capitolul 3 editura

Embed Size (px)

Citation preview

3. STADIUL ACTUAL DE CERCETARE-REALIZARE A STUDIILOR DE DRENAJ PENTRU PROIECTAREA EFICIENT TEHNICO-ECONOMIC A AMENAJRILOR DE DESECARE-DRENAJ DIN ROMNIA3.1 Metode de desecare [8, 9]3.1.1 Principalele metode de desecare i caracteristice tehnico-economice ale acestoraAceste metode sunt reprezentate de procedee de ordin tehnic prin intermediul crora apa n exces de la suprafaa terenului sau din profilul solului se elimin, asigurndu-se ulterior condiii optime pentru dezvoltarea culturilor agricole.Cele mai importante metode de desecare sunt:- evacuarea apei n exces prin scurgere la suprafaa terenului;- drenarea apei n exces din stratul radicular al plantelor;- evacuarea apei n exces prin scurgere la suprafaa terenului i drenarea stratului radicular al plantelor;- drenarea biologic a apei n exces;- colmatarea zonei cu exces de umiditate;- drenaje frontale.Fiecaremetodseprezintcuavantajelei dezavantajeleei npractica exploatrii i care trebuie analizate comparativ.3.1.1.1Evacuarea apei n exces prin scurgere la suprafaa terenuluiMetoda const n eliminarea surplusuluide ap prin scurgere la suprafaa solului aplicndu-sei folosindu-selucrri denivelare-modelareprecumi rigole care preiau i dirijeaz apa ctre reeaua de canale deschise.Se recomand alegerea acestei metode n zone unde exist exces de umditatenumai dinprecipitaii. Prinaplicarealucrrilor denivelare-modelarese creaz un microrelief artificial bazat pe orografia natural care dirijeaz scurgerea apelor de suprafa. Se va evita astfel concentrarea i stagnarea apelor czute din precipitaii n zonele depresionare i infiltrarea apei n sol n cantiti mari rezultnd micorarea pericolului de ridicare a nivelului freatic.Aceste lucrri se realizeaz cu consum relativ redus de materiale. Metoda prezint i dezavantaje: trebuie fcute decapri raionale pentru a nuinfluena negativ fertilitatea solului, lucrrile se vor menine nfiecare an, evacuarea apei se realizeaz relativ ncet, mainile agricole au un randament mai mic datorit necesitii meninerii amenajrile de nivelare-modelare i a rigolelor de evacuare.3.1.1.2Drenarea apei n exces din stratul radicular al plantelorSe realizeaz prin captarea apei n canale sau drenuri absorbante i ulterior evacuareaei nreeauadecanaledeschise. Aplicareametodei estenecesarn zonelecu exces de ap n zona radicular a plantelor.Soluia se realizeaz prin 135drenaje sistematice cuprinznd ntreaga suprafa sau sub form de fii de eliminare a infiltraiilor, provocate de sursa de ap, cu nivelurimai ridicate dect cotele terenurilor limitrofe.Prin intermediul acestei metode se coboar i se menine nivelul freatic la adncime optim pentru dezvoltarea culturilor agricole. Se creaz condiii bune de aerare a profilului de sol, influennd n mod pozitiv procesele fizico-chimice ce au loc la nivelul acestuia.nzoneleundenuexistpericol desrturarei nmltinireasolului, reeaua de drenuri poate fi folosit i pentru subirigaie. Se pot folosi n acest caz i drenuri crti, cu descrcare n prisme drenante, prevzute cu drenuri colectoare.Dezavantajele metodeiconst n: necesar de materiale pentru construcia drenurilor absorbantei cantiti mari dematerialefiltrante, ncazul drenurilor deschiseexist o suprafade 9-12% scoas dincircuitul agricol, suntnecesare investiii pentru amenajarea terenului, randament al mainilor agricole sczut.3.1.1.3 Evacuarea apei n exces prin scurgere la suprafaa terenului i drenarea stratului radicular al plantelorMetodaserealizeazprinpunereanpractic, concomitent, asoluiilor prezentate anterior. Avantajele i dezavantajele rezult de la descrierea procedeelor precedente.3.1.1.4Drenarea biologic a apei n excesSunt utilizate culturi i plantaii care prezint o rezisten ridicat la excesul deumiditate i aucapacitate maredefolosireaapei dinsol. Sebazeazpe evapotranspiraia plantelor asociat cu evaporaia apei de la suprafaa solului. Dac aportul de ap este unul important, drenajul biologic se va folosi n combinaie cu reeaua de desecare deschis. Practica a demonstrat c aceast metod se realizeaz cu investiiimici. Se impune ns o deplin concordan ntre condiiile naturale cu respectarea cerinelor agrotehnice, vitipomicole, silvice i hidroameliorative.3.1.1.5Colmatarea zonei cu exces de umiditateSe realizeaz prin depunerea materialelor solide n suspensie provenite din debitelecursurilor deap, nscopul ridicrii cotei terenului i realizrii stratului radicular fr exces de ap.Colmatarea natural se desfoar pe perioade lungi i n unele cazuri este dirijat de intervenii tehnice corespunztoare.Colmatarea artificial se folosete frecvent pentru construcia de platforme insubmersibilerespectivferitedeinundaii i serealizeazprinhidromecanizare. Metoda este economic n cazul folosirii materialului rezultat din sparea unor lucrri hidrotehnice importante (canale navigabile, regularizri de ruri, canale de irigaii i desecri).Pentrucolmataresunt necesareamenajri speciale:aduciuni, bazinede colmatare, deversoare, reele de evacuare, etc. Darea n exploatare a unor suprafeeastfel amenajateimpunelucrri i msuri agrotehnicespecialepentru fertilizarea solului.3.1.1.6Drenaje frontaleConstdiniruri de puuri saudrenuri longitudinale de adncime care capteazapeleinfiltratedinsursecuniveluri cvasipermanentensmai ridicate dect cota terenului incintelor ameliorate. Alegerea soluiei corespunztoare se face prin analize comparative tehnico-economice studiindu-se condiiile hidrologice, geologice i hidrogeologice locale.Dezavantajul metodei este c aceasta folosete cantiti importante de materiale, echipamente hidromecanice i consum de energie ridicat. n exploatare, 136metoda impune o funcionare continu, fr defeciuni, ceea ce presupune o ntreinere de mare exigen tehnic.3.1.2Factori implicai nstabilirea metodei de desecare eficiente tehnico-economicn cadrul sistemelor de desecare-drenaj, metoda adoptat trebuie s ndeplineascanumitecondiii tehnico-economice:accelerareascurgerii apelorde suprafa i din profilul solului, evacuarea apei s se realizeze concomitent att la suprafaa terenului ct i n profilul solului, regimul de desecare s se realizeze cu efort minim, sub aspectul mrimii normei de desecare i al duratei de evacuare a apei;n stratul radicular al plantelor s se creeze un regim optim de ap-aer pentru mbuntirea caracteristicilor hidrico-fizico-chimice ale solului, alegerea metodei de desecare s permit realizarea unei productiviti mari a mainilor agricole utilizate n activitatea de exploatare.Fig. 3.1 Sursele excesului de umiditate [9]3.1.2.1 Factorii implicai n stabilirea metodei de desecare [9]n alegerea metodei de desecare intervin mai muli factori naturali: orografici, pedologici, hidrogeologici, hidrologici i climatologici.Factorul orograficarerol nstabilireametodei dedesecareprinalegerea pantei necesare i a microreliefului corespunztor.Condiiile pedologice condiioneaz metoda de desecare prin nsuirile chimice ale solului.Condiiilehidrogeologice influeneaz metoda dedesecare prin adncimea apei freaticecare, funcie de prognoza hidrogeologic, se raioneaz pe trei grupe: 0 1,5m; 1,5 3,0m i peste 3m.Condiiile climatice caracterizeaz prin precipitaii i temperaturi asociate cu factorii de vegetaie. Au rezultat urmtoarele zone:- umed, cuprecipitaii medii anualemai mari de700mmi temperatura medie anual de 7C;- pdure de cmpie, cu precipitaii medii anuale de circa 650 mm i temperatura medie anual de 9C;- zona de silvostep, cu precipitaii medii anuale de circa 550 mm i temperatura medie anual de 10C;- zona de step, cu precipitaii medii anuale de circa 450 mm i temperatura medie anual de 11C.1373.1.2.2 Stabilirea metodei de desecareLa stabilirea metodei de desecare trebuie s se aib n vedere i:- felulculturilor, subaspectulrezistenei acestora laexcesulde umiditate;- corelarea cu introducerea irigaiilor n sensul utilizrii n complex a unor obiecte din amenajarea de desecare;- folosirea judicioas a schemei hidrotehnice care n unele cazuri poate asigura condiii optime pentru descrcarea gravitaional a apelor din desecare.n situaiile n care se pot reine mai multe metode de desecare, alegerea metodei optime se va face pe baza analizei comparative sub aspect tehnico-economic cuprinznd:- investiia necesar pentru realizarea lucrrilor de desecare;- consumul de materiale i energie nexecuia amenajrii de desecare;- cheltuielileanualedeexploatarei ntreinerealucrrilor de desecare;- suprafaa scoas din circuitul agricol.Funciederezultatele analizei tehnico-economicesestabilete metode de desecare optim.3.2 Metode de drenaj3.2.1 Aspecte teoretice3.2.1.1 Condiii de aplicare i elementele componente ale drenajuluiUnsistemmodernde desecare-drenaj cuprinde oreea sistematicde canale de desecare i o reea de drenaj la care se adaug construciile hidrotehnice i echipamentele i instalaiile aferente. Reelele de drenaj au rolul de a regla nivelul apelor subterane n perimetrul dintre canalele de desecare.Drenajele sunt lucrrile hidroameliorative, menite s coboare nivelul apelor freatice din sol, s elimine apa srturat aflat n exces, rezultat din condiiile de splare a solului, condiiinecesare ameliorriiacestuia. Adncimea de coborre a apelor freatice fa de nivelulterenului(numit norm de drenaj) este funcie de zona pedoclimatic, a culturilor agricole i a stratului de sol supus splrii. Condiiile cerute de plante se numesc criteriide drenaj iau fost destulde puin studiate, avndu-senvederemai mult nivelul freatici regimul devariaieal acestuia, precum i salinitatea solurilor n zona rdcinilor.Dei criteriul de drenaj cel mai studiat a fost cel n regim permanent, care de altfel st la baza proiectrii amenajrilor de drenaje (nivelul de ap se menine la un nivel constant n decursul precipitaiilor i a evacurii prin drenuri) cel mai des ntlnit n natur este cel nepermanent, cnd nivelul freatic este n continu variaie datorit precipitaiilor i a efectului drenajului. El st la baza verificrii unui drenaj caretrebuiesrealizezenormadedrenaj ladouziledupoprireaploii, cnd nivelul freatic a ajuns la suprafaa terenului (coborrea trebuie s fie de 60% din norma de drenaj n prima zi i de 40% n a doua zi).Stabilirea adncimii apei freatice, care asigur producia agricol optim, s-a fcut pebazacercetrilor experimentalecuscderiledeproducie, nprocente pentrudiferiteadncimi aleapei freaticemeninutenlizimetre, nperioadade vegetaie pentru diferite grupe de soluri. 138Scderea de producie agricol se datoreaz, la nivele mari lipsei aerului din sol, iar lanivelemici lipsei apei dinsol. Lasolurileargiloase, pentruaaveao producie agricol bun, nivelul freatic trebuie s se menin mai cobort.nurmastudiilor experimentaleefectuatenaranoastrncmpuri de drenajedeproducieagricol, pentrudiferitezonepedoclimatice, aurezultat n unele zone (Lunca Dunrii) valori ale normei de drenaj Z= 1 - 2 m, pentru gru i sfecl de zahr. Debitul de calcul pentru drenaj (q = 7-15 mm/zi) se stabilete n cmpurile experimentale de drenaj, n funcie de condiiile pedoclimatice, a posibilitilor de infiltrare a apelor de precipitaiiprin zona nesaturat a soluluii apoi prin micarea apei n zona saturat, spre drenuri. Drenurile trebuie s aib o capacitate de captare mai mare dect debitul de calcul pentru drenaj (q). Capacitatea de captare a drenurilor se stabilete n funcie de gradul de colmatare al materialului filtrantiadrenului,ncontactcusolul dinzonacareurmeaza fi drenata. De asemenea drenajul este necesar i n zonele, secetoase, irigate pentru ameliorareasolurilorsalinei alcalineprinnormeledesplareaplicatei pentru prevenirea srturrii secundare a solurilor irigate, printr-o ridicare a nivelului freatic.Principalele componente ale drenajului sunt : - lucrrile de nivelare; - lucrrile de modelare; - lucrrile de afnare; - drenaje crti; - ventilaie.Amenajarea de drenaj poate fi cu vrsare direct n canalul de desecare, sau secolecteazprindrenuri colectoare. Drenurilecolectoaresepot dimensionacu curgere liber sau n regim sub mic presiune, inndu-se seama de durata relativ scurt de evacuare dup o ploaie, urmnd ca apoi s menin acest nivel. n cadrul acestor reele de drenuri absorbante pot exista pe drenurile colectoare cmine de vizitare pentru curire.Pentrustabilireasoluiei optimededrenaj peunanumit tipdesol este necesar cunoaterea factorilor care determin soluia de drenaj care urmeaz a fi adoptat. Dintre aceti factori, cei mai importani sunt: - debitul specific de drenaj; - norma de drenaj; - conductivitatea hidraulic a solului; - parametrii geometricii hidraulici ai tubului de drenaj i ai materialului filtrant; - tehnologia de execuie.Dispunnd de aceste date se poate stabili soluia de drenaj adoptat, precum i distana dintre drenuri, pe baza unui calcul tehnico - economic.Lastabilirea soluiei dedrenajpelngcondiiile tehnicedeterminate de studiulde drenaj se are n vedererealizareaunorvariante cu consum minimde materialedeficitare, consumredusdeenergiei carburani, reducereaforei de munc manuale, ridicarea calitii lucrrilor, sigurana n funcionare timp ndelungat, folosirea cu prioritate a materialelor locale i a unor deeuri industriale.3.2.1.2 Studiu de drenaj. Definiie. Etapele unui studiu de drenaj. [8, 9, 155]Proiectarea drenajelor n condiiile folosirii materialelor filtrante se bazeaz pe ntocmirea unui studiu de drenaj prin care se stabilete distana dintre drenuri (L), funcie de caracteristicile tubului de dren i a materialului filtrant folosit, indicii fizico- chimici ai materialului filtrant, indicii fizico-chimici ai solului, gradul de colmatare al materialelor filtrante folosite n solul respectiv (prin valoarea coeficientului de permeabilitate dup colmatare).ntocmirea unui studiu de drenaj const n ntocmirea studiului de fundamentare a soluiei de amenajare pentru drenaj, care cuprinde: 1 Studii topografice (planuri de situaie)2 Studii hidrologice i hidrogeologice (izofreate) 1393Studii pedologiceprivind textura solului, conductivitatea hidraulic (Ksol) determinat n laborator sau situ, indicele de stabilitate aldrenurilor crti (Idc), indicele de plasticitate Ip=Wl- Wp > 22, indicele microstructural R < 0,3 unde R = GM(1)Pentru solurile grele k < 0,25 m/zi soluia de amenajare cuprinde i drenajul crti se vor avea n vedere urmtoarele criterii de aplicare a drenajului crti:- soluri cu textura fina i proprieti de plasticitate:- coninut de argil > 40% - coninut de nisip < 20% - porozitatea total < 45%- porozitatea de aeraie < 10%- indice de plasticitate >22 (8 pentru drenuri crti) - indicele de stabilitate (Zaidelman i Teodoru, ICPA, R> 1 - efect deosebit de favorabil; Ceh > 1 - efect favorabil; Ceh = 1 fr efect; Ceh < 1 - efect defavorabil. 3.2.1.3 Clasificarea teoriilor de drenaj n conformitate cu ipotezele de bazTeoriile scurgerii orizontale [102]Acesteteorii aproximativesebazeazpedoupresupuneri:a) ctoate liniile de curent ntr-un sistem cu scurgere gravitaional sunt orizontale ib) c viteza de-alungulacestor liniidecurentsunt proporionale cu panta suprafeei libere a apei, dar independente de adncime.Dei poate fi demonstrat c acestea sunt presupuneri eronate, teoria scurgerii orizontale ne d rezultate de o acuratee suficient dac aplicarea ei este restricionatlasituaiilencarescurgereaestenmaremsurorizontal. Trei condiii de cmp de acest tip sunt:- Canale deschise care sunt adncin comparaie cu distanele dintre ele icare penetreaz sau se apropie de un strat impermeabil;- Canale deschise care sunt excavate n materiale stratificate;- Drenuri ngropate n condiiile 1 i 2, n special dac materialul de umplutur al traneei este mai permeabil dect material n form nealterat.O formul a teoriei scurgerii orizontale este ecuaia elipsei, Donnan dezvoltnd ulterior formula calculului distanei ntre drenuri.qam 2 m K 4S2

