METODE NUMERICE

CUPRINS

1. Generalitati

2. Analiza numerica in sistemele informatice de monitorizare a mediului

3. Monitorizarea factorului de mediu: Apa

GENERALITATI

Ştiinţa mediului se ocupă de caracteristicile mediului şi de studiul interacţiunii între om şi

mediu, ceea ce necesită un spectru larg de ştiinţe ale naturii şi exacte ca: biologia, chimia, fizica,

etc., înţelegerea proceselor biologice, chimice şi fizice ale mediului. De asemeni, deciziile politice

sunt de mare importanţă în managementul ecologic. Prin ştiinţa mediului se urmăreşte să se

interconecteze cunoştinţele din diferite ramuri ale ştiinţelor naturale şi exacte, pentru a rezolva

problemele de mediu, pentru a înţelege cum omul influenţează viaţa pe Pământ.

Ştiinţa mediului nu este o acumulare de cunoştinţe disparate, ea devine o ştiinţă care se

bazează pe cuceririle altor ştiinţe, pe care le uneşte într-un instrument pentru a rezolva anumite

probleme de mediu. În problemele tratate nu se va considera şi influenţa ştiinţelor socio-economice

asupra ştiinţei mediului, deoarece în etapa actuală ar necesita prea multe calcule.

Deşi, ştiinţa mediului are un caracter pluridisciplinar, ea nu studiază cazurile izolate, ea se

concentrează asupra principiilor folosite în rezolvarea problemelor de mediu în cadrul creat de

ştiinţele naturale. Studiul separat al unor cazuri izolate, ar duce la o perimare rapidă a cunoştinţelor

acumulate şi deci numai cunoaşterea principiilor comune, care pot fi particularizate şi care

guvernează diferite evenimente, permite soluţionarea diferitelor probleme de mediu. Scopul acestui

curs este de a descrie metodele şi principiile care sunt folosite în înţelegerea proceselor de mediu şi

de a arăta cum sunt acestea folosite pentru rezolvarea unor probleme noi ale mediului, care devin tot

mai complexe odată cu extinderea şi diversificarea tehnologiilor industriale. mediu )

1.1.1. Relaţia între ştiinţa mediului şi tehnologie, management, ecologie şi modelare

Relaţia între ştiinţa mediului şi ecologie este prezentată în fig.1

Management de mediu / Tehnologia

fabricării

Modele ecologice

EcosistemeO M U L

Fig.1

Ştiinţa mediului - Impactul naturii asupra omului

S-a arătat că ştiinţa mediului este un domeniu multidisciplinar care se ocupă cu studiul

influenţei activităţilor umane asupra proceselor de mediu.

Influenţa omului asupra mediului se numeşte poluare.

Ecologia este definită ca studiul corelaţiilor între organismele vii şi mediu, sau în sens mai

general cu studiul structurilor şi funcţiilor naturii, cunoscând că omul este o parte a naturii.

Modelele ecologice sau sistemele ecologice oferă posibilitatea de a alege metodele cele mai

bune pentru controlul poluării şi reprezintă circuitul de reacţie din fig.1.

Ecosistemele sunt de mare complexitate şi nu pot fi luate toate problemele în stadiul de

management, însă pentru o problemă dată este posibil să se facă un model simplificat al

ecosistemului şi ale proceselor sale. Aceste modele au la bază principiile conservării masei şi

conservării energiei şi reprezintă ecuaţii diferenţiale.

Un ecosistem se poate adapta la activităţile distructive ale omului, însă numai într-o

anumită măsură. Deci, este necesar să se înţeleagă natura ecosistemului pentru a putea prevedea

consecinţele impactului activităţilor umane asupra mediului, pentru a menţine o anumită calitate a

civilizaţiei umane. Pentru a putea diminua efectul activităţii umane asupra mediului este necesar să

se studieze relaţia între activitate şi efecte prin intermediul ştiinţei mediului şi de a limita impactul

omului asupra ecosistemului. Dezvoltarea tehnologiilor de fabricaţie a mărit impactul omului asupra

ecosistemelor , dar noile tehnologii care rezolvă problemele poluării pot fi aplicate simultan şi pot

reduce aceste efecte. De exemplu au fost dezvoltate noi tehnologii de purificare şi recirculare a

poluanţilor şi sunt încercări chiar de a schimba tehnologiile de fabricaţie pentru a reduce poluarea.

