Procesul de

modelare a constat în prezentarea datelor de intrare, modelare și rezultatele obținute sub formă

de tabele și grafice.

Rezultatele prezentate în cadrul acestui capitol evidenţiază starea actuală și/sau viitoare a

apelor din lacurile de acumulare Cucuteni, Tansa-Belcești și Podu Iloaiei din bazinul hidrografic

Bahlui. S-a analizat prognoza calității apelor de suprafață în perspectiva anului 2021 realizată cu

modelul WaQ de către specialiști din cadrul Administrației Bazinale de Apă Prut-Bârlad pentru a

se determina potențialul ecologic al lacului de acumulare Podu Iloaiei din punct de vedere al

analizei nutrienților de azot total și fosfor total. Tot în acest capitol s-a urmărit potențialul de

eutrofizare a lacurilor de acumulare Cucuteni și Tansa-Belcești, estimat prin folosirea relațiilor

empirice din modelul de calitate BATHUB. Prin modelare au rezultat valori mari ale azotului

total și fosforului total care au indicat o stare hipertrofă a lacului de acumulare Cucuteni și

eutrofă a lacului de acumulare Tansa-Belcești. Rezultatele obținute pentru lacurile de acumulare

Cucuteni și Tansa-Belcești au indicat valori ale principalilor indicatori ai eutrofizării (azot total,

fosfor total, clorofila a, adâncime secchi).

În Capitolul VI s-au stabilit concluziile finale privind calitatea lacurilor de acumulare

din zonele colinare îmbinând legislația din domeniu, studiile teoretice, monitoringul actual și


56

rezultatele modelelor de calitate. Totodată s-au surprins contribuțiile personale dar și propunerile

pentru cercetările viitoare.

6.2. CONTRIBUŢII PERSONALE

În elaborarea tezei de doctorat <<Cercetări privind calitatea apelor din lacurile de

acumulare mici și mijlocii din zonele colinare>> contribuțiile personale au constat în:

Documentarea privind modul de aplicare a legislației naționale și europene în

domeniul calității apei;

Realizarea unui studiu referitor la metodologia actuală folosită în stabilirea calității

apelor din lacurile de acumulare din zonele colinare din punct de vedere ecologic și chimic;

Documentarea privind eutrofizarea lacurilor de acumulare și măsurile de prevenire și

combatere;

Realizarea unui studiu care urmărește evoluția potențialului ecologic și a stării chimice

a apelor din lacurile de acumulare situate în bazinul hidrografic Bahlui în perioada 2012-2016;

Sistematizarea și analiza datelor din perioada 2010-2015 pe baza caracteristicilor

indicatorilor specifici eutrofizării lacurilor de acumulare Cucuteni, Tansa-Belcești și Podu

Iloaiei;

Documentarea privind modelarea calității apelor de suprafață, în special a apelor din

lacurile de acumulare;

Analiza rezultatelor obținute în urma aplicării modelului WaQ de către specialiștii din

Administrația Bazinală de Apă Prut-Bârlad prin care am prognozat îmbunătățirea calității apei

din lacul de acumulare Podu Iloaiei din punct de vedere a încărcării cu nutrienți de azot total și

fosfor total;

Aplicarea modelului BATHUB prin care se permite estimarea calității apelor din

lacurile de acumulare Cucuteni și Tansa-Belcești, inclusiv a stării de troficitate;

Compararea datelor măsurate cu datele rezultate din simulări pentru lacurile de

acumulare Cucuteni, Tansa-Belcești și Podu Iloaiei.

6.3. PERSPECTIVE ȘI CERCETĂRI VIITOARE

Cercetări privind modul în care practicile agricole influențează populațiile de

microorganisme din apele lacurilor de acumulare;

Impactul poluării asupra populațiilor bacteriene din apele lacurilor de acumulare;


57

Modelarea potenţialului de eutrofizare a lacurilor de acumulare cu ajutorul modelului

BATHUB ținând cont de variația sezonieră a biomasei fitoplanctonice;

Utilizarea modelului BATHUB pentru a urmări modificarea conținutului de azot total

și fosfor total în lacurile de acumulare din bazinul hidrografic Bahlui în perioadele cu ploi

torențiale;