,_

+(8)undeSdistantadintredrenuri, qdebitul specific dedesecare-drenaj, K conductivitatea hidraulica, m inaltimea nivelului freatic la mijlocul distantei intre drenuri, a distanta de la nivelul drenurilor la stratul impermeabil.Visser, ntr-o alt aplicare a ecuaiei elipsei i-a extins domeniul la problema scurgerii nepermanente. Metoda lui a fost dezvoltat pentru condiiile din Olanda, dar n conform cu Van Schilfgaarde, Kirkham i Frevert, metoda poate fi aplicat n mod eficient n ariile irigate din zonele aride.Teoriile scurgerii radiale [102]Olinie de drenuri poate fi considerat cai unpu orizontal, cuapa apropiindu-se de aceast linie de-a lungul liniilor de curent radiale. Aceast analogie reprezint bazapentruteoriascurgerii radiale care presupune unsol izotropic omogen de adndime infinit i un nivel freatic plat. Aceast metodpoate da obun aproximare a condiiilor de scurgere curente dac nivelul freatic acoperitor este mic (condiii de precipitaii reduse i o permeabilitate relativ mare) i dac sub dren nu este un strat cu o permeabilitate semnificativ redus.Teoria scurgerii combinate orizontal i radial [102]Hooghoudt i Ernst au dezvoltat soluii pentru problema scurgerii prin combinarea ipotezelor scurgerii radiale i orizontale. Aceste soluii corecteaz deficitul major al ecuaiei elipsei (neglijareaconvergenei scurgerii lngdren). Reprezint ns aproximri de valoare i fiabile pentru problema scurgerii permanente in vederea ndeprtrii ploii constante sau a creterii continue graduale 144echivalente. Hooghoudt a modificat ecuaie elipsei prin introducerea adncimii echivalentei apregtit untabel pentruproblemascurgerii permanente. Visser sugereaz orezolvare prinnomograme a problemei bazndu-se pe teoriile lui Hooghoudt n timp ce Van Beers a dezvoltat nomograme pentru calcululdistanei ntre drenuri folosind ecuaiile lui Hooghoudt i Ernst.Analiza hodografului Van Deemter [102]Aceast metod const ntr-o analiz matematic ce implic soluiile unor ecuaii difereniale concrete astfel nct s satisfac condiiile de limit. Van Deemter a utilizat aceast analiz pentru a studia drenajul tubular, dar rezultatele lui seaplicnumai drenurilor cufuncionare100%(pline). Unhodograf esteo diagram care ofer o reprezentare vizual vectorial a micrii unui corp sau a unui fluid. Este locul unui capt al unui vector variabil, cu cellalt capt fix. Poziionarea oricrei valori postate pe o asemenea diagram este proporional cu viteza particulei nmicare. Semai numetei diagramavitezei. Pescurt, soluiile aproximative obinute prin aplicarea acestor teoriisunt maisimple dect soluiile exacte i pot fi utilizate pentru anumite probleme care nc nu dispun de alte tipuri derezolvri. Esteimportant caurmtoarelelimitri inerentesfierecunoscute astfel ca metoda aproximativ aplicabil s poat fi aplicat:1. teoria scurgerii orizontale (ecuaia elipsei) folosit unde scurgerea este majoritar orizontal, pentru drenuri adnci n comparaie cu distana dintre ele i cu stratul impermeabil imediat sub sau foarte aproape de drenuri;2. teoria scurgerii radiale se aplic solurilor omogene izotropice de mare adncime, cu un nivel freatic plat sau aproape plat;3. Teoriacombinatascurgerii radialei orizontalefolositnsituaiileunde stratulimpermeabil este adnc sau la suprafa, prin utilizarea adncimii stratului echivalent a lui Hooghoudt sau a nomogramei utilizat de Visser;4. Analiza hodografului Van Deemter care se aplic n cazul funcionrii 100% pline adrenurilor sau n cazulncarenivelul freaticesteimediatdeasupra drenurilor. [102, 128, 129, 130, 131]3.2.1.4. Tehnici pentru aplicarea teoriilor de drenaj [102]Principalele teorii ascurgerii saturate ctre drenuri aufost menionate anterior. Un numr de tehnici au fost utilizate pentru aplicarea acestora precum i a altor abordri fundamentale pentru rezolvarea problemelor actuale de drenaj.Analiza matematicAceastmetodesteilustratdesoluiaanaliticalui Kirkhamprivind problema cu mai multe tuburi de drenaj, egal distanate pe un strat impermeabil, folosindmetodaimaginilor. Pentruproblemecareimpliclinii decurentcurbei soluri stratificare, metoda este lung i mai greoaie. Ecuaia fundamental a scurgeriia luiLaplace care combin Legea luiDarcy cu ecuaia de continuitate a scurgerii, reprezint punctul de start pentrumajoritatea analizelor matematice n domeniul drenajelor. Aplicarea ecuaiei Laplace este o metod exact dar complexitatea eiin rezolvarea problemelor curente a dus la dezvoltarea de teorii aproximative descrise n seciunea precedent.Metoda relaxriiMetodarelaxrii esteoanaliznumeric. Esteuninstrument simplui puternic dar deobicei este obositoare n utilizare. n mod concret, metoda relaxrii reprezintaplicareaecuaiei Laplaceprinselectareadepunctepeunplanprin sistemul de scurgere. Condiiile de limit trebuie cunoscute. O reea ptratic este orientat nmod favorabil pe plan iar valorinumericesuntatribuitepe liniile de potenial de-a lungul limitelor n conformitate cu condiiile din teritoriu. La fiecare punct de intersecie cu reeaua sunt atribuite valoriestimate sau arbitrare. Apoi, 145aceste valori sunt ajustate pn cnd valorile din fiecare punct al reelei reprezint media aritmetic a celor 4 valori din colurile adiacente.Stratificarea, condiiileanizotropiceprecumi altevariaii pot fi luaten considerare pentru ajustricorespunztoare n cadrul procedurii. Luthin i Day au folosit aceast metod iau aplicat-o n scurgerea nesaturat. Metoda relaxriia fost utilizat pentru construirea de soluii tip nomograme a teoriei combinrii scurgeriiradiale iorizontale. Metoda a fost aplicat att n cazulproblemelor cu caracter permanent ct i nepermanent.Analogia electricEcuaia Laplace este ecuaia diferenial pentru distribuia potenialului electric n conductori. Ca o consecin, testele cu modelul electric n cazul scurgerii subterane pot fi bazate pe analogia ntre Legea Darcy i Legea Ohm. Un conductor dehrtiepoatefi utilizat pentruareprezentaplanul nregiuneascurgerii, pe graniele a cror potenialse poziioneaz pentru reprezentare condiiile de limit actuale.Un voltmetru (tub vacumat) se folosete pentru a se msura potenialul n diferite puncte ale planului i din aceste date se poate trasa scurgerea. Reele de rezisten au fost utilizate n locul conductorului pentru a studia n particular efectele stratificrii solurilor asupra scurgerii n drenuri.ModeleNisipul sau diferite tipuri de sol sunt plasate n tancuri pentru a reproduce cmpuri deexperimentareidealepentrufenomenul studiat. Modelesunt utilen testarea validitii aproximaiilor teoriilor de drenaj. [102, 128, 129, 130, 131]3.2.1.5 Criterii aplicate n cadrul proiectrii reelelor de drenajCriteriile pentru proiectarea amenajrilor de desecare-drenaj reprezint n special specificaii referitoare la condiiile care trebuie s existe n particular pentru o zon astfel nct s se obin un nivel optim al nivelului freatic cerut de un anumit tipdeagriculturcaresepractic. Acestcriterii pot fi divizaten:a)normade drenaj caretrebuieasiguratnecesarasigurrii unui anumit graddeprotecie pentru culturi, b) adncimea optim a nivelului freatic.Adncimeaoptimpnlanivelul freatic este aceaadncimenecesar pentruceamai bunrelaieplant-sol-ap-aer. Estenecesarcunoatereaunei tolerane concrete atta vreme ct nu se poate menine un nivel freatic exact.Criterii de drenajSelecia unui criteriu de drenaj, respectiv a unei norme de drenaj, pentru un anumit sistem de drenaj ar trebui s se bazeze pe tolerana culturilor la excesul de umiditate precum i pe caracteristicile fizice ale ariei. Clima, solurile, topografia i culturile agricole sunt factori importanicare trebuie luai n considerare. Unde se practicirigaiatrebuieanalizati calitateaprecumi cantiteaapei distribuite precum i practicile utilizate n cadrul managementului sistemului de irigaie.Criterii pentru desecareUncriteriupentru unsistemde desecare trebuie s ia nconsiderare caracteristicileprecipitaiilor dinzonarespectivprecumi ali factori climatici, topografia terenului, tolerana culturilor la excesul de ap, solurile i irigaiile. Datele referitoare la cursurile de ap precum i studiile asupra scurgerilor din excesul de precipitaii din bazinele hidrografice plane au indicat c norma scurgerii pe unitatea de suprafa scade pe msur ce crete aria suprafeei tributare.Criterii de drenaj pentru drenajul de adncimeDac excesul de ap rezultat din precipitaii, excesul de ap din irigaii se dirijeazprinscurgeresauprinscurgeresubterandinafaraariei considerate, scurgerea n drenurile ngropate este mai uniform i se ntinde pe o perioad mai 146lung de timp dect scurgerea ctre canalele deschise. Un criteriu de drenaj pentru drenajul desub-suprafaesterelaionat desursaexcesului deap, denorma scurgerii excesului de ap prin sol precum i de tolerana culturilor din asolament la excesul de ap.Dacnormadescurgereprinsol estemai micdectlasuprafai se extind pe o perioad mai lung de timp, coeficienii pentru drenajul de adncime vor avea valori mai mici dect cei pentru desecare. Se menioneaz uzual ca adncimea deapcaretrebuiendeprtatn24ore. nzoneleumede, normadedrenaj evacuatestengeneral uniformpentrusuprafeemari dar nzonelearidei semiaride irigate norma scurgerii pe unitate de suprafa scade pe msur ce crete suprafaa datorit schemelor de udare n cadrul proiectelor mari precumi neuniformitii altor surse de exces de ap.Coeficieni de drenaj pentru staiile de pompareCoeficienii dedrenaj pentrustaiiledepomparesebazeazpecriteriile utilizate la proiectare sistemelor de drenaj pe care acestea le deservesc. Caracteristicile scurgerii ctre staia de pompare indiferent dac este de suprafa sau sub-suprafa, trebuie luate n considerare n determinarea capacitii de pompare a staiei de pompare. Majoritatea staiilor de pompare sunt proiectate cu o cantitate binedefinitdeapnbazineledepomparei caretrebuieluaten considerare n dirijarea scurgerii din aria tributar, precum i n cazul capacitii de pompare necesar. Sistemele de desecare n mod uzual dispun de o capacitate de stocare astfel fiind posibil reducerea capacitii de pompare necesare. Scurgerea de sub-suprafa este mai uniform i capacitatea bazinelor de pompare poate fi mai mic.Coeficieni de drenaj pentru protejarea bazinelor de recepieProteciabazinelor derecepietrebuieaplicatpentrucreareacondiiilor potrivite pentru creterea i dezvoltarea culturilor, inclusiv protecia mpotriva excesului apei de suprafa i controlul umiditii solului. Pentru asigurarea acestor condiii toatecanaleleutilizatelaprevenireainundaiilor i ncareterenurilece necesit drenaj trebuie s se descarce trebuie s dispun de capacitile de stocare necesare bazate pe coeficienii de drenaj.Cerine speciale pentru terenurile planen analiza scurgerii de pe terenurile plane i care necesit msuri de drenaj, este important s se ia n considerare influena extinderii sistemelor de desecare la capacitatea de stocare necesar prin canalele principale. Terenurile plane pot dispune de o capacitate de stocare ridicat a apei n mici depresiuni i o norm de desecare mic nainte de instalarea colectoarelor i a sistemelor de transport a apei. Dup aplicarea acestor msuri, stagnarea apei la suprafa i timpul de concentrare vor