Managementul de mediu ( ambiental ) este scump, dar în multe cazuri poate deveni

economic prin recuperarea unor materii prime, rezultă că pentru fiecare tehnologie trebuie aleasă o

soluţie ecologică.

1.1.2. Principiile ştiinţei mediului

Viaţa pe Pământ este dependenţa de prezenţa unui număr de elemente într-o anumită formă

şi concentraţie şi de mersul proceselor de creare a vieţii. Dacă aceste condiţii nu se îndeplinesc

atunci viaţa ori este imposibilă ori este deteriorată. Principiile de bază ale conservării masei şi

energiei reflectă echilibrul care trebuie să existe în orice activitate umană. De exemplu, orice

organism viu necesită anumite condiţii de mediu, şi e dependent de rata de înmulţire şi de

temperatura ambientală ce reflectă anumite condiţii optime ale vieţii. Rezultă că un ecosistem

reacţionează la variaţiile condiţiilor de mediu.

1.1.3. Principiile tehnologiilor de mediu ( ambientale )

Ştiinţa mediului stă la baza tehnologiilor de mediu deoarece alegerea unei tehnologii necesită

cunoaşterea profundă a multor probleme.

Soluţiile oferite de tehnologiile de mediu trebuie să fie:

eficiente, funcţionale şi de capacitate dorită;

să nu perturbe procesul;

să aibe o arie clară de utilizare;

influenţa asupra mediului să nu creeze alte probleme.

Se disting trei grupe de probleme pentru tehnologiile de mediu:

poluare ape;

poluare aer;

poluare reziduuri solide.

Pentru aceste domenii, pentru cazuri concrete, în prezentul manual, se vor prezenta tehnologii

de mediu.

Figura 2.

1.1.4. Rezolvarea problemelor de mediu

Diagrama care ilustrează procedura care poate fi utilizată pentru a găsi o soluţie la emisia de

mase şi energie care influenţează mediul este prezentata in fig 2.

Ingineria ecologică se referă la soluţii care se întreprind în ecosistem.

Tehnologiile de mediu (ambientale) reduc sau diluează emanaţiile în mediu, adică previn

poluarea.

1.1.5. Principii aplicate în rezolvarea problemelor de mediu

Într-o problemă de mediu trebuie găsită sursa de poluare şi determinată distribuţia poluanţilor

în timp şi spaţiu în ecosferă şi în ecosistem. Dacă poluantul este vătămător pentru animale, trebuie

calculat nivelul de toxicitate şi dacă acesta participă în procese chimico-biologice, dacă se

acumulează în organe, în ecosistem şi care este efectul general asupra omului.

Poluarea aerului

Problemele de poluare ale aerului pot avea efecte globale sau locale. Ca exemplu de efect

global se menţionează creşterea concentraţiei de CO2 în atmosferă, cu efectul de seră, cu reducerea

transparenţei atmosferei. Ca exemple de efecte locale se dau emanaţiile de NOx, unde x este între 1

şi 2, ale avioanelor cu reacţie, care pot forma găuri în stratul de ozon.

Cei mai importanţi poluanţi gazoşi sunt:

Gazul Sursa Efect Nivel concentraţie

CO2 Combustibili fosili Încălzirea atmosferei 0.032%CO Vehicule Toxic 10 - 75ppmSO2, SO3 Combustibili fosili Toxic, coroziv 0.15 mg/m3

NOx Vehicule Toxic Unităţi ppmCarbon hydride Vehicule, comb, ind. Aparat respirator >200 g/m3

Chlorine, chloride Ind., ardere PVC Toxic

Pesticide şi alţi compuşi toxici

Pesticidele servesc pentru distrugerea insectelor (insecticide), buruienilor (herbicide), peşti

(piscicide), ciuperci (fungicide). Numai în SUA se produc anual 1 miliard de tone de pesticide.

Pesticidele atacă sistemul nervos al insectelor, cauzând paralizii, convulsii şi moartea, iar la

plante schimbă metabolismul. Caracteristic pentru pesticide este persistenţa, care poate fi de ordinul

zilelor sau anilor şi acţiunea asupra omului şi animalelor, care poate fi joasă sau înaltă.