Modelarea potențialului de eutrofizare a unui lac de acumulare cu modelul BATHUB

prin considerarea mai multor scenarii de încărcare: fiecare segment reprezintă același lac de

acumulare, dar sub o altă condiție (de exemplu, segmentul 1 ar putea reflecta condițiile existente,

segmentul 2 ar putea reflecta predicția încărcărilor viitoare ca urmare a dezvoltării terenurilor

agricole, iar segmentul 3 ar putea reflecta predicția încărcărilor viitoare cu opțiuni de control

specifice);

Determinarea activităţii enzimatice a sedimentului celor trei lacuri de acumulare:

Cucuteni, Tansa-Belcești și Podu Iloaiei;

Măsuri pentru reducerea intensității procesului de colmatare în legătură cu procesul de

eutrofizare a lacurilor de acumulare.


58

Bibliografie selectivă

1. Agafitei, A., Agafitei M., Comisu O. – Eutrofizarea apei lacurilor de acumulare, Editura

PIM, 2010;

2. Barab Ghe., Serban p., - Dezvoltarea durabila si managementul resurselor de apa,

Revista Hidrotehnica, Vol. 45, nr. 3-4, 2007;

3. Brezeanu, Gh.- Limnologie generală, Editura *H*G*A*., București, 2002;

4. Chapra, S.C- Surface Water quality modelling. Mcgraw-Hill, New York, 1996;

5. Cojocaru, I.- Surse, procese şi produse de poluare, Editura Junimea, Iaşi, 1995;

6. Crăciun, I- Contribuţii la gestionarea calităţii apelor din bazinul hidrografic Bahlui.

Teză de doctorat, U.T.C. Bucureşti, 2003;

7. Crăciun, I.- Water quality management of the Bahlui River Using the Mike 11.3.01

Model, Ovidius University annals of Constructions, Vol. 1, Numer 3-4, Aprilie 2002;

8. Crăciun, I., - Water quality management of the basin river Bahlui according to the

european legislacion, Buletinul Institutului Politehnic Iasi,Tomul LII (LVI), Fasc. 1-4;

9. Crăciun, I., Drobot R.- Modelarea calităţii apei din lacurile de acumulare din bazinul

hidrografic Bahlui utilizţnd modelarea matematică (germ., rez. rom.), Buletinul I.P. Iaşi,

Tom XLVII (LI), Fasc. 1-4 (II), Secţia III, Ingineria Mediului, 2001;

10. Crăciun, I.- Study Regarding the Diminution of the Pollutants Concentration of the

Bahlui River by Advancing the Dilution Degree, Buletinul I.P.Iaşi Tom XIX, Fasc,1-4,

Hidrotehnica, 2002;

11. Crăciun, I.- The Analysis of the Capacity of the Bahlui River to Disperse the Pollutants,

Buletinul I.P.Iaşi Tom XLI(XLI), Fasc,1-4, Secţia VII, Hidrotehnica, 1999;

12. Cusa E., - Monitorizarea calitatii apelor din Romania. Situatia calitatii apelor de

suprafata, 1999;

13. Dughila A., Ianca O.G., - Evaluarea geochimica a indicatorilor de calitate a apei lacului

Tansa, Al VI-lea Simpozion Internaţional Mediul Actual şi Dezvoltarea Durabilă

Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iaşi;

14. Dumitran Mihaela – Teza de doctorat, Cercetari privind calitatea apelor de suprafata,

Iasi, 2012;

15. Giurma I., - Colmatarea lacurilor de acumulare, Tempus S_JEP 09781/95Gestion et

protection de la resource en eau, Ed. H.G.A. București, 1997;

16. Giurma I., Giurma-Handley C.R., Crăciun I., - Impactul lacurilor de acumulare asupra

mediului, Ed. Performantica, Iași, 2010;


59

17. Giurma I., Craciun I., - Hidrologie si hidrogeologie. Aplicatii, Editura Ghe. Asachi, Iasi,

2001;

18. Giurma I., - Hidrologie speciala, Editura Politehnium, Iasi, 2004;

19. Giurma, I., Giurma Raluca Handley., Crăciun I.- Hidrologie, Politehnium Iaşi, 2009;

20. Giurma I., - Managementul integrat al Resurselor de Apa, Editura Politehnium Iasi,

2010;

21. Giurma I., - Sisteme de gospodarire a apelor, Editura Cermi, Iasi, 2000;

22. Giurma I., - Unele măsuri preventive eficiente pentru atenuarea colmatării lacurilor, Al

II-lea Simpozion Francofon al apei, Iși, 1993;

23. Ionuț Minea – Bazinul hidrografic Bahlui- Studiu Hidrologic;

24. Jolankai, G- Hidrological chemical and biological processes of contaminant

transformation and transport in river and lake sistems, IHP- IV Project H-3.2, UNESCO

Paris, 1992 and IHP-V Projects 8.1, 2.3, and 2.4, 2000 Venice Office;

25. Jula, G., Serban, P. - Monitorizarea şi caracterizarea calităţii apelor de suprafaţă în

conformitate cu prevederile Directivei Cadru 200/ 60/ EC în domeniul apei, Rev.

