AGENȚII COMPLEXULUI GOSPODĂRIRII APELOR.

CERINȚELE ACESTORA PENTRU RESURSELE DE APĂ

1.Gospodărirea social-comunală2.Irigarea

3.Asigurarae cu resurse de apă întreprinderilor agricole prelucrătoare și a teritoriului țării

4.Hidroenergetica5.Desecări

6.Piscicultura7.Industria

8.Transportul naval

1.Gospodăria social-comunală

Specificul alimentării cu apă a gospodăriei comunale (GC) și cerințele acesteia pentru calitatea și cantitatea apei. Alimentarea cu apă a populației este scopul principal al oricărui oraș sau sat. Lipsa sau deficitul mare de apă este una din cauzele principale ale îmbolnăvirii populației. GC ca utilizator de apă are un șir de cerințe specifice. Acestea sunt:- cerințele înalte față de calitatea apei - debite anuale constante și variabile în cursul zilei- norma de asigurare cu apă este în dependență de fondul de

locuințe și condițiile climaterice.

Normele de asigurare cu apă

Gradul înzestrării clădirilor Norma cheltuielilor de apă pentru un locuitor, l/zi

Fără apeduct și canalizare 30….50

Apeduct, canalizare, fără baie 120…150

Apeduct, canalizare, baie cu cazan autonom 180….230

Apeduct, canalizare și 275…400

Formula de calcul al debitului necesar de apă pentru GC

Q=,

Unde, N- numărul de locuitori; q- norma medie pe zi pentru un locuitor; - coeficienții variației debitelor orare și zilnice; - numărul de secunde într-o zi.Pentru planificarea cheltuielilor de apă pentru GC se folosesc datele despre prognoza numărului de locuitori și folosirea specifică a apei pentru un locuitor.

Alimentarea cu apă a GC ca component al Complexului de Gospodărire a Apelor (CGA)

În cazul includerii GC în componența CGA este nevoie de a ține cont de cerințele acestuia pentru nivelul de apă în bazinele de apă și influența acestuia asupra altor componente ale CGA.Regimul hidrologic al bazinelor de apă trebuie să corespundă cerințelor prizelor de apă: adîncimea de imersiune a conductei de aspirație a stației de pompare (SP); condițiile sanitare de captare a apei (se captează de la o anumită adîncime cu scopul de a nu capta și anumite impurități care se află la suprafața apei; totodată se limitează captarea apei de la fundul bazinului pentru a nu capta și nămolul de pe fund care conține și diferite impurități). Reieșind din aceste cerinți, apare necesitatea menținerii unui anumit nivel al apei în bazinele de apă. Aceste cerințe se mențin și în cazul captării apei din cursurile de apă.Alimentarea neîntreruptă cu apă a GC din r. Prut dictează necesitatea de a menține în rîu un debit de minim 19/s. Atunci cînd nivelul scade mai mult, se decide asupra necesității evacuării unor debite mai mari din lacul „Costești-Stînca”.

GC, ca component al CGA intră în contradicție cu astfel de componente ca industria și irigația care au un impact negativ asupra calității apelor. O influență negativă asupra apelor o are și complexele zootehnice, transportul naval și recreația. Legislația Republicii Moldova interzice construirea bazelor de odihnă în zonele riverane de protecție pentru a nu se polua apele.La rîndul său DC, prin deversările de ape necurățate, influențează negativ asupra gospodăriilor piscicole, localităților din aval, calității apelor de irigare, etc.

Căile de economisire a apei în GC

Una din principalele măsuri de a opri pierderile de apă în GC este stoparea scurgerilor din rețelele de apeduct. Pierderile de apă în zonele rezidențiale pot ajunge și la 25% din volumul de apă folosit de populație. În magistrale pierderile pot ajunge și la 20%.GC se evidențiază prin faptul că apele nu pot fi folosite în circuit închis. În acest sens pot fi folosite apele de canalizare corespunzător curățate pentru apă tehnică. În așa fel s-ar putea economisi volume esențiale de apă pentru industrie, spălarea mașinilor, etc.