scdea. [102, 128, 129, 130, 131]3.2.1.6 Criterii aplicate n alegerea tipului de material filtrant pentru drenaje [102, 160]a) Probleme generale.Eficacitatea drenajului depinde n mare msura de alegerea corespunztoare a materialului filtrant, de aici rezultnd c natura i compoziia acestuia trebuiesc corelate cu condiiile de sol, ap freatic, clim i caracteristicile tuburilor de dren. La proiectarea reelelor de drenaj trebuie prevzut studiul, analiza i testarea diferitelor materiale filtrante pentru zona, tipul de sol i situaia de drenaj respectiv, analiza fcndu-se n funcie de urmtoarele criterii: o hidraulic;o preul de cost;o cantitile disponibile;147o tehnologiile de pozare;o durabilitatea n timp;o criterii specifice diferitelor tipuri de materiale filtrante;n urma cercetrilor efectuate n tara noastr i n alte ri ale lumii (Olanda, Germania, S.U.A. etc.) au rezultat unele recomandri i concluzii care pot constitui elemente ale criteriilor privind necesitatea materialelor filtrante de drenaj. Influena condiiilor de sol asupra stabilirii necesitaii materialelor filtrante la drenajulagricol: condiiile de solinflueneaz alegerea materialuluifiltrant pentru drenaj prin: o tipul general de sol;o structur i textur;o coninutul de sruri etc.Pentru fiecare tip de sol ce urmeaz a fi drenat este necesar a se cunoate granulometria care condiioneaz porozitatea materialelor filtrante necesare. Criterii destabilireanecesitaii materialului filtrant ladrenaj ncondiii favorabile de execuie, funcie de textura solului drenat au fost dezvoltate de o serie de specialiti olandezi (dup I.A.C. Knops, F.C. Zuidema, Olanda ).Stabilireacompoziiei materialului detipgranular (nvelipermeabil), pe baza criteriului de filtrare i permeabilitate: acest criteriu a fost stabilit n 1921 de Terzaghi care precizeaz faptul c particulele de sol nu sunt antrenate de ap prin filtru ctre tubul de dren dac este satisfcuta urmtoarea relaie :D15 F < D85 S relaie n care : D15 F diametrul particulelor din materialul filtrant la procentajul de 15% din total de pe curba granulometric; D85S - diametrul particulelor din sol la procentajul de 85%de pe curba granulometric. Dup Cedergren (1967) aceeai condiie este exprimat prin relaia: D15 F < 5 D85 S semnificaia elementelor fiind aceeai ca n relaia lui Terzaghi.In concluzie, n urma diferitelor analize granulometrice rezult faptul c ntre granulometria stratului de sol de la adncimea de amplasare a drenurilor i granulometria filtrului trebuie s existe urmtoarele relaii (pentru asigurarea unei bune scurgeri a apei n exces): 12 < S DF D5050 < 58(9) 12 < S DF D1515 < 40(10) S DF D8515 < 5 (raport de stabilitate) (11)n care : D50, D15, D85 - diametrii particulelor la 50, 15 i 85 % de pe curba granulo- metric a filtrului (F) i respectiv a solului (S). Stabilireacompoziiei materialului detipgranular (nveli permeabil) pe baza criteriului de protecie a tuburilor de drenaj. Deacestcriteriu trebuies sein contpentrunlturareapericolului de nfundare i colmatare a drenului. Criteriul utilizat n Anglia, are n vedere c ntre limea fantelor (f ) i granulometria materialului granular s existe urmtoarea relaie: 148F D2185 f < (12)Dup Spalding (1970), n cazul tuburilor de drenaj din material plastic care au practicate orificii pentru intrarea apei, se recomand relaia:d0 < D85 F n care : d0 diametrul maxim al fantelor circulare Cercetrile efectuate pn n prezent arat c este mai potrivit s se adopte un sistem de perforare a drenurilor cu un numr mai mare de guri de dimensiuni mici, dect un numr mic de guri de dimensiuni mari. b) Criteriul hidraulic Conformacestui criteriu, se impune calculul pe cale analitic a valorii coeficientului de intrare, cu caracteristicile iniiale ale filtrului colmatat, determinate pecaleexperimental, ncondiiilede contact cudiferitetipuri desoluri ncare urmeaz a fi executat drenajul, precum i stabilirea valorii coeficientului de eficien hidraulic, tot pe cale experimental. n paralel, pentru clasificarea materialelor filtrante, se determin rezistena la intrarea apei n dren pe standul avnd drenul aezat vertical. c) Criteriul preului de costAcest criteriu const n alegerea materialelor filtrante, corespunztoare din punct de vedere tehnic i hidraulic, care au preul de cost cel mai mic, apreciindu-se c preul materialului filtrant s fie mai mic dect preul tubului de dren. d) Criteriul cantitilor disponibileEste de preferat orientarea spre materiale filtrante care se gsesc n cantiti suficiente n zona respectiv, pentru ca cheltuielile de transport s fie ct mai reduse.ncazul ncarenzonanusegsescmaterialelocalesuficientepentru acoperirea necesarului sau dac materialele ce se gsesc nu ndeplinesc condiiile de utilizare cerute de celelalte criterii, se va analiza posibilitatea folosiriimaterialelor geotextile. e) Criteriul tehnologiilor de pozareConst n analizarea utilajului existent n dotarea executantului cu care se va executadrenajul, nvederea stabiliriitehnologiei deaezareadecvat(pecit posibil mecanizat) la un pre de cost ct mai sczut i o productivitate ridicat a execuiei. f) Criterii privind alegerea materialelor filtrantePentru alegerea materialelor geotextile n special este menionat n literatura tehnic de specialitate i pus n practic n unele ri ale lumii (cum ar fi Olanda) analiza distribuiei mrimii porilor diferitelor materiale filtrante i corelarea acestora cu curba granulometric a solurilor ce urmeaz a fi drenate. Specialiii, Eskes i Knops n anii 1977 respectiv 1979, n baza unui program experimental, prezint distribuia mrimiiporilorpentru cteva materiale filtrante testate, influenagrosimii materialelor filtranteasupramrimii distribuiei porilor pentru filtrul din fibre de acril i influenta presiunii exercitat de ncrctura dat de stratul de sol de umplutur pus peste dren i filtru. g) Concluzii.Scopul acestui subcapitol este de a prezenta principalele etape care alctuiesc unstudiude drenaj complet ce poate fi aplicat ndiferite zone cu particularitile specifice pentru fiecare caz n parte.149Aceste etape constau n realizarea unor studii de fundamentare a soluiei de amenajarecarecuprind, studiiletopografice, hidrologicei hidrogeologice, studii pedologice (deosebit de importante pentru determinarea texturii solului), conductivitii hidraulice, indicelui destabilitateadrenurilor crti, indicelui de plasticitateetc. studii deamenajareagricol, studii depedogenezi studiilei cercetrile experimentale de laborator urmate de o serie de calcule pentru determinarea distanei ntre drenuri; n ultimul paragraf sunt prezentate o serie de criterii importante de care este necesar s se in cont n proiectarea reelelor de drenaj.Concluzia final care rezult n urma realizrii unui studiu de drenaj este c, inndu-secont detoate etapele prezentate nacest referat, obiectivul final l constituie obinerea soluieioptime din punct devedere tehnico-economic pentru amenajarea unor zone cu exces de umiditate, folosind tuburi de dren i materiale filtrante adecvate fiecrei amenajri n parte. [102]3.2.2Metodepracticei expeditivepentruproiectareareelei de drenaj3.2.2.1 Drenajul de suprafaPentru drenajul de suprafa exist:a) metodologii de proiectare (dimensionare) a reelelor de canale de desecare la optim hidraulicReeauadecanalededesecareesteprivitcaoproblemdendesirea reelei hidrografice naturale existente n bazinul analizat. Scopul principal al reelei de canale deschise este colectarea apelor de suprafa de pe terenurile agricole i evacuarea lor ntr-un emisar. Amplasarea canalelor de desecare este funcie de soluia adoptat pentru reeaua de drenaj, care poate fi: vrsare direct a drenurilor n canalele de desecare sau prin intermediul unor colectoare de drenaj. Soluia optim rezult dintr-un calcul tehnico-economic, calculnd lungimea drenurilor astfel:a1) drenurile absorbante: L qQB (13)undedebitulQsedetermincuajutorul nomogramelor, considerndcurgere liber n regim uniform cu panta 0,2%a2) drenurile colectoare L qSX (14)unde suprafaa S deservit se determin cu ajutorulnomogramelor pentru 75% suprafadrenatladrenurilecolectoarei 60%suprafadrenatladrenurile absorbante, considernd ocurgere submic presiune cupanta de pozare a colectorului nchis de drenaje de 0,05 0,1% i o panta hidraulic medie i= 0,15 0,2%.n condiiile din Romnia de justific economic varianta cu vrsare direct a drenurilor absorbante nreeauade canale de desecare. Reeauacanalelor de desecare se poate trasa ca o reea sistematic (canale paralele) sau o reea urmnd cotelejoasealesuprafeei, denumitreeanesistematic. nambelecazuri se urmrete ca apa s fie evacuat pe drumul cel mai scurt.Calculul canalelor de desecare se face n regim permanent i uniform, avnd suprafaa liber i profil deschis, trapezoidal. Formulele de calcul utilizate sunt de tip 150Chezy, dimensionarea lor fcndu-se la optim hidraulic. Pentru rapiditatea calculelor sunt cunoscute nliteratura tehnicde specialitate nomograme i soft specific pentru calculul automat.b) normative cunoscute din literatura tehnic de specialitate privind realizarea lucrrilor de afnare, modelare, nivelare.Pentruaccelerareaevacurii apelor nexcesdepeterenurileagricolese impun urmtoarele msuri agro-pedo-ameliorative: nivelarea suprafeelor, modelarea i afnarea adnc. Cu ajutorul acestor msuri se poate aciona pe dou ci:b1) primacale, folosindnivelareai modelarea, aplicatesinguresaun asociere, urmreteevacuareaapei aflatnexceslasuprafaaterenului saun stratul arabil, fr a interveni asupra straturilor subarabile;b2) a doua cale, intervenind cu lucri de afnare adnc urmrete sporirea capacitii de nmagazinare a apei n straturile subarabile i mbuntirea permeabilitii acestor straturi, astfel nct, n perioadele de exces, apa n surplus de lasuprafaaterenului senmagazineaznsubsolul mobilizat, pentruaputeafi folosit de plante n perioadele de secet. n cazul n care apare totui un excedent de ap n zona rdcinilor plantelor, aceast ap se evacueaz printr-un sistem de drenaj, executat la baza stratului mobilizat.3.2.2.2 Drenajul de subsuprafancazuldrenajului desubsuprafametodele utilizate sunt drenajul crti i drenajul crti plus afnarea adnc.Pentru stabilirea oportunitii aplicrii drenajului crti se vor efectua studii pedologiceprivindtexturasolului, conductivitateahidraulic(Ksol)determinatn laborator sausitu, indicele de stabilitate al drenurilor crti (Idc), indicele de plasticitate Ip=Wl- Wp > 22, indicele microstructural R < 0,3. Pentru solurile grele k < 0,25 m/zi soluia de amenajare cuprinde i drenajul crti pentru care se vor avea n vedere urmtoarele criterii de aplicare:soluri cu textura fina i proprieti de plasticitate: coninut de argil > 40%; coninut de nisip 0Daca t >0.2, termenul al doileaprecumsi ceilalti termeni ai ecuatiei precedente auvalorifoartemici sipot fineglijati. In aceastasituatieecuatiase reduce la:t 0t 0 te h 27 , 1 e h4h (46)In situatiaincare,nivelulfreatic initial nuareoformaorizontalaci una conforma unei parabole de gradul patru, ecuatia de mai sus devine:t 0 te h 16 , 1 h (47)Inlocuind ecuatia (44) in ecuatia precedenta gasim expresia distantei intre drenuri:21t021hh16 , 1 lnKdt L