Hidrotehnica 46, 9, 324-329;

26. Mihaela Dumitran - Teză de doctorat “Cercetări privind calitatea apelor de suprafață”,

2012;

27. Minea, I., Evaluarea chimismului si calitatii apei lacurilor din sudul campiei colinare a

Jijiei – Bazinul Bahlui;

28. Nistor A., Agafiţei M., Marcoie N.- Tehnici şi metode moderne de prevenire şi control ale

procesului de eutrofizare (engl., rez. rom.), Buletinul I.P. Iaşi, Tom XLVII (LI), Fasc. 1-4

(II), Secţia III, Ingineria Mediului, 2001;

29. Păduraru, C., Teză de doctorat – Contribuţii la îmbunătăţirea metodelor de

monitorizare a calităţii apelor din resurse de suprafaţă, Universitatea Tehnică

“Gheorghe Asachi” din Iași – Facultatea de Hidrotehnică, Geodezie și Ingineria

Mediului 2012;

30. Păduraru C., Cismaru, C.- Studiu asupra poluării difuze în bazinul hidrografic Bahluieţ:

modelarea nutrienţilor de azot şi fosfor, ce migrează spre cursul de apă Bahluieţ la

suprafaţa sau în orizonturile de sol din bazinul de recepţie - Conferinţa ştiinţifică

Internaţională a INHGA, "Hazarduri hidrologice si managementul riscurilor asociate” 8

– 11 octombrie 2012, Bucureşti;

31. Popa, R. – Modelarea calității apei din râuri, Editura *H*G*A* București, 1998;


60

32. Popoiu Loredana Andreea – Proiect de cercetare științifică <<Cercetări privind

calitatea apelor din lacurile de acumulare mici și mijlocii din zonele colinare>> 2014;

33. Popoiu Loredana Andreea – Raport de cercetare științifică nr. 1 <<Stadiul actual

privind calitatea apelor din lacurile de acumulare mici și mijlocii din zonele colinare>>

2015;

34. Popoiu Loredana Andreea – Raport de cercetare științifică nr. 2 <<Baza experimentală

folosită pentru studii și cercetări>> 2016;

35. Popoiu Loredana Andreea – Raport de cercetare științifică nr. 3 <<Rezultatele

parțiale>> 2016;

36. Popoiu Loredana Andreea, Mitroi Raluca – Environmental status of small and mediul

barrier lakes, Lucrări științifice, Seria agronomie, Universitatea de Științe Agricole și

Medicină Veterinară “Ion Ionescu de la Brad”, Vol.58, Nr.2, Editura “Ion Ionescu de la

Brad”, Iași, 2015;

37. Popoiu Loredana Andreea, Mitroi Raluca – Evaluation of ecological potential of barrier

lakes on phytoplankton and phytobenthos as required by the Water Directive

2000/60/EC, International Symposium GEOMAT 2015, RevCAD Journal of Geodesy and

Cadastre, No.20, 2016, “1 Decembrie 1918” University of Alba Iulia;

38. Popoiu Loredana Andreea, Mitroi Raluca – Evaluarea calității apelor din lacurile de

acumulare mici și mijlocii pe baza monitorizării nutrienților, Lucrare comunicată în

cadrul Simpozionului Național de Geomorfologie și Aniversarea a 60 de ani de la

înțiințarea Stațiunii de Cercetări Biologice, Geologice și Geografice “Stejarul”, 2016;

39. Popoiu Loredana Andreea, Giurma-Handley Catrinel-Raluca – Research of surface

waters quality in hilly areas with model “WaQ”, International Symposium GEOMAT

2016, RevCAD Journal of Geodesy and Cadastre, No.22, 2017, “1 Decembrie 1918”

University of Alba Iulia;