2.Irigarea

Rolul și dezvoltarea irigațiilor

Actualmente numărul populației globului pămîntesc crește intens. Necesitatea de produse alimentare impune implementarea metodelor intensive de dezvoltare a vităritului și dezvoltarea agriculturii, care fără irigații este imposibil de realizat.Terenurile agricole alcătuiesc cca 10% din suprafața uscatului din care se irigă numai a șasea parte. Totodată, de pe aceste suprafețe se capătă cca 40-50% din producția agricolă.Folosirea intensivă a irigațiilor este limitată nu de solurile pretabile pentru irigare ci de cantitățile și calitățile de apă limitate pentru aceasta.La sfîrșitul sec. XX suprafața terenurilor irigate în toată lumea a atins nivelul de cca 270 mil. ha, dintre care India-57, China-48, SUA-25, URSS-17,5, Pachistan-14,3 mil.ha.În Republica Moldova, suprafața totală de teren agricol irigat a atins cifra de 300 mii ha. În prezent această cifră este de cca 140 mii ha.Avînd în vedere că îmbunătățirile funciare, și mai ales hidroameliorațiile, au un impact major asupra mediului, este necesar de dezvoltat teoria cantității necesității acestora începînd cu Schemele UCRA și terminînd cu proiectele tehnice.

Argumentarea necesității și eficacității hidroameliorațiilor

Atunci cînd din CGA fac parte utilizatori cu necesități permanenete de apă nu este dificil de calculat necesitatea și eficacitatea acestor componente (GC, instituțiile de protecție a sănătății populației, întreprinderile hidroenergetice, transportul naval, industria, etc..).Includerea hidroameliorațiilor în acest complex este mai dificil de calculat din mai multe pricini: este greu de stabilit exact ETR, deoarece depinde direct de bilanțul radiațional și de așa factor instabil ca precipitațiile atmosferice, mai ales în zonele semiaride (în astfel de zonă se află ți teritoriul R. Moldova). Acești factori nu au valori constante, dar variază si deci au o natură stohastică. De aceea, includerea hidroameliorațiilor în componența CGA este mai complicat și trebuie efectuat numai reieșind din faptul că acești factori sunt de natură stohastică.

• Reieșind din cele expuse, necesitatea hidroameliorațiilor poate fi formulată în felul următor: care este asigurarea ca condișiile climaterice nu vor corespunde necesităților optime ale hidroameliorațiilor. Probabilitatea calculată ne dă posibilitatea să argumentăm dacă hidroameliorațiile sunt necesare. Dar necesitatea astfel calculată nu argumentează eficacitatea acestora.

• Eficacitatea se calculează în baza RFA (Radiația fotosintetic-activă) în dependență de factorii pedologici și hidrologici ai solului.

• Aceste diagrame ne arată că începînd cu un nivel oarecare al normei de irigare M≥, intensitatea de mărire a productivității se micșorează brusc și în cazul productivității în comparație cu productivitatea se mărește numai cu 10%. Asfel, micșorarea normei de irigare de la la conduce la economia apei de cca 2 ori iar recolta scade nesemnificativ (cca 10%).

Sursele principale de apă și volumele necesare pentru irigare

Surse pentru irigare pot fi: apele rîurilor, lacurilor, subterane. Sursa se alege în dependența de calculul tehnico-economic cu condiția că aceasta satisface necesitatea din punct de vedere calitativ și cantitativ. La alegerea sursei trebuie să cunoaștem: debitele de apă; scurgerea integrală;nivelele de apă în sursă; calitatea apei; etc.Aceste caracteristici ale sursei dictează principalele caracteristici ale SGA: suprafața maximă a terenului irigat; necesitatea și gradul de regularizare a cursurilor de apă; necesitatea curățării de nămol și îmbunătățirea calității apelor de irigații.

Utilizarea în irigații a apelor subterane, de canalizare și de mare

În legătură cu mărirea cantităților de apă pentru irigații și resurse de apă de suprafață limitate, s-a trecut la folosirea parțială a apelor subterane.O influență esențială asupra UCRA o poate avea și folosirea în irigații a apelor reziduale. Aceasta permite: folosirea la irigații a apelor cu conținut ridicat de substanță organică, micșorarea volumelor de apă reziduală evacuate în apele rîurilor și micșorarea volumelor de apă captată din rîuri. Apele reziduale modifică caracteristicele cernoziomurilor, dar folosirea rațională a acestora pot oferi o majorare fiabilă a recoltelor agricole.În R. Moldova apele reziduale se folosesc la irigații numai în baza cercetărilor științifice care vin cu anumite recomandări în acest sens.

Odată cu dezvoltarea hidroameliorațiilor se folosesc tot mai mult apele de drenaj din incintele inundate sau irigate. Calitatea acestor ape depinde totalmente de caracteristicele hidrosaline ale solurilor irigate și de calitatea apelor de irigare. Mineralizarea acestor ape poate varia, în dependență de regimul hidrotermic al incintei. În R. Moldova se recomandă pentru irigare de folosit numai apele cu mineralizare nu mai mare de 1 g/l, SAR ≤ 4.

Cercetările efectuate în privința utilizării apelor de mare la irigații au arătat, că acestea pot fi folosite pe soluri ușoare și bine drenate. În aceste condiții sărurile din apă nu se acumulează dacă regimul de irigare este percolativ.

Căile de majorare a eficacității folosirii și economisirii apelor la irigare.

În scopul majorării eficacității irigațiilor este necesară optimizarea regimurilor de irigare și perfecționarea sistemelor de irigare. Cele mai rezultative măsuri de economie a apelor de irigare sunt îmbunătățirea exploatării și a construcțiilor. Aceste măsuri conduc la o micșorare esențială a pierderilor de apă și exclud salinizarea și înmlăștinirea terenurilor irigate.O altă măsură de îmbunătățire a eficacității sistemelor de irigare este perfecționarea regimurilor de irigare și de distribuire a apelor de irigare. Aceste metode permit micșorarea normelor de irigare aproximativ de 2 ori, iar recolta se micșorează numai cu cca 10-15%.Următoarea măsură de economisire a apei este perfecționarea tehnicii de irigare și folosirea unor metode noi de irigare cum ar fi metoda picurării și aerosol.O altă metodă de economisire a apei la irigare este micșorarea pierderilor la evaporare și infiltrare din canale și acumulări de apă.

O micșorare esențială a cheltuielilor de apă la unitate de producție este are loc în cazul abordării eco-sistemice de optimizare complexă a regimurilor de irigare și fertilitate a solurilor, care permit îmbunătățirea productivității culturilor agricole și a fertilității potențiale a solului.Un alt factor de îmbunătățire a regimului de nutriție al plantelor este introducerea îngrășămintelor minerale cu apa de irigare (fertirigația).Utilizarea programelor speciale de menținere a regimurilor de irigare în limite optime este una din măsurile cele mai actuale, care îmbunătățesc semnificativ calitatea irigațiilor.

Desecări

Desecările, ca și component al CGA, se poate caracteriza astfel:- Provoacă eliminarea accelerată a apelor de suprafață

mărind astfel debitul emisarelor;- Joacă rolul de regularizare a scurgerilor de suprafață,

influențînd debitul emisarilor;- Pot avea rol dublu de funcționare- desecare irigare;- Se pot transforma în sursă de poluare a apelor de

suprafață;- Influențează nivelul apelor freatice din zonele adiacente

Astfel, desecările influențează ecologia biocenozelor. Pentru o rezolvare complexă a problemelor de gospodărire a apelor cu componentă de desecare este necesar:- Crearea sistemelor de regularizare a scurgerilor de pe terenurile desecate;- Îmbunătățirea eficacității folosirii apelor de suprafață prin

construirea acumulărilor de apă;- Crearea sistemelor hidroameliorative cu funcționare

dublă(desecare-umectare);- Minimizare a impactului negativ al desecărilor asupra

terenurilor adiacente;- Utilizarea acumulărilor de apă din terenurile desecate

pentru piscicultură.

Influența desecărilor asupra naturii

Instituțiile de cercetări au stabilit, că în rezultatul măririi suprafețelor înmlăștinite de la 10 la 35% (de 3,5 ori), scurgerile se micșorează de 1,4 ori (de la 130 la 90 mm). Însă influența desecărilor asupra scurgerilor nu poate fi univocă și depinde de mai mulți factori. De aceea se recomandă de a menține nivelul pînzei freatice la un nivel optim(pentru plante, evaporare, utilizarea economă a apelor de scugere). În cele mai multe cazuri această adîncime se recomandă să fie de cca 1,0 m. Influența incintei desecate se poate răspîndi asupra teritoriilor învecinate pe o suprafață de cca 65%Presupunînd, că norma de desecare este de elului pînzei freatice la o distanță X de la obiectul de desecare se poate de calculat cu formula:

H= erfc (Z)Unde erfc (Z)- funcție tabulară

Z= x/(2√ t),Unde K- coeficient de filtrație, m/zi; H- grosimea stratului de calcul, m; - volumul scurgerii din sol, unități relative; t- timpul, zile.

Intensitatea curenților de apă percolativi, mineralizarea apelor de drenaj și înstrăinarea substanțelor nutritive depind de diferiți factori. Cantitatea de apă de desecare este determinată de intensitatea de evaporare și coeficientul de cedare a apei. Mineralizarea apei de drenaj depinde de componența mineralogică și granulometrică a solului, caracterul procesului de acumulare a substanțelor nutritive, cantitatea de îngrășăminte minerale și organice administrate, agrotehnică, etc.

• Apa de drenaj se definește ca și soluție a solului care se formează prin interacțiunea apei din sol cu componentele lui minerale, organice și chimice.

• Se pot deosebi trei cazuri de formare a apelor de drenaj, care determină calitatea acestora:

- Ape de drenaj formate fără irigare;- Ape de drenaj formate în sisteme hidroameliorative cu funcționare dublă;- Ape de drenaj formate sub acțiunea irigației cu dejecții animaliere.Astfel, apele de drenaj influențează asupra debitului apelor de suprafață, poluării lor, modificării regimului hidrologic al acestora, etc.În scopul minimizării influenței negative a desecărilor asupra mediului este necesară optimizarea tuturor factorilor care influențează calitatea și cantitatea lor.

Hidroenergetica

Hidroenergetica și UCRA. În condițiile contemporane, Hidroenergetica este unul din principalele componente CGA.Toate nodurile hidrotehnice trebuie să aibă o folosire complexă, asigurînd irigațiile și asigurarea cu apă a teritoriului țării, asigurarea cu apă a populației și industriei.O altă utilizare a acestor noduri hidrotehnice, la noi în țară, este de a proteja populația, industria și terenurile agricole de inundații.

Principiile utilizării energiei apei

Sub acțiunea forței de gravitație se formează cursurile de apă. În stare naturală, curenții de apă efectuează neîncetat un lucru, care se cheltuiesc pentru învingerea forțelor de frecare interne ori/și externe, eroziunea cuvetei și transportul produsului eroziunii.Din vremuri de demult omenirea încercă să folosească această energie în scopuri proprii. Cel mai efectiv se folosește la fabricarea energiei electrice cu ajutorul unor instalații speciale – centrale hidroelectrice. Puterea curentului de apă a unui anumit sector de rîu cu lungimea (L) se determină după cum urmează.

Lucrul curentului de apă (Jouli) se efectuează sub acțiunea forței de gravitație într-un interval de timp τ, și este egal cuЈ = ρgWH,Unde ρ – densitatea apei; g – accelerația căderii libere; W – volumul apei prin sectorul de rîu dat, în timpul τ; H – denivelarea geodezică a sectorului dat (L) (vezi figura)

Exprimînd W prin debitul rîului Q (/s) și timpul τ (s), căpătămЈ = ρgQHτ

Puterea curentului, adică lucrul efectuat într-o unitate de timp este egal (w)

N = ρgQ,Unde ρg = 9810 N/.Dacă însemnăm ρg = 9,810 kN/, primim puterea în kWt

N = 9,81QH.Energia căpătată (kWt h) de la curentul de apă în timpul T (h).

E = NT.Pentru folosirea rațională a (E) este necesar de concentrat curentul de apă într-un singur punct. Pentru aceasta se folosesc construcții hidrotehnice, cu ajutorul cărora se creează denivelări geodezice ale apei – presiune. Presiunea poate fi creată cu ajutorul barajelor sau conductelor de derivare.Barajul se construiește la sfîrșitul sectorului de rîu luat în cercetare.

În acumularea de apă se formează curba suprafeței apei, care arată că o parte din presiune se va cheltui pentru transportul apei în bieful amonte . De aceea presiunea totală la stația hidroelectrică va fi mai mică decît denivelarea geodezică a rîului.

a – derivare fără presiune la baraj; b – cu presiune la baraj; 1- priza de apă; 2 – canal de derivare; 3 – bazin de creare a presiunii; 4- conducta turbinelor; 5 – evacuator de nivel; 6 – clădirea CHE; 7 – tunel sub presiune; 8 – bazin antișoc

Metoda de creare prin derivare a presiunilor necesare la CHE se bazează pe diferența înălțimii geodezice ale rîului și canalului de derivare. Cu cît este mai mare unghiul de curgere al rîului și mai lung canalul de derivare cu atît se mărește și presiunea. Derivarea poate fi fără presiune și cu presiune (vezi figura). Bazinul antișoc servește pentru amortizarea loviturilor hidraulice care au loc în canalul turbinelor. CHE derivate se construiesc în condiții muntoase, unde denivelările geodezice sunt considerabile. Cu ajutorul derivațiilor se pot crea denivelări de pînă la 1000m și mai mult.

Putera unei turbine se poate calcula cu formula= 9,81 H,kWtUnde - debitul de apă trecut prin turbină; H- presiunea; - randamentul turbinei.Puterea curentului electric la contactele generatorului= 9,81 H,Unde - randamentul generatorului.Puterea totală a generatoarelor CHE= 9,81H ,Unde - - randamentul instalației; - debitul CHE.

Utilizatorii energiei electrice și sistemele electroenergetice

După caracterul folosirii energiei electrice toți utilizatorii pot fi împărțiți în trei grupuri principale:Utilizatori permanenți – energia folosită în timpul anului este constantă (industria);Utilizatori care-și modifică energia folosită în timpul sezoanelor (iluminarea, transportul electric, alimentarea cu apă);Utilizatori sezonieri (agricultura, irigațiile etc.).Asigurarea acestora cu energie electrică se efectuează din surse diverse (CHE, CT, CA) care sunt integrate într-un sistem unic.Totalitatea centralelor electrice, utilizatorilor și sistemelor de transport a energiei electrice se definește prin electroenergosistemă.

Graficul puterii totale folosite de utilizatori integrați într-un sistem unic – se definește ca și grafic de sarcină a energosistemului.Graficul anual de sarcină este relativ constant.Graficul zilnic de sarcină este variabil și se caracterizează prin două maxime- dimineața și seara. Pe graficul sarcinei zilnice se diferențiază trei părți caracteristice: bazis – mai jos de linia puterii minime, unde sarcina în timpul zilei este constantă; medie – între linia de sarcină maximă și medie; pic – mai sus de linia medie de sarcină.Raportul între puterea maximă și medie – coeficient variabilității graficului de sarcină a energosistemului

β =

Pentru a asigura solicitările de energie conform graficului de sarcină puterea CE trebuie să varieze. Aceste situații micșorează randamentul centralelor. Pentru reducerea acestor efecte, utilizatorii sunt integrați in energosisteme, introduc tarife mici în orele de noapte, etc.

Instalațiile hidroenergetice

Instalațiile hidroenergetice sunt compuse din turbine și generatoare. Hidroturbinele transformă energia cinetică a apelor în energie mecanică de rotire a rotorului. În funcție de principiul de transformare a energiei, turbinele se împart în active și reactive.Turbinele active folosesc energia cinetică a curenților de apă.Turbinele reactive folosesc energia potențială.Un alt indicator esențial al turbinelor este viteza de rotație care caracterizează frecvența turațiilor.

Turbine reactive- Elementul principal al ei este rotorul, aparatul de direcționare a curentului de apă, camera turbinei și conducta de evacuare. Rotorul acestui tip de turbine este instalat în poziție submersibilă. Rotația rotorului se efectuează sub diferența de presiune pe suprafața și spatele rotorului.

Schema instalației cu turbină reactivă1 – conductă; 2 – aparat de acționare a paletelor; 3 – palete; 4 – coloanele statorului; 5 – camera turbinei; 6- rotor; 7 – conducta de vacuum; 8 – canal de evacuare

Scheme CHE în CGA

În CGA mai des se construiesc CHE la baraje, deoarece au în complex acumulare de apă care are o mare folosință în complex.Nodurile hidrotehnice se construiesc pe rîurile de munte și șes.Componența nodurilor hidrotehnice pe rîuri este expusă în figură.