Cele mai utilizate pesticide sintetice sunt (A,B,C – insecticide, D – herbicide)

Exemple Acţiune Rezistenţă Toxicitate asupra omului

Hidrocarbon clorinat

DDT, DDE Sistem nervos central

2–15 ani joasă

Fosfaţi organici Diazinon Parathion

Sistem nervos central

1–12 săpt. înaltă

Carbomate Carbil, Maneb Sistem nervos central

1–2 săpt. joasă – înaltă

Herbicide phenoxe 2, 4 – D 2, 4, 5 – T

Schimbă metabolism

1–2 săpt. joasă

Problema metalelor grele

Cele mai periculoase metale sunt Pb, Hg, Cd. Deşi Cd nu este un metal greu, el este inclus în

această grupă datorită efectelor sale nocive asupra mediului. Unele metale sunt vitale pentru viaţă în

concentraţii mici, dar devin toxice în concentraţii mari. Ca exemplu se menţionează Thailanda, unde

s-a mutat industria japoneză de pesticide. Dacă în 1967 în peşte era o concentraţie de mercur de

0.07ppm, în 1980 era de 0.33.6ppm. Deci problema poluării s-a exportat din ţările dezvoltate în

cele subdezvoltate. Datorită crizei petrolului a fost accelerată producţia de cărbune, care însă are

concentraţii mari de metale grele, ce de exemplu: Hg (0.1 50mg/Kg), Pb (10 7000mg/Kg), Cd

(1 200mg/Kg).

Problema poluării apelor

Deversarea reziduurilor organice biodegradabile consumă oxigen din procesul de

mineralizare. Deversarea de nutrienţi prin fertilizatori poate produce eutroficarea apelor. Deversarea

hidrocarburilor în ecosistemul marin (poluarea cu petrol) aduce daune întregului ecosistem, fiind

necesari mulţi ani pentru restabilirea echilibrului, deoarece perturbă transferul de energie termică

între ocean şi atmosferă, schimbul de oxigen între acestea, creşte pericolul de cancer. Deversarea de

pesticide duce la apariţia de substanţe toxice.

Poluarea sonoră

Zgomotele asaltează locuitorii oraşelor. Zgomotele pot fi: sunete de intensitate mică, sunete

neplăcute, sunete şocante. Intensitatea sunetului se măsoară în dB. Însă, deoarece frecvenţele înalte

deranjează mai mult, a fost introdusă o scară logaritmică şi pentru frecvenţe, folosind o funcţie de

pondere, mai mare pentru frecvenţe mari şi mai mică pentru frecvenţe mici, notată dbA.

Ca exemple de surse de poluare sonoră se citează: decolarea şi aterizarea avioanelor,

discoteci, maşini, tractoare, transportul urban, trenuri, maşini de spălat, etc. Ca efecte negative

asupra omului se citează: senzaţii neplăcute, spargere timpan, vătămare serioasă a sistemului

auditiv, etc.

Poluarea cu reziduuri solide

În ţările dezvoltate cantitatea medie de reziduuri pe cap de locuitor este de 20 de tone pe an,

din care 600 Kg din producţia directă, ca de exemplu:

Ind. hârtiei şi produselor din hârtie…………………260 KG/loc. an

Ind. sticlei…………………………………………...130 Kg/loc. an

Substanţe organice (exclusiv hârtia)…………………60 Kg/loc. an

Industria metalelor…………………………………..130 Kg/loc. an

Ca exemple de reziduuri din producţia indirectă în industrie şi agricultură:

Minerit şi reziduuri minerale………………………..8000 Kg/loc. an

Reziduuri în agricultură……………………………..6500 Kg/loc. an

Dintre toate reziduurile, numai o parte sunt tratate biologic, şi în special cele organice, 10-

15% sunt incinerate, 10% în depozite colinare sanitare, 24% nu sunt colectate, etc. Foarte important

este că în problemele de mediu, prin unele metode se rezolvă o problemă, dar simultan se creează

altele.

ANALIZA NUMERICA IN SISTEMELE INFORMATICE DE

MONITORIZARE A MEDIULUI

STRUCTURA GENERALĂ A UNUI SISTEM DE MONITORIZARE A MEDIULUI

Pentru adoptarea unor măsuri corecte de control al poluării si de refacere a mediului se

implementează sisteme informatice de monitorizare a mediului.

Acestea sunt sisteme de supraveghere, prognoză, avertizare (alarmare) si intervenţie ce au

în vedere evaluarea sistematică a dinamicii caracteristicilor calitative ale factorilor de mediu, în

scopul cunoasterii stării de calitate si semnificaţiei ecologice a acestora, a evoluţiei si implicaţiilor

sociale ale schimbărilor produse, urmate de măsuri care se impun.

Sistemul de monitorizare a mediului este un sistem integrat care realizează supravegherea

continuă a stării mediului si furnizează date privind toate componentele structurale ale mediului

(aer, apă, sol, biocenoze). Datele achiziţionate sunt prelucrate prin metode statistice, iar informaţiile

finale astfel obţinute sunt utilizate pentru evaluarea impactului asupra mediului, pentru avertizare si

alarmare, precum si pentru controlul calităţii mediului. Pentru măsurarea globală a efectelor poluării

s-au pus la punct proceduri de evaluare a impactului asupra mediului care constau în

cuantificarea efectelor activităţii umane si a proceselor naturale asupra mediului, a sănătăţii si

securităţii omului, precum si a bunurilor de orice fel.Pentru proiectarea unui sistem informatic de

monitorizare integrată a mediului trebuie luate în considerare câteva caracteristici principale:

organizarea la scară spaţială astfel încât să fie surprinsă eterogenitatea ecosistemelor

variabilele de stare ale mediului supuse monitorizării să fie dintre cele mai sensibile

indicatorii sintetici de calitate, specifici pentru fiecare ecosistem, trebuie alesi astfel încât să

se ţină seama atât de componentele abiotice cât si de cele biotice

metodele de monitorizare să fie comparabile si integrate la scară naţională sau chiar

internaţională (măsurători, comparaţii date, erori de predicţie etc.) si să existe un sistem de

control al calităţii datelor

Sistemul de monitorizare este structurat la nivel local, naţional si internaţional (global) pe factorii

de mediu si pe forme de poluare. Deoarece sistemele de monitorizare sunt organizate pe factori de

mediu, există subsisteme de monitorizare a aerului, apei, solului si a structurii si funcţiilor

biocenozei. Subsistemul de monitorizare a biocenozei mai este denumit pe scurt biomonitoring si se

ocupă de monitorizarea componentelor biologice ale sistemelor ecologice, fiind integrat în

subsistemele de monitorizare a aerului, apei si solului.

Structura unui sistem de monitorizare este prezentată în figura urmatoare. După stabilirea

variabilelor care sunt monitorizate, în funcţie de obiectivele monitorizării, trebuie stabilite proceduri

de prelevare a probelor si de fixare a punctelor de măsurare (metode, senzori, aparatură).

Variabilele supuse monitorizării vor fi analizate off-line (cu o anumită frecvenţă) sau vor fi

măsurate automat, on-line, prin utilizarea sistemelor moderne de achiziţie a datelor.

Datele obţinute prin prelevarea probelor si măsurarea automată a unor variabile trebuie

procesate pentru aprecierea globală a calităţii apei, aerului sau solului, evaluarea propagării unui

eventual poluant, precum si pentru luarea deciziilor de avertizare, alarmare si control. În cadrul

sistemelor de monitorizare se realizează analiza statistică a datelor, analiza si prezentarea grafică

precum si generarea de rapoarte pentru factorii decizionali, astfel încât să se poată dezvolta un

management de monitorizare si control pe termen lung.

Prima etapă care trebuie parcursă după obţinerea datelor de monitoring este aceea a

verificării datelor. Se realizează o verificare primară a calităţii datelor prin detectarea unor erori,

care apar în special în cazul analizei off-line a datelor. Erorile pot fi întâmplătoare (erori de

transcriere, încurcarea unor probe, erori de calcul etc.) sau sistematice (datorate unor etalonări

gresite etc.).

După verificarea corectitudinii datelor se poate trece la etapa de introducere a datelor în

sistemul informatic si crearea bazelor de date. În sistemele moderne de monitorizare, datele

obţinute din probe prelevate sau din măsurători automate (aici intervin sistemele de achiziţii de

date) sunt introduse în sistemele de calcul numeric. Suportul logistic al transmiterii datelor spre

reţeaua de calculatoare este asigurat fie prin sisteme clasice (telefonie analogică, radio-comunicaţii),

fie prin sisteme moderne (telefonie digitală si GSM, Internet, ISDN etc.).

Etapa următoare este etapa propriu-zisă de prelucrare a datelor. Prelucrarea datelor este

realizată prin utilizarea unor pachete software care pot fi grupate în mai multe categorii:

- software de achiziţie, care conţine si toolbox-uri de prelucrare a datelor: analiză statistică, analiză

spectrală, generare de rapoarte (exemple: Matlab, LabVIEW, LabWindows etc.)

- software dedicat pentru analize statistice (Mathematica etc.)

- software pentru baze de date (Oracle, Access, SQL etc.)

- software de proiectare asistată (Autodesk)

- sisteme integrate de tip GIS – Geographical Information Systems (GeoMedia Intergraph,

ArcGIS/ESRI etc.)

Pachetele GIS sunt în plină dezvoltare si sunt sisteme de transmitere la distanţă a datelor

geografice. Aceste sisteme realizează o prezentare a datelor coroborate cu coordonatele geografice

si le transformă în hărţi operative suprapuse. Astfel se obţin hărţi care indică poluarea unui râu

suprapuse peste hărţi cu reţeaua de drumuri si căi ferate din zonă etc. Factorii decizionali

beneficiază de o serie de rapoarte predefinite, accesibile la distanţă, precum si de o serie de

proceduri stocate pentru situaţiile de urgenţă.

Din punct de vedere informatic, un sistem integrat de monitorizare a mediului conţine:

sursele de date, server de date si server de aplicaţii, si activitatea de generare/distribuire de rapoarte

către factorii decizionali (Sistemul informatic).

Sursele de date ale sistemului pot fi grupate în mai multe categorii: date directe de la

furnizorii de informaţii (valori ale variabilelor monitorizate introduse sub formă ASCII), date de la

sisteme de tip GIS, baze de date conectate la baza de date a sistemului de monitorizare, date

provenite de la sistemele de proiectare asistată (CAD Computer Aided Design), date furnizate de

sistemele de achiziţie prin intermediul software-ului de aplicaţie. Printre furnizorii direcţi de

informaţii pot fi enumerate Regia Autonomă Apele Române, Primăriile, Consiliile Judeţene,

Inspectoratele de Protecţie Civilă, Prefecturi, Poliţie, Pompieri, unităţi sanitare etc.

Activitatea de administrare a serverelor sistemului poate fi partiţionată în administrarea

serverului pentru baza de date si în administrarea unui server de aplicaţii, care asigură printre altele

conectivitatea sistemului cu alte reţele (web, LAN). Factorii decizionali (prefect, conducerea

comisiilor tehnice pe specialităţi) au la dispoziţie o întreagă gamă de rapoarte sub formă de grafice,

hărţi, proceduri de intervenţie etc.

Datele obţinute după aplicarea diverselor proceduri de prelucrare sunt stocate în bazele de

date. Pentru analiza calităţii mediului si pentru luarea de decizii operative si corecte, datele sunt

comparate cu standarde specifice pentru calitatea apei, a aerului si a solului.

Informaţiile obţinute si prelucrate prin intermediul sistemelor de monitorizare trebuie

convertite în forme de prezentare grafică sau rapoarte astfel încât să poată fi analizate de către

factorii decizionali.

Prezentarea grafică a rezultatelor permite raportarea eficientă a datelor monitorizate. Se

utilizează mai multe tipuri de grafice, cum ar fi histogramele, grafice statistice de tip pie-chart, bi-

dimensionale sau tridimensionale (spaţiale), grafice de tip scatter (date împrăstiate) etc.

Raportarea informaţiilor si rezultatelor trebuie să realizeze o sinteză a datelor colectate,

care să ofere o privire de ansamblu pentru factorii decizionali (administrativ, manageri) si pentru

public (populaţie). Raportarea îmbracă două aspecte, unul legat de generarea rapoartelor si cel de-al

doilea de distribuirea acestora (mijloace de comunicare si destinatari). În sistemele informatice de

monitorizare a

mediului se utilizează mai multe tipuri de rapoarte, care cuprind diverse informaţii, de la descrierea

zonei de monitorizare, la obiective si la rezultatele măsurătorilor.

Dintre tipurile principale pot fi enumerate:

- raportul planului de studiu, care defineste obiectivele sistemului de monitorizare, strategia de

prelevare a probelor, resursele disponibile

- raportul protocolului si metodelor descrie detaliat metodele si echipamentele utilizate (modul de

colectare a probelor, analiza acestora, conservarea probelor pe teren, analize efectuate pe teren,

înregistrarea datelor, prelucrarea datelor pe calculator etc.)

- raportul datelor este utilizat pentru prezentarea datelor brute

- raportul interpretativ realizează o sinteză a datelor si permite conturarea acţiunilor viitoare\

Structura rapoartelor trebuie să conţină elemente comune, cum ar fi rezumat, obiective si

termeni de referinţă, descriere zonă monitorizată, metode si proceduri, rezultate si analiza acestora,

semnificaţia rezultatelor, recomandări si surse de informare.

Utilizarea pachetelor software de tip GIS permite realizarea rapidă de rapoarte, fie

predefinite, fie la cerere. Aceste rapoarte sunt însoţite de hărţi de lucru active (cu afisarea datelor în

timp real) orientate pe diverse activităţi (de exemplu harta de lucru a subcomisiei pentru poluări

accidentale, harta de lucru a subcomisiei pentru incendii în masă etc.). În multe aplicaţii GIS există

si proceduri si protocoale stocate care permit intervenţii standard în caz de urgenţe.

MONITORIZAREA FACTORULUI DE MEDIU: APA

Proiectarea si obiectivele sistemului de monitorizare

Sistemul de monitorizare a calităţii apei este un subsistem al sistemului general

demonitorizare a mediului. Pentru dezvoltarea unui astfel de sistem se realizează un studiu le cărui

elemente principale sunt:

stabilirea obiectivelor monitorizării

descrierea zonei ce va fi supusă monitorizării

tipul de informaţii necesare si modul de obţinere a acestor informaţii (variabilele care vor fi

măsurate, tipuri probe, locul de recoltare, amplasare senzori pentru măsurări automate etc.)

frecvenţa de recoltare a probelor si timpul necesar efectuării analizelor offline

estimarea necesarului de resurse (umane, financiare etc.)

planuri, proceduri si metode pentru controlul calităţii si pentru situaţii de urgenţa

Monitorizarea calităţii apei este un proces de analiză, interpretare si comunicare către

factorii decizionali si către populaţie a proprietăţilor fizico-chimice, biologice si microbiologice ale

apei. Sistemul de monitorizare trebuie să fie flexibil si adaptat în funcţie de necesităţile locale,

naţionale sau globale. Informaţiile obţinute prin intermediul sistemului de monitorizare trebuie să

răspundă la o serie de întrebări, cum ar fi:

care sunt cerinţele utilizatorilor pentru calitatea si cantitatea apei

dacă standardele stabilite pentru calitatea si cantitatea apei sunt respectate

în ce mod calitatea apei este influenţată de procesele naturale

care este capacitatea apei de asimilare a reziduurilor fără a depăsi nivelul admis de poluare

dacă deseurile descărcate (deversate) de către diverse unităţi sunt în limitele prestabilite sau

în locurile prestabilite

care sunt variabilele fizice, chimice sau biologice care fac apa nepotrivită pentru utilizare

care sunt limitele peste care anumite substanţe devin toxice pentru om sau pentru ecosisteme

dacă deseurile sunt biodegradabile si care este intervalul de timp necesar descompunerii

dacă există măsuri de control pentru prevenirea poluării sau îmbunătăţireacalităţii apei si

dacă acestea au efectul scontat

care sunt tendinţele de modificare a calităţii apei (în sens pozitiv sau negativ) în funcţie de

modificarea activităţii umane din zona monitorizată

cum se modifică sănătatea omului ca urmare a calităţii scăzute a apei - care sunt efectele pe

care poluarea apei le are asupra celorlalte fiinţe vii

În funcţie de informaţiile disponibile, anumite sisteme si programe de monitorizare sunt

concepute pentru a funcţiona pe termen lung si pentru a oferi un volum larg de rezultate, altele sunt

concentrate pe un singur obiectiv si pentru o perioadă scurtă de timp.

Pentru a conferi claritate si eficienţă unui sistem de monitorizare, este necesară precizarea

obiectivelor de monitorizare. Obiectivele pot fi generale, fără o detaliere iniţială a sub-obiectivelor,

sau detaliate. Pentru a stabili obiectivele unui sistem de monitorizare a calităţii apei trebuie să fie

precizate următoarele chestiuni:

locul de realizare a monitorizării

scopul realizării monitorizării: pentru informaţii de bază, de planificare, informaţii

operaţionale, de management, pentru elaborarea de standarde, pentru depistarea surselor de

poluare;

care sunt informaţiile privind calitatea apei pentru fiecare folosinţă a apei; care sunt

variabilele ce trebuie măsurate si cu ce frecvenţă

care sunt resursele umane si financiare necesare pentru monitorizare si cine este responsabil

pentru fiecare element sau subsistem al sistemului de monitorizare

cui sunt destinate datele si informaţiile obţinute prin monitorizare si cum vor fi folosite

aceste date (pentru decizii de control al poluării, pentru elaborare de standarde, pentru

avertizare – alarmare, pentru completarea bazei de cunostinţe)

Obiectivele tipice ale unui sistem de monitorizare sunt:

identificarea condiţiilor fundamentale care trebuie respectate în ecosistemul respectiv

detectarea semnelor de deteriorare a calităţii apei

localizarea maselor de apă din ecosistemul supravegheat care nu îndeplinesc standardele

privind calitatea apei

identificarea zonelor contaminate

estimarea concentraţiei si cantităţii de poluanţi preluată de către ecosistemul monitorizat

determinarea dispersiei si a efectelor unui anumit poluant sau deseu

evaluarea metodelor de control al calităţii apei

dezvoltarea si completarea continuă a standardelor de calitate a apei

dezvoltarea legislaţiei si regulamentelor privind reziduurile si poluarea apei

dezvoltarea si implementarea unor programe de avertizare-alarmare în caz de poluare si a

unor programe si metode de control al poluării

Actualmente sunt în plină dezvoltare sistemele de monitorizare cu mai multe obiective, care

converg către programe de monitorizare naţionale, care trebuie să ţină seama de modul actual si de

perspectivă de utilizare a apei la nivel naţional, de surse de poluare actuale si de perspectivă, de

modalităţi globale de control al poluării, de condiţiile geologice si de categoriile de apă etc.

Aceste programe de monitorizare naţionale sunt înglobate la rândul lor în programe

internaţionale, cum ar fi de exemplu Programul ONU pentru Mediu (UNEP). În UNEP, care este

organizat pe baza principiilor Sistemelor Informaţionale Geografice (Geographical Information

Systems – GIS), sunt incluse si sistemele de monitorizare a mediului din România. Sistemul naţional

de monitorizare cuprinde ca subsisteme: Sistemul Global pentru Monitorizarea Mediului (GEMS-

Ro: Global Environment System – Romania) si Monitoringul de Fond Global Integrat (IGMBRo:

Integrated Global Background Monitoring – Romania).

Reţeaua naţională de monitorizare realizează supravegherea următoarelor categorii de ape:

ape curgătoare, ape stătătoare, ape marine de litoral, ape subterane, ape uzate.

Zona de monitorizare, prelevarea probelor, variabile monitorizate

Zona de monitorizare

Pentru dezvoltarea si implementarea sistemului de monitorizare trebuie în primul rând

realizată o descriere a zonei pentru care se doreste monitorizarea calităţii apei. Zona de monitorizare

trebuie să fie suficient de clar precizată prin:

precizarea coordonatelor geografice ale zonei, a limitelor si vecinilor

realizarea unui studiu cu condiţiile de mediu existente în zonă, precum si cu procesele

naturale si antropice care pot afecta calitatea apei

descrierea categoriilor si maselor de apă din zonă

strângerea de informaţii meteorologice si hidrologice ale zonei respective

modul de utilizare ale apelor din zona monitorizată (potabilă, industrială etc.)

Informaţiile referitoare la masele de apă sunt deosebit de utile pentru sistemul de monitorizare.

Trebuie realizată o descriere a lacurilor din bazinul hidrografic: mod de formare, suprafaţă,

adâncime, volum, compoziţie, surse de alimentare, puncte de deversare a reziduurilor (permanente

sau posibile – accidentale). Informaţiile despre râuri si pârâuri se referă la lungime, traseu,

adâncime, tipul rocilor albiei, profilul albiei etc. (harta tridimensională a bazinului hidrografic). De

asemenea, sunt utile informaţiile despre construcţii (baraje, diguri, lacuri de acumulare), drumuri si

căi ferate.

Modul de utilizare al apei din zona de monitorizare trebuie precizat prin indicarea

folosinţelor de apă potabilă, pentru irigaţii, industrială etc. Acestea constituie iesiri de apă din

sistem si trebuie calculată sau estimată cantitatea de apă precum si calitatea necesară.

Prelevarea probelor

După realizarea unei analize sistematice a zonei de monitorizare (care face obiectul unui

raport detaliat) trebuie alese punctele de măsurare a calităţii apei – punctele de prelevare a

probelor. Punctele de prelevare sunt folosite fie pentru recoltare de probe pentru analize off-line,

fie sunt dotate cu senzori pentru o supraveghere on-line, automată, a calităţii apei.

Alegerea punctelor de prelevare se face prin selectarea zonei sau secţiunii de prelevare

(secţiune transversală prin bazin) si apoi prin stabilirea punctului sau staţiei din secţiunea de

prelevare. Alegerea punctelor de prelevare se face în funcţie de obiectivele sistemului de

monitorizare. Prelevarea probelor se poate face pentru: evaluarea calităţii apei într-un bazin de

recepţie, determinarea capacităţii unui curs de pă sau lac pentru utilizarea în agricultură sau pentru

pescuit, determinarea capacităţii unui curs de apă pentru aprovizionarea cu apă potabilă, pentru

sporturi nautice etc., evaluarea impactului exploatării solului asupra calităţii apei, studiul efectelor

produse de deversări de deseuri, studiul efectelor produse de lucrările de hidroamenajare etc.

Selectarea punctelor (staţiilor) de prelevare a probelor se face în mod distinct

pentru râuri, lacuri si ape subterane.

Variabile monitorizate

Pentru realizarea sistemelor de monitorizare trebuie fixate anumite variabile care vor fi

măsurate si care vor permite calculul unor indicatori specifici si comparaţii cu valorile permise ale

acestora. Mediile utilizate pentru monitorizare sunt apa, materia sub formă de particule si

organismele vii din apă. Calitatea apei si a particulelor se stabileste prin metode fizico-chimice, iar

organismele vii se analizează prin diverse metode specifice. Apa este cel mai utilizat mediu pentru

monitorizare.

Organismele vii sunt frecvent utilizate pentru evaluarea toxicităţii apelor poluate si pentru

monitorizarea chimică a substanţelor poluante. Calitatea apei poate fi apreciată în funcţie de

obiective prin utilizarea câtorva variabile sau a unei combinaţii de peste 100 de variabile, dar pentru

obiectivele curente se folosesc aproximativ 25 de parametri fizici, chimici si biologici. Aceste

variabile sau combinaţii ale acestora se mai numesc indicatori de calitate, si au anumite valori

permise în funcţie de destinaţia apei (potabilă, irigaţii, industrii specifice).

De exemplu, una din combinaţiile minimale de variabile monitorizate este formată din

temperatură, pH, conductivitate electrică, oxigen dizolvat si totalitatea solidelor suspendate. În

funcţie de variabilele monitorizate, pentru culegerea datelor se utilizează senzori si aparate de

măsurat specifice (de exemplu pentru temperatură: traductoare de temperatură, termometre).

În tabelul 1 sunt prezentate variabilele măsurate pentru staţiile de bază în cadrul programului

GEMS-Ro, în funcţie de localizarea punctelor de prelevare.