40. Popoiu Loredana Andreea, Giurma Ion – Research on water quality in small and

medium barrier lakes in hilly areas with Bathub model, International Symposium

GEOMAT 2016, RevCAD Journal of Geodesy and Cadastre, No.22, 2017, “1 Decembrie

1918” University of Alba Iulia;

41. Popoiu Loredana Andreea, Giurma-Handley Catrinel-Raluca - Calitatea apei în

lacurile amplasate în zone colinare, Lucrare comunicată în cadrul Conferinței Școlilor

Doctorale 29-30 Mai 2017, Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iași;

42. Sanda A., - Calitatea apelor de suprafata in bazinul hidrografic inferior al raului Jiu,

Universitatea din Bucuresti, 2010;


61

43. Savin C., - Impactul poluarii asupra calitatii apelor de suprafata din bazinul hidrografic

Jiu, 1999;

44. Varduca., A. – Hidrochimie și poluarea chimică a apelor, Editura *H*G*A*, București,

1997;

45. Varduca, A. – Monitoringul integrat al calității apelor, Editura *H*G*A*, București,

1999;

46. Varduca., A. – Protecția calității apelor, Editura *H*G*A*, București, 2000;

47. Varduca, A., Moldoveanu, A.M., Moldoveanu, G.A. – Poluarea, prevenire și control,

Editura MatrixRom, București, 2002;

48. Vădineanu, A. – Dezvoltarea durabilă – teorie și practică, Editura Universității din

București, 1998;

49. Victor ŞALARU, Tatiana DUDNICENCO, Ana TINCU, Troficitatea unor lacuri de

acumulare din Municipiul Chișinău, Seria “Științe ale naturii”, 2007;

50. *** Directiva Cadru a Comunitatii Europene pentru Apa 2000;

51. *** Directiva 91/676/EEC privind protecţia apelor împotriva poluării cu nitraţi

proveniţi din surse agricole;

52. *** Legea apelor 107/1996;

53. *** Legea nr. 310/28.06.2004 pentru modificarea și completarea Legii apelor nr.

107/1996;

54. *** HG nr. 188/ 2002, modificata şi completată prin HG nr. 352 / 2005 pentru

aprobarea unor norme privind conditiile de descarcare in mediul acvatic a apelor uzate -

NTPA 001. Valori- limita de incarcare cu poluanti a apelor uzate industriale si urbane

evacuate in receptori naturali;

55. *** OM nr. 161/2006 pentru aprobarea Normativului privind clasificarea calitatii apelor

de suprafata in vederea stabilirii starii ecologice a corpurilor de apa- MMGA, M Of, nr.

511/ 13 iunie 2006;

56. *** Administraţia Naţională „Apele Române”, Elemente metodologice privind

identificarea presiunilor semnificative si evaluarea impactului acestora asupra apelor de

suprafata – Identificarea corpurilor de apa care prezinta riscul de a nu atinge obiectivele

Directivei Cadru a Apei;

57. *** Administraţia Naţională „Apele Române”, Administrația Bazinală de Apă Prut-

Bârlad - Instrucțiuni de aplicare a modelului WaQ pentru analiza prognozelor de

calitate a apelor în vederea stabilirii corpurilor de apă la risc;


62

58. *** Administraţia Naţională „Apele Române”, Planurile de Management ale Bazinelor

Hidrografice - Raport National;


Bârlad, Planul de Management al spaţiului hidrografic Prut – Bârlad;

60. *** Administraţia Naţională „Apele Române”, Sinteza calităţii apelor din România

pentru anii 2011, 2012, 2013;


Bârlad, Sinteza calităţii apelor din bazinul hidrografic Prut-Bârlad în anii 2011, 2012,

2013, 2014, 2015;

62. *** Administraţia Naţională „Apele Române”, Administratia Bazinala de Apa Prut-

Bârlad Iaşi, Regulament de exploatare pentru lacul de acumulare Cucuteni;


Bârlad Iaşi, Regulament de exploatare pentru lacul de acumulare Tansa-Belcești;


Bârlad Iaşi, Regulament de exploatare pentru lacul de acumulare Podu Iloaiei;

65. *** Raport național privind starea mediului – anul 2012;

66. www.rowater.ro.

http://www.rowater.ro/

cercetĂri privind calitatea apelor din lacurile de ...imbrea)/loredana... · În românia,...

Documents