,_

,_

(48), cunoscuta ca si ecuatia Glover-Dumm.Debitul scurs la timpul t, exprimat pe unitatea de suprafata, poate fi calculat utilizand Legea lui Darcy:0 xttdxdhLKd 2q1]1

(49)unde: qt = debitul descarcat pe unitatea de suprafata la t>70 Prin diferentierea ecuatiei (43) in raport cu x, neglijand toti termenii n>1, facand inlocuirea x=0 si combinand cu ecuatia (46) rezulta:t 02te hLKd 8q(50)Inlocuind ecuatia (49) obtinem: t2thLKd 2q (51)Aceasta ecuatie este similara cu ecuatia Hooghoudt descriind scurgerea sub nivelul drenurilor, exceptand factorul 8 care este inlocuit cu. 2 Pentru o parabola degradul 4, 2 devine6,89. Sepoateobservafaptul cadebitul descarcat din drenuri, qt, depinde direct de adancimea nivelului freatic, ht. Aceste inlocuiri devin importante cand se analizeaza date din campuri experimentale. Ecuatia originala a lui Glover-Dumm se bazeaza doar pe scurgerea orizontala si nu ia in considerare rezistenta radiala a scurgerii catre drenuri care nu atinge nivelul impermeabil. Prin similaritate cu abordarea regimului permanent, in orice caz in introducerea conceptului Hooghoudt privind adancimea echivalenta d, se ia in calcul si rezistenta cauzata de scurgerea convergenta catre drenuri.161Ecuatia De Zeeuw-Hellinga [32, 102, 129, 130, 131]Pentrureprezentareadescarcarii drenurilor peuninterval detimpcuo distributie neuniforma a reincarcarii, perioada de timp este impartita in intervale de lungime egala. De Zeeuw si Hellinga au descoperit ca, daca reincarcarea R in fiecare perioada de timp este presupusa a fi constanta, schimbarile in descarcarea drenurilor sunt proportionale cu reincarcarea in exces (R-q), proportionalitatea constanta fiind factorul de reactie .) q R ( dtdq (52)Integrand intre limitele t = t: q = qt si t = t 1: q = qt-1 obtinem:

,_

+ t t 1 t te 1 R e q q (53)unde: ) 1 t ( t t intervalul detimpincarereincarcareasepresupuneafi constantaSe poate simula adancimea nivelului freatic prin introducerea ecuatiei simplificate Hooghoudt care neglijeaza scurgerea deasupra nivelului drenurilor:hLKd 8q2(54)Tinand cont de cele prezentate la ecuatia Glover-Dumm, putemface inlocuirea 2LKdcu 2iar ecuatia precedenta devine:h 8 , 0 h 8hLKd 8q2 2 (55)Inlocuind ecuatia de mai sus in:

,_

+ t t 1 t te 1 R e q q (56)obtinem:

,_

+ t t 1 t te 1 8 , 0 Re h h (57)Putem folosi ecuatiile

,_

+ t t 1 t te 1 R e q q si

,_

+ t t 1 t te 1 8 , 0 Re h h pentru a simula descarcarea drenurilor si fluctuatiile nivelului freatic pe baza unei distributii critice a intensitatii precipitatiilor obtinute din date din arhive. Discutii asupra ecuatiilor regimului nepermanent [32, 102, 129, 130, 131]La oprima vedere abordarea acestor ecuatii ofera avantaje majore in comparatie cu regimul permanent dar varietatea de presupuneriutilizate restrang aria de folosire a acestor ecuatii. In primul rand, atat ecuatia ecuatia Glover-Dumm cat si ecuatiaDeZeeuw-Hellingapotfi aplicatedoarincazul solurilorcuprofile omogene. In al doilea rand, scurgerea in regiunea de deasupra drenurilor nu este luata in considerare. Cand adancimea nivelului freatic deasupra nivelului drenurilor 162(h) este mare in comparatie cu adancimea pana la nivelul impermeabil (D), o eroare poatefi introdusaincalcule. Ceamai marerestrictieinsaestereprezentatade introducerea porozitatii drenabile in calcule. Exceptand faptul ca aceasta proprietate asolului estedificil demasurat, aceastavariazaspatial. Introducandovaloare constanta pentru porozitatea drenabila putem ajunge la erori considerabile. Ca si o consecinta, ecuatiile regimului nepermanent sunt foarte rar si foarte greu de utilizat in proiectarea sistemului de drenaj subteran. Acestea se folosesc doar in combinatie cu ecuatiile regimului permanent. Cu toate acestea, ecuatiile regimului nepermanent sunt instrumente utile in studiul variatiei in timp a unor parametrii precum cresterea nivelului freatic, descarcarea drenurilor ca rezult al irigatiilor sau precipitatiilor.Comparatii intre ecuatiile regimului permanent si ecuatiile regimului nepermanent [102]Folosirea unor anume ecuatii pentru calculul distantei intre drenuri depinde in special de disponibilitatea datelor necesare. Tabelul urmator sintetizeaza parametrii necesari pentru cele doua abordari.Tabelul 3.1Comparatii intreecuatiileregimului permanent si ecuatiileregimului nepermanent [102]Ecuatiile regimului permanentEcuatiile regimului nepermanentDate despre sol- descrierea profilului Da Da- conductivitatea hidraulica Da Da- porozitatea drenabila Nu DaCriterii agricole- raportul q/h Da Nu- raportul h0/ht Nu DaCriterii tehnice:- adancimea drenurilor, diametrul tuburilor de drenDa DaPentru aplicarea ecuatiilor este necesar sa simplificam profilulde sol. S-a mentionat dejacaecuatiileregimului nepermanent pot fi aplicatedoar incazul solurilor cu profilomogen; pentru un profilcu maimulte straturitrebuie utilizate ecuatiile regimului permanent. In ambele cazuri insa trebuie cunoscuta conductivitatea hidraulica, care este considerata a fi constanta pentru fiecare strat al profilului. Deoareceestemai dificil demasurat porozitateadrenabila(necesara regimului nepermanent) decat conductivitatea hidraulica, aplicarea ecuatiilor regimului nepermanent este limitata.In abordarea regimului nepermanent, criteriul agricol se bazeaza pe raportul scaderii nivelului freatic h0/ht in locul unui raport nivel freatic descarcare q/h ca in cazul regimului permanent. Criteriile agricole se bazeaza in general pe relatii care iau in considerare doar adancimea respectiv variatiile adancimii nivelului freatic. Iata deci cadesi pedeoparteabordarearegimului permanent necesitaputinedate despresol, pedealtapartecriteriileagricoleiauinconsideraredestul dedes variatiile adancimii nivelului freatic. Din fericire este posibil sa combinam cele doua abordari deoarece criteriile corespondente pot fi transformate reciproc.Considerand ecuatia Hooghoudt si presupunand doar scurgerea de sub nivelul drenurilor:1632LKdh 8q (58)In ecuatiile regimului nepermanent, criteriile de proiectare sunt exprimate in factorul de reactie: 22L Kd (59)Combinand cele doua ecuatii si eliminand pe L obtinem: 8qh2 (60)Cu ajutorul ultimei ecuatii este posibil sa stabilimcriteriile regimului nepermanent(scoborareanecesaraanivelului freaticintr-oanumitaperioadade timp) pentru cercetari la scara pilot. Aceste criterii pot fi apoi convertite in criterii ale regimului permanent, care pot fi aplicare la scara de proiect. Astfel nu mai apare necesitatea masurariiporozitatiidrenabile pentru aplicarea la scara de proiect, in practica fiind aproape imposibil de realizat.3.2.2.3.2 Drenajul ncruciatPentrusolurile cu permeabilitate mic(K < 0,3 m/zi) proiectarease face utiliznd nomogramele din literatura de specialitate. [8,9]3.2.2.3.3 Drenajul vertical [8,9]Se realizeaz cu fntni sau foraje de pompare. Fntnile de pompare pot fifolositenunumai pentruobinereaapei potabileindustriale(ex. zonaBraov)i pentru irigaii ci i pentru coborrea nivelului apei freaticen timpul pomprii, nivelul apei n fntn scade i n jurul ei se realizeaz un gradient hidraulic i un curent radial. Pentru demonstrarea unor relaii de calcul se va utiliza relaia lui Darcy i ecuaia de continuitate, pentrucele 4cazuri caracteristice ntlnite n practic:A. fntn n strat acvifer liber, nelimitat i regim permanent / nepermanentB. fntn n strat acvifer sub presiune semilimitat, regimpermanent / nepermanentRelaia de calcul a scoborrii de nivel n fntn (S) n regim permanent:S = ierrlnKD 2 Q(61)S- scoborarea in fantana, Q debitul care se pompeaza, KD transmisivitatea hidraulica, re raza de influenta a fantanii, ri raza interioara a fantanii.Pentru regimul nepermanent soluii de rezolvare a ecuaiei difereniale pentru diferite fntni au fost date de: Edelman, Theiss, Jahnke i Emde, DeGlee, Hantush, Jacob, Konseman, De Ridder.3.2.2.3.4 Drenajul controlat (controlul nivelului freatic) Controlul nivelului freatic [1, 102, 129, 130, 131]Controlul nivelului freaticseinstaleazpentruambunti condiiiledin profilul de sol n vederea creterii plantelor, a mbuntiri calitii apei, regularizarea i managementul apelor pentru irigaii i drenaje, mbuntirea eficienei apelor din precipitaii, reducerea necesarului de ap pentru irigaii, reducereascurgerilor deapdulcectrezonelecusalinitatemare, etc.Termenii urmtori descriu diferite aspecte ale unui sistem de control al nivelului freatic: Drenajul controlatregularizareanivelului freatic prin mijloace de pompare, stvilare, drenuri de control sau combinaii ale acestora pentru 164meninereanivelului freaticlaoadncimecorespunztoarefavorabildezvoltrii culturilor;SubirigaiaAplicareaapei dinirigaii subnivelul solului princreterea nivelului freatic n zona stratului radicular;Drenajul desubsuprafandeprtareaexcesului deapdinterenuri prin micarea fluidelor prin sol (pe sub nivelul terenului) ctre canale deschise sau drenuri de transport a apei;Desecareandeprtarea excesului de ap de suprafa prin mbuntirea pantei terenului n vederea scurgerii gravitaionale respectiv prin canale de desecare;Controlul nivelului freaticndeprtarea apei n exces (de suprafa sau de adncime) prin drenaj controlat, existnd posibilitatea de a regulariza adncimea nivelului freatic n cadrul parametrilor necesari pentru irigaii;Managementul nivelului freaticOperaiuneadedirijareaapelor i a structurilor de control a apelor astfel nct nivelul freatic poate fi cobort sub zona rdcinilor pe durata perioadelor umede(drenaj), poate fimeninut la o anumit adncime (drenaj controlat), respectivnivelul freatic poate fi ridicat pedurata perioadelor secetoase (subirigaie) (fig. 3.9), astfel nivelul freatic avnd o adncime variabil ntre valorile maxim respectiv minim admise ivaloarea doritde ctre beneficiari. Cel mai bun management al nivelului freatic poate fi cu ajutorul sistemului de control al nivelului freatic acolo unde necesitile plantelor i condiiile de calitate a apelor pot fi obinute n orice sezon. [1, 102, 129]Fig. 3.9 Managementul nivelului freatic [129]165Urmtoarele condiii sunt necesare pentru stabilirea unui control al nivelului freatic. Un proces de planificare a unuiasemenea sistem de controlpoate ncepe dac terenul pe care se dorete instalarea lui ntrunete urmtoarele condiii: Exist un nivel freatic natural ridicat sau acesta poate fi indus; Topografia terenului este n general uniform, cu pante mici;Condiiiledinprofilul solului permit meninereaunui anumit nivel freatic fr pierderi mari de ap Adncimea profilului de sol i permeabilitatea acestuia permit funcionarea efectiv a sistemului; Locul dispunde de o evacuarea adecvat a drenajului sau aceasta poate fi furnizat; Este disponibil o surs adecvat de ap; Condiiile saline sau sodice ale solului pot fi meninute la un nivel acceptabil pentru producia culturilor din asolament;Chimismul apei solului estepotrivit astfel c, dacvafi instalatunsistemde drenaj de sub-suprafa, oxizii de fier nu vor deveni o problem pe termen lung;(a) Condiiile soluluiSolurile din zona unde se dorete instalarea sistemului de control trebuie s fieanalizate pentru a se determina dac ndeplinesccondiiilenecesare.Oparte criticaprocesului deplanificareoconstituieevaluareapotenialului capacitii zonei de a suporta un nivel freatic natural ridicat sau care poate fi indus.(1) Nivel freatic ridicat natural sezonierPrezena unui nivel freatic ridicat, natural, sezonier, lng suprafaa solului indicpotenialul demeninereanivelului freaticlaoadncimepotrivitpentru subirigaie pe durata perioadelor secetoase. Aceleai proprieti ale solului i condiii alezonei careinduc solului posibilitateadeaprezentaunnivel freatic ridicat, natural, sezonier, aproape de suprafaa solului, pot induce i posibilitatea meninerii unui nivel freatic ridicat pe durata perioadelor secetoase.Unde un nivel freatic sezonier ridicat este n mod natural la mai mult de 75 cm sub suprafaa solului, solul este bine drenat. Infiltraia excesiv face mai dificil meninereaunui nivel freatic napropiereastratului radicular pentruaasigura necesitileculturilor.Considernd poziia acestortipuride soluri, instalarea unui control al nivelului freatic este n general nerecomandat. Apariia unui nivel freatic ridicat, sezonier, poate fi determinat prin interpretarea schimbrilor de culoare a solurilor cauzate de procesele de reducere/ oxidare a fierului i manganului. Aceste caracteristici redoximorficepotapreasubformaunorpunctegri nconjuratede culorile galben sau ro u. Apar n zonele n care solul rmne saturat pentru perioade lungi de timp. Pe msur ce solul este tot mai slab drenat, caracteristicile men ionatedevintot mai proeminentei nceledinurmntregprofilul desol prime te o culoare gri. Infiltra iareprezintoproblemntoatecazurilencareseproiecteaz subiriga ia dar pe msur ce adncimea pn la un nivelfreatic naturalsezonier ridicat cre te,i problema infiltra iei devine mai important. Cantitatea de infiltra ii lateralei din adncime trebuie calculate pentru proiectare pentru a se asigura c pierderile prin infiltra ii nu sunt prohibitive.(2) Nivel freatic sezonier sczutAdncimeapnlaunnivelfreatic sezonier sczutdevine oproblem n multe bazine care sunt excesiv drenate.Drenajul excesiv devine o problem pentru subiriga ie. Nivelulfreatic utilizat pentru subiriga ie trebuie s fie ridicat artificial. Infiltra iile excesive pot deveni o problem unde terenul n cauz este nconjurat de 166canale de drenaj adnci sau n zonele care au soluri cu nivel freatic sezonier sczut, la mare adncime. Fig. 3.10 Controlul nivelului freatic [129]Fig. 3.11 Controlul nivelului freatic. Drenaj controlat [129]Adncimeapnlanivel freaticartificial sezonier sczut trebuieluatn considerare pe durata procesului de proiectare. Adncimea poate fi msurat utiliznd foraje de observa ie pe durata sezoanelor uscate sau poate fi aproximat utiliznd adncimile de ap din canalele de desecare adiacente zonei. 167(3) Profilul de solPermeabilitatea fiecrui orizont de sol din cadrul unui profil trebuie considerat la evaluarea unui teren n vederea aplicrii controlului nivelului freatic. n unele cazuri aceste orizonturi pot nregistra varia ii semnificative privind permeabilitatea. Loca iaigrosimea acestor orizonturidin cadrulprofilului de sol influen eaz graduln care terenulrespectiv este potrivit sau nu pentru controlul nivelului freatic.(4) Permeabilitatea soluluiDisponibilitatea oricrui cmp pentru controlul nivelului freatic este puternic influeat de permeabilitatea solului. Pe msur ce permeabilitatea devine mai mic, costul pentru instalarea unui sistem de control al nivelului freatic crete. O analiz economic riguroas este necesar pentrua se putea justifica instalarea unui asemenea sistem. O permeabilitate de minim 0,015 m/h este recomandat pentru proiectare. Unde solulare o permeabilitate maimic de aceast valoare, factorul economic poate deveni cel mai restrictiv. Controlul nivelului freatic poate fi economic daccelelalte costurisuntsczute,n specialcele legate de alimentarea cu ap. Conductivitatea hidraulic este cel mai important factor care influeneaz proiectarea controlului nivelului freatic. Valorile conductivitii hidraulice trebuie msurate n cmp pentru proiectul final.(5) Stratul impermeabilSolurile trebuiesaibunstrat impermeabil laoadncime rezonabil pentru a preveni infiltraiile excesive pe vertical, pierderile n adncime, n cazul n care se ia n considerare instalarea unuisistem de controlalniveluluifreatic. Un strat impermeabil sauunnivel freatic permanent estenecesar sseaflelao adncime ntre 3 i 7,5 mde suprafaa solului. Deasemenea trebuie s se stabileasc dac un strat impermeabildin cadrulprofiluluide solva fiales ca i barierpentrususinereanivelului freatic. Conductivitateahidraulicaacestui strattrebuiemsuratsauestimatdin textura lui. Adncimeapnla unnivel freatic permanent trebuie determinat dac acestaeste ales ca ibarier. Pot fi utilizate forajele de observaie sau pot fi utilizate estimri pe baza adncimilor din canalele cele mai adnci.(b) Condiiile de cmp(1) Descrcrile drenajelorDrenajuleste primulfactor caretrebuie luat n considerarea la evaluarea potenialului unui cmp pentru controlul nivelului freatic. O descrcare a drenajului trebuie s fie disponibil i care s dispun de o capacitate suficient de mare pentru apa provenit din desecare respectiv drenajulde adncime. Descrcarea poate fi gravitaional sau prin pompare dar trebuie s existe nainte de instalarea componentelor sistemului de control a nivelului freatic.(2) Existena sistemului de drenajMajoritatea suprafeelor luate n considerare pentru controlul nivelului freatic dispun de sisteme de desecare sau de sisteme de drenaj dar care opereaz ca i sisteme necontrolate sau libere. Totui, dac nivelurile apei sunt controlate aceste sisteme se pot dovedi inadecvate. Cnd un proprietar de terenuri plnuiete stabilirea unui control al nivelului freatic, trebuie evaluat ct de bine va funciona sistemul de drenaj existent sub un management diferit.(3) Sursele de apO surs de ap adecvat, de ncredere, trebuie s fie disponibil n cazul sistemelor de subirigaii. Locaia, cantitatea i calitatea surseide ap sunt factori cheie care trebuie luai n considerare. Cantitatea de ap necesar pentru un sistem 168desubirigaievariazfunciedevreme(clim), cultur, management i norma infiltraiilor verticale i laterale.Costurile surseide ap pot fi factorireprezentativi. O evaluare economic este recomandat pentru asigurarea c subirigaia presupune costuri fezabile. Calitatea apei trebuie evaluat pentru determinarea convenabilitii referitor la cultura ce se dorete a fi utilizat nainte ca subirigaia s fie instalat.(4) Consideraii privind panteleSolurile care pot suporta instalarea unui control al nivelului freatic prezint o topografiecarerar expunpanteabruptesuficientepentruanupermitefizicun management conformal nivelului freatic. nunelecazuri acestesoluri prezint panteconsiderateexcesive. Pemsurcepantelecresc, sunt necesaretot mai multe structuri de control ceea ce duce i la o cretere a solurilor.Aadar, factorul limitativ referitor la pante este mai economic dect condiiile fizice legate de pante. Panta maximcarepoatefiadmislainstalareacontrolului nivelului freaticeste specific la cmpul n cauz. Solurile capabile s suporte un control al nivelului freatic au pante care rar depesc 2%. Sunt necesare adoptarea unor considerente suplimentare dac panta crete, n mod normal crescnd i pierderile prin infiltraie, costurile de instalarea, eroziunea solului putnd deveni o problem. (5) Topografia terenului i consideraii privind nivelareaPrin asigurarea unei nivelri i modelri a terenului adecvate pentru desecare, se asigur i condiiile pentru controlul nivelului freatic. Costurile acestor procese i efectele asupra productivitii solului sunt factori limitativi. Relieful unui cmp luat nconsiderare pentru controlul nivelului freatic reprezint un factor important. Aria desemnat pentru subirigaie trebuie s dispun de un sistem de desecare adecvat i simultan s furnizeze o pant care permite o umezire uniform a solului pentru culturi. Un alt factor important este reprezentat de uniformitatea pantelor. Dac subirigaia este folosit la uniformizarea umiditii solului, pe aria luat n considerare nu trebuie s apar ruperi de pant sau diferene mari de nivel.Culturile cu rdcini mici nu tolereaz variaii mai mari de 15 cmla diferenele de nivelale soluluipe o arie care este asigurat de acelaisistem de irigaii dac se dorete o producie optima. Culturile care au un sistem radicular mai adnc pot tolera variaii mai mari. Variaiile nivelului freatic care depesc 30 cm de la suprafaa soluluipe o arie cuun managementunicpot rezultan pierderiale productivitii culturilor. Acestea depind de climat, cultur i ndeprtarea la suprafa a scurgerilor. Culturileperenei potadaptasistemul radicular darfluctuaiilenivelului freatic trebuie s fie pe perioade scurte de timp ca s fie tolerate de ctre plante fr pierderi n producie.Productivitateasolului poateaduceobstrucii lapretabilitateaunui cmp pentru controlul nivelului freatic atunci cnd se practic lucrri de nivelare i modelare. Cmpul poate fi restricionat de adncimea solului care poate fi ndeprtat pentru mbuntirea desecrii i a subirigaiei. Experiene n cmp au demonstrat cunelesoluri auprezentat ocapacitatediminuatdeaprezenta productiviti bogate dupce ausuferit ndeprtri masive dinprofilul desol. Majoritatea solurilor i-au revenit dup un an la capacitatea maxim de producie. (c) Alimentarea cu apUn factor important de luat n considerare n controlul nivelului freatic este alimentarea cu ap. Apropierea drenurilor pentru subirigaie aduce un benefit sczut n lipsa unei surse de ap adecvate. Controlul debitului din drenaj poate fi benefic 169chiar dac apa de irigaiinu este disponibil.Cantitatea de ap necesar pentru subirigaiei beneficiul provenit dindrenajul controlat sausubirigaiedepindde cultur, sol i condiiile meteo locale. O determinare a creterii optime a nivelului freatic este necesar la proiectarea i managementul sistemului de control al nivelului freatic. Civa factori influeneaz acest nivel optim. Adncimea efectiv a rdcinilor este unui dinaceti factori. Acesta trebuie considerat mpreun cu capacitatea soluluide a dirija apa pe vertical ctre zona rdcinilor din nivelului freatic. Deoarece solul opune o anumit rezisten la micarea apei, nivelul freatic nuvafi perfect orizontal ntredrenuri saucanale. Peduratadrenajului, nivelul freatic este mai mare ntre drenuri iar pe durata subirigaiei se produce reversul. Ca i rezultat, ratatolerabildescderepetimpul drenajului i variaiadintimpul subirigaiei devin factori importani care trebuie luai n considerare. (1) Determinarea scderii necesare a nivelului freaticCoeficienii de drenaj sunt utilizai n determinarea capacitii unui sistem de drenaj. Coeficientul de drenaj este acea norm a ndeprtrii apei pentru a obine protecia dorit a culturilor prin desecare sau drenaj. Pentru drenaj, coeficientul se exprim n mod uzual ca adncimea de ap care trebuie ndeprtat n 24 de ore. Pentrudesecare, coeficientul sepoateexprimacavaloareavolumului scurs pe unitate de suprafa. Coeficienii de drenaj se bazeaz pe valoareainfiltraiei, contribuielascurgereasubteran, i pefrecvenai adncimeaprecipitaiilori irigaiei. Pentrusistemelededrenaj complexe(desecarei drenaj deadncime) capacitatea unui asemenea sistem se bazeaz pe coeficienii de drenaj de ambele tipuri. Porozitatea drenabil este o proprietate a solului definit ca volumul de ap din sol drenat asociat cu o schimbare specific a adncimii nivelului freatic. Dac relaia volumului de ap drenat cu adncimea nivelului freatic este reprezentat, porozitatea drenabil reprezint panta curbei rezultate. Pentru majoritatea solurilor agricole, ndeprtarea a 1,2 cm de ap va cauza unui nivel freatic ridicat o scdere de aproximativ 30 cm. (2) Scderea admis pe durata subirigaieiValoarecurbei nivelului freatic admisecarepoatefi toleratlamijlocul distanei ntre drenuri sau canale i care s poat furniza necesarul de ap pentru asigurarea evapotranspiraiei depinde de abilitatea solului de a transmite apa de la nivelul freatic ctre zona rdcinilor, tipulde cultur imaturitatea ei ivaloarea evapotranspiraiei poteniale. Maximulvaloriicurbeiniveluluifreaticcarepoatefi tolerat pe durata subirigaieieste determinat de ridicarea maxim admis n canal sau imediat deasupra drenurilor comparativ cu maximuladncimiitolerabile ntre drenuri sau canale (fig. 3.12). 170Fig. 3.12 Scaderea de nivel admisa pe durata subirigatiei [129]n general, nivelul freatic nu trebuie meninut n zona efectic a rdcinilor culturilor care sunt irigate. Multe plante au zona efectiv a rdcinilor cuprins ntre 30 i 45 cm sub suprafaa solului. Ca i concluzie, pentru aceste culturimaximul nivelului freatictrebuiemeninut ntre45i 60cmsubsuprafaasolului. Unele legumeprezintozonefectivardcinilor mai mic, depnla30cmsub suprafaa solului. Trebuie acordat o atenie deosebit i un management intensiv practicat acolo unde nivelul freatic trebuie meninut la mai puin de 45 de cm de suprafaa solului.Maximul permisal curbei dedepresiunentredrenuri i canalepoatefi estimat folosind relaia ntre umiditatea ascendent i adncimea nivelului freatic. (1) Distana ntre drenuriDistana ntre drenuri necesar pentru subirigaie n general este mai mic dect ncazul drenajelor. Recomandrile pentrudistanantre drenuri ncazul sistemelor de drenaj nu sunt adecvate pentru subirigaie.(2) Diametrul tuburilorTuburile utilizate n cazulsubirigaieisunt maimicidect cele utilizate la drenaje. Mrimea necesar a unui tub de drenaj pentru subirigaie este funcie de spaierei lungime. Capacitateaminimdetransport trebuiesfieegalcuun coeficient de drenaj de 0,01 m/zi. Dac este necesar un coeficient de drenaj mai amre, tuburile trebuie redimensionate. Deobicei, lungimea fiecrei linii de tuburi de drenaj este factorullimitativ care trebuie ajustat dac coeficientulde drenaj este depit n cazul n care nu este practic s se ajusteze spaierea drenurilor. [1, 102, 129]Drenajul controlat [1, 45, 77, 129]Obiectivul drenajului controlat estedeadirija nivelul freaticnterenurile agricoleprinreinereasaundeprtareaapei dinprofilul desol pentruaobine beneficii maxime cu ajutorul resurselor de ap disponibile i totodat de a mbunti calitatea apei drenate. Meninut la adncimi prestabilite pe durata sezonului de cretere, nivelul freatic poate alimenta umiditatea din zona rdcinilor prin capilaritate.Drenajul controlat areponialul deambunti eficienautilizrii apei, meninnd producii agricole chiar i n cazul lipsei de ap i de a asigura funcionareasistemelordedrenaj agricol astfel nctbeneficiilefermierilorsfie maxime.171Fig. 3.13 Drenajul controlat [45]Fig. 3.14 Drenaj controlat [45]Beneficiiledrenajului controlat sunt deosebit deimportante.nafarde principalul rol reprezentat de mbuntirea gradului de eficien n utilizarea apei pe terenurileculucrri dembuntiri funciare (irigaii,drenaje),drenajul controlat ofer i alte avantaje precum:- creteri ale produciilor agricole;- asigurcontrolul apei dinsol prinnormelededrenaj scurse astfel nct nivelele de nitrai i fosfai s fie meninute, iar fertilitatea solului nu este degradat datorit irigaiilor intense sau a precipitaiilor;- reduce pierderile de nutrieni n aval astfel minimiznd pericolul apariiei eutrofizrii i a riscului de poluare;- ajutlaconservareazonelor umedei aregiunilor curiscla secet i aridizare.Este derecomandat a se aplica acest tip de drenaj n zonele unde exist perioade cu deficit de ap cu limitri asupra produciei agricole sau unde aplicarea de udri prin irigaii presupune costuri ridicate. La nivel de bazinhidrografic, beneficiile sunt mai mari acolo unde cultura orezului face parte din rotaia culturilor ntr-o pondere ridicat i deasemenea unde apa reutilizat este de calitate slab.Drenajul controlat esteaplicabil nzonerelativeplaneundeformelede irigaie de suprafa sunt larg rspndite i drenajul artificial este asigurat (sau n stadiul de proiect). Amai fost elaborat unset de precondiii pentrudrenajul controlat acolo unde se intenioneaz aplicarea acestuia: asigurarea existenei unei 172zone relativ plane, alimentarea cu ap este sporadic i nesigur, existena marilor ferme sau a unor asociaii de fermieri care doresc s colaboreze indiferent de rotaia culturilor, drenajul controlat reducnd conflictele dintre acetia cauzate de tipul de management aplicat n utilizarea terenului agricol. Zoneleundeirigaiilei drenajesunt largrspnditeconstituiecelemai potrivite zone pentru aplicarea drenajului controlat. De asemenea, trebuie luate n considerare rile asupra crora s-au emis prognoze ce indic o reducere a resurselor deapi undedrenajul detipcontrolat poatembunti gradul de eficien al utilizrii apei.Drenajul controlat este o metod de integrare a managementului irigaiilor i drenajului. Implic reducerea normei de drenaj pentru a aaduce la maxim utilizarea apei de ctre culturi, ap administrat prin irigaii sau precipitaii. n acelai timp drenajul controlat previne excesul de umiditate i acumularea srurilor n profilul de sol.Apa este salvat i va fi disponibil ulterior pentru diferii utilizatori fr o scderesubstanialacalitii acesteiacarepoateapreacaurmareatrecerii printr-un sistem de drenaj nainte de reutilizare.Prin ridicarea nivelului freatic dup plantare, apa i nutrienii vor fi pstrate la dispoziia culturilor pentru sezonul de cretere evitnd n acest fel descrcarea lor n corpurile de ap. Cercetrile realizate n Canada arat c ptin utilizarea sistemelor dedrenaj controlat, normadedrenaj dinsistemeasczut cu50%ntimpce reducerea la pierderile de nutrieni ctre corpurile de ap a fost de 38%n comparaie cu un sistem clasic de drenaj. De asemenea, producia pe terenurile care au beneficiat de sisteme de drenaj controlat a cunoscut creteri importante. Formularea problemei drenajului controlat este prezentata schematic in figura urmatoare. Aceasta este o variatie a formulei Hooghoudt pentru proiectarea drenajului, intr-o forma modificata propusa initial de Fox in 1956 si corectata in cele dinurmalaformaactualadeErnst in1975. MetodautilizeazaipotezaDupuit-Forcheimer a scurgerii orizontale, Skaggs aratand in 1975 ca aceasta este adecvata pentru modelarea scurgerii in cazul subirigatiei (fig. 3.15).Inaplicareaacestei abordari, se presupunecascurgereaverticalaeste constransadeobarierarestrictivaininteriorul careiaconductivitateahidraulica verticala saturata este maimica de 0,1 decat cea a soluluide deasupra barierei. Barieraestedefapt unstrat impermeabil si sefolosesteinsensul restrictival conductivitatii hidraulice saturate.Fig. 3.15 Calculul distantei intre drenuri pentru drenajul controlat [129]173( )qm h 2 K 4S0 ecd+ (62)0 e 0y d h + (63)Scd = distanta intre drenuri necesara pentru drenajul controlatKe = conductivitatea hidraulica echivalentam = distanta de la nivelul liniei drenurilor la nivelul freatic masurata la jumatatea distantei intre drenurid = distanta de la fundul drenurilor la stratul impermeabilq = debitul specific de desecare-drenajde = distanta echivalenta de la fundul drenurilor la stratul impermeabil unde:1]1

+4 . 3rdln8Sd1dde cde(64)reesterazaefectiva, consideratamai micadecat razatubului dedren, luatain considerare pentru rezistenta la intrare, datorita unui numar finit de deschideri din tubul de dren. Skaggs a calculat valorile pentru re si le-a prezentat tabelar.Adaptand formula calculului distantei intre drenuri pentru drenajul controlat la terminologia utilizata in tara noastra obtinem urmatoarea expresie:q)2dh d 2 ( K 4Ldrene2+ +(65)Ecuatia se poate rezolva prin incercari utilizand tabelul cu valorile stratului echivalent calculate de Hooghoudt [129].Unul dintrestandardeleamericaneindomeniul drenajelor(EP479, ASAE 1990) sugereaza utilizarea unor softuri de modelare in locul selectarii unor adancimi si distante intre drenuri in cazul proiectarii unui sistem de drenaj controlat. Metoda decalcul adistantei intredrenuri pentruunsistemdedrenaj controlat implica formule matematice utilizate in programul DRAINMOD.Pentrucalculul distantei intre drenuri, invederea realizarii unui sistem controlat, standardul EP 479 propune urmatoarea formula de calcul:ETDM2M K 4 h LL 02(66)Notatiile au urmatoarele semnificatii:L distanta intre drenuri;KL conductivitatea hidraulica orizontala efectiva;Mdiferentanivelului apei dintrenivelul apei masurat deasupradrenurilor si la mijlocul distantei intre drenuri;e 0 0d y h + - distanta de la nivelul apei deasupra drenurilor si stratul echivalent impermeabil;y0 adancimea de la nivelul apei de deasupra drenului la centru drenului;de adancimea de la centrul drenului la stratul echivalent impermeabil;D adancimea de la nivelul apei deasupra drenului la stratul impermeabil;ET evapotranspiratia.174Fig. 3.16 Schema de calcul a distantei intre drenuri in regim controlat conform EP 479/ ASAE [116]Fig. 3.17 Diagrama cu relatia intre adancimea echivalenta si adancimea de la linia drenurilor la stratul impermeabil pentru calculul distantei intre drenuri in regim controlat [116]Proiectarea structurilor pentru controlul apei [129]Regulatoarelededebit, celemai popularestructuri pentrucontrolul apei, pentrucanaleledeschise, sunt deseori utilizatepentrucontrolul nivelurilor apei, 175standurile cu aceste regulatoare fiind instalate in conducte in panta utilizate ca si guride dren. Pentru a mentine un nivelfreatic uniform, standurile deschise sunt instalate in linie pentru a controla variatiile nivelurilor apei unde caderile la gurile de drenaj depasesc 0,15 m.Deseori drenajul subteran se descarca direct incanale. Acestea vor fi utilizate ca si colectoare de apa pentru irigatii dar si ca locuri de deversare pentru drenaje. Daca se doreste ca subirigatia sa fie eficienta, canalele trebuie controlate pentruapreveni pierderileprinscurgeri/ infiltratii. Regulatoarelededebit s-au dovedit structuri necesare pentru controlul apei in aceste sisteme. Factorii caretrebuieluati inconsiderarelaproiectareaunui regulator de debit (stavilar) sunt:- culturile influenteaza norma de drenaj si implicit modul de evacuare a excesului de apa;- elevatiazonelorjoaseinfluenteazanivelul maximal apei care poate fi tolerat pe durata capacitatii debitului;- elevatiazonelor inalteinfluenteazanivelul minimal apei care poate alimenta necesarul de umiditate pentru evapotranspiratie prin ridicarea capilara a apei;- interactiuneaintreintensitateamanagementului si proiectarea capacitatii influenteaza proiectarea. Capacitatea stavilarului poate fi scazuta daca intensitatea managementului creste. Metoda recomandata este de a dimensiona stavilarul astfel incat sa poate gestiona debitele din precipitatiile normale fara a indeparta regulatoarele de debit.Ecuatiile care guverneaza regulatoarele de debit cu stavilare pentru drenaj sunt:1. Debitul stavilarului:23CLH Q (67)unde: Q reprezinta capacitatea stavilarului in m3/s, L lungimea stavilarului [m], H inaltimea stavilarului masurata la un punct nu mai apropiat de 4H in amonte de stavilar, C = 3.1 coeficient pentru scurgerea in stavilar.2. Debitul orificiului:( )21gH 2 A 6 , 0 Q (68)unde: Q capacitatea orificiului [m3/s], A aria orificiului de deschidere [m2], g = 9,81m/s2, H pierderea hidraulica deasupra centrului orificiului [m]. 3. Debitul conductei. (se presupune gura inecata)( )21p eL K K 1gH 2A Q11]1

+ +(69)unde: Q capacitatea conductei [m3/s], A aria sectiunii transversale a conductei [m2], H pierderea hidraulica [m], g = 9,81 m/s2, Kp coeficientul pierderilor la frecare, Ke coeficientul pierderilor la intrare, L lungimea conductei [m].Pentrurezultatemai bune, laacestesistemededrenaj controlat pot fi adugate aa numitele bio-reactoare sau bio-filtre (Fig. 3.18). Aceste bio-filtre sunt structuri ngropate n teren i care interacioneaz cu apa din structurile de drenaj. Utilizndomixtur(exemplu:pietricupaie)careasiguroscurgerenregim permanent i totodat hran pentru bacterii anaerobe, aceste structuri reduc 176migraia nutrienilor ctre corpurile de ap. Eficiena lor a fost dovedit de cercettori din SUA i Canada. [30]Fig. 3.18 Drenaj controlat cu bio-filtru [30]Vorbim aici de reducerea eutrofizrii (prin controlul asupra debitelor scurse pentru a ne asigura c nivelul nitrailor i fosfailor sunt meninute n sol la un nivel optim i se evit scurgerea acestora ctre aval) cu ajutorul drenajului controlat, dar maisunt n acelaitimp ialte avantaje ale acestuitip de drenaj: mbuntirea produciei agricole, conservarea zonelor umede i a celor protejate, asigurarea unei rezerve de ap pentru perioadele secetoase. njudeul Timisunt multezoneunde, nultimii 40deani, excesul de umiditate a alternat cu perioadele secetoase. Lund n considerare aceast situaie i faptul c doar o mic poriune a acestui jude dispune de amenajri de irigaii n comparaie cusuprafaaocupatdeamenajrilededrenajepercumi cuaria afectat de fenomenele de secet i ariditate, putem nelege c drenajul controlat poate fi o soluie potrivit nu doar pentru evitarea eutrofizrii corpurilor de ap dar i camsureficientpentrucombatereaefectelor secetei, prinasigurareaunui nivel optim al umiditii solului care permite stimularea creterii plantelor. Se mai poate asigura ameliorarea solurilor aride, srturate i nisipoase precum i protecia mpotriva polurii. [44, 45, 102]3.2.2.3.5 Drenaje specialePe lng tipurile de drenaje menionate mai sus exist i alte categorii de drenaje numite drenaje speciale.1. Drenajul verticalde intercepie cu fntni autodeversante n canale cuefect drenantn zonele aprate, debitele de desecare provenite din infiltraia apei pe sub diguri, ncazul stratului acvifer subpresiune, semilimitat, pot fi interceptaten imediata apropiere a digului. Situaia se ntlnete n special la amenajrile hidroenergeticei denavigaienzoneledecmpie, undenlungul lacului de acumulare trebuie construite diguri pentru a apra de inundaii teritoriile agricole. O metod de micorare a debitului infiltrat pe sub diguri n teritoriile agricole aprate este drenajul de intercepie, cu fntni autodeversante n canale cu sau fr efect drenant. 2. Drenajul prin puuri absorbanten cazurile cnd terenul cu exces de umiditate prezint la o adncime relativ mic un strat impermeabil nu prea gros i sub acesta se gsete un strat permeabil format dinnisipgrosier, pietri, etc., destul degrospentruaputeanmagazina cantitimaride ap inivelulfreatic este la mare adncime, este indicat s se foloseasc acest din urm strat ca recipient pentru apele n exces care urmeaz a fi evacuate. Funcie de condiiile orografice i hidrogeologice ale unitii desecabile, puurile absorbante sunt de dou feluri, dup rolul i construcia lor:177- puuriabsorbante care ele nsele au rolul de a regla direct regimul apelor freatice, colectnd i evacund n stratul permeabil apele n exces;- puuriabsorbante care au rolul de a primiievacua n stratul permeabil apele colectate i transportate de o reea obinuit de drenaj.3 Drenajul vertical prin puuri de pompare i drenuri radiale / diagonale Pentru captarea apelor subterane libere i sub presiune se utilizeaz captri de mare capacitate fntni cudrenuri radiale care totodat realizeaz o coborre anivelului piezometric nstratul agricol superior, obinndnormade drenaj necesar. Funcie de condiiile hidrogeologice, de schemele constructive, de tehnologiiledeexecuie, laoasemeneafntncudrenuri radialeepot obine debite de 80 120 l/s. Tipul constructiv se alege funcie de tehnologiile posibile, executndu-se fntna de diametru mare (3 5 m), din beton armat, lansnd n cheson deschis cu betonare treptat, n funcie de spare i lansare. Odat ajuni la cota final se nfig drenurile radiale / diagonale cu filtru ntr-o conduct de protecie, care ulterior se extrage.[8, 9]4 Drenaje de ventilaie Drenajul de ventilare const din amplasarea n sol a unor iruri de drenuri formate fie din tuburi de ceramic, fie din galerii tip crti, la distana de 2 6 m i la adncimea de 40 70 cm.5 Drenuri pentru captarea izvoarelor Dacapeleunor izvoareascendenteservesc laalimentareaunor centre populate se iau msurispeciale de protecie, pentru a se prentmpina infectarea lor. n acest scop, dup ce a fost nlturat stratul de pmnt se acoper izvorul pn la roca din care iese acesta, se construiete o camer de captare de forma unui cheson deschis, cu fundul pn la ieirea izvorului.6. Drenajul zonelor artezieneIn zonele care sunt sub influenta scurgerii arteziene din acviferele permeabile, prezente sub nivelul drenurilor, drenurile in relief (interceptoare) sunt instalate in mod frecvent pentru a rezolva aceasta problema. Adancimea potrivita si distanta intre aceste drenuri sunt obtinute folosindformulele specifice. Trebuie acordata insa o atentie deosebita coeficientului de drenaj, aplicabil in cazul conditiilor arteziene. Inzonelenon-arteziene, coeficientul dedrenaj sebazeazapeestimarile asupra infiltratiilor din precipitatii si/sau a percolarilor din irigatii. In zonele arteziene apa subternana se deplaseaza pe verticala in zona radacinilor suplimentar fata de apa provenita din infiltratiile de la suprafata astfel ca apa ce trebuie indepartata din drenaj este in cantitate mai mare. Din aceste motive, coeficientii de drenaj aplicabili pentru zonele arteziene sunt intotdeauna mai mari decat cei aplicabili in zonele non-arteziene. Acest fapt cere de obiceidistante maimiciintre drenuripentru aceste zone.Ritmul in care apa subterana sub presiunea arteziana se muta pe verticala in zona radacinilor este functie de presiunea arteziana, adancimea acviferului artezian sub drenuri si permeabilitatea sedimentelor de subsuprafata prin care apa arteziana trebuie sa se scurga. Cunoscand aceste valori pentru o situatie data este posibil sa calculamnormascurgerii artezienesi sastabilimcoeficientul dedrenaj aplicabil acumularii cauzatedeconditiilearteziene. Acesta, candseadaugacoeficientului local de drenaj stabilit pentru acumularile din precipitatii si irigatii ofera coeficientul de drenaj aplicabil zonelor arteziene. Experientele au demonstrat ca acest coeficient are valori de 1,5 2 ori mai mari decat valorile normale ale coeficientilor de drenaj ai zonelor non-arteziene. 178Recunoscand faptul ca nu se dispune de o metoda precisa de calcul a valorii acumularilor din scurgerea arteziana, proiectarea sistemelor de drenaj trebuie sa fie conservatoare. Drenurile principale, laterale trebuie proiectate cu o anumita asigurare. Drenurilecolectoarelateralepot aveaoasiguraremai micaintrucat drenuri colectoare aditionale pot suplini un eventual deficit al capacitatii de evacuare. Aceasta abordare este deobicei cea mai practica si mai economica metoda in zonele unde cantitatea de apa subterana din scurgerea arteziana este greu de determinat. 7. Utilizarea de rigole deschise pentru drenurile in reliefRigoleledeschisepot fi utilizarepentrudrenajul desubsuprafatasi pot reprezentaosolutiepentruterenurileplatecupantafoartemica, oadancimea gurilor de scurgere nefavorabila, respectiv unde caracteristicile solului sau conditiile economicenufavorizeazautilizareadrenurilor ingropate. Santuriletrebuiesafie suficient deadanci pentrucaptarea apei dinstraturilepermeabile.Spatiiledintre aceste santuri variaza functie de permeabilitatea solurilor si cerintele culturilor. Din cauza adancimilor necesare impuse, aceste santuri dispun de o capacitate de transport suficient de mare pentru a putea transporta atat apa de suprafata cat si cea subterana. Avantajele utilizarii acestei metode sunt:- santurile deschise aucosturile initiale mai mici decat incazul utilizarii drenurilor ingropate;- inspectarea acestora este usor de realizat;- sunt aplicabile la soluri unde drenurile ingropate nu sunt recomandate;- pot fi utilizate pe soluri cu gradient foarte scazut, unde adancimile gurilor de scurgerenusunt adecvatepentruapermitescurgereagravitationaladin drenurile instalate la adancimea si panta cerute.Printredezavantajeputemmentionafaptul caacestesanturi necesitao mentenanta cu frecventa si costuri ridicate in comparatie cu drenurile ingropate.8. Drenurile interceptoareIn general, drenurile interceptoare sunt folosite in doua scopuri:- interceptarea infiltratiilor din canalele de irigatie vecine;- interceptarea apelor straine care se scurg de pe inaltimile adiacente.Primul tip de drenuri interceptoare sunt instalate deseori in zonele irigate, in modparalelsila mica distanta de canalele detransport a apei. Scurgerea catre aceste drenuri este similara cu scurgerea intre drenuri cu diferite niveluri ale apei. Daca presupunem ca nu este niciun felde aport suplimentar din precipitatii, se poatefolosi ecuatiaDupuit pentruacalculadebitul peunitatedelungime(fig. 3.19). Al doilea tip de drenuri interceptoare este prezentat in figura urmatoare:179Fig. 3.19 Drenuri interceptoare [102]Donnan a prezentat o solutie pentru acest tip de drenaj. El a presupus un strat de sol cu profil omogen deasupra unui strat impermeabil in panta. Fara drenuri interceptoare, panta niveluluifreatic va fiparalela cu panta stratuluiimpermeabil astfel incat cantitatea de apa scursa in aval va fi calculata cu ecuatia Darcy.KHs q (70)unde: q norma scurgerii pe unitate de latime;K conductivitatea hidraulica a primului strat;H inaltimea nivelului freatic deasupra stratului impermeabil inainte de instalarea drenurilor interceptoare;s panta stratului impermeabil.Daca drenul interceptor este realizat la baza pantei, la inaltimea h0 deasupra stratuluiimpermeabil, pantaniveluluifreatic in vecinatatea drenuluinu va maifi paralela cu stratul impermeabil dar se va curba catre dren. Utilizand un sistem de coordonate cainfiguraprecedenta, putempresupunecapantaeste aproximativ , / dx dh s + astfel scurgerea printr-o sectiune transversala la distanta x in amonte de dren va fi:

,_

+ dxdys Ky q(71)unde: y inaltimea nivelului freatic deasupra stratului impermeabil la distanta xdxdygradientul hidraulic in xDin cauza continuitatii, scurgerea cu sau fara drenuriinterceptoare trebuie sa fie egala, deci:

,_

+ dxdys Ky KHs(72)Integrand cu y=h0 la x=0 obtinem:( )1]1

00h yy Hh Hlog H 3 , 2s1x (73)180unde x este distanta in amonte fata de drenul interceptor (m).Ecuatiaprecedentapoatefi utilizatapentruacalculainaltimeanivelului freatic la orice distanta x in amonte de drenurile interceptoare. Teoretic, y = H este atinsa numai in cazul cand x .Drenurile interceptoare pot fiplanificate astfel: un singur rand de drenuri nesistematizat sausi serii de drenuri paralele. Se utilizeaza unde solurile si subsolurile sunt relativ permeabile siunde gradientulniveluluifreatic este relativ abrupt. Aceste drenuri abat sau deviaza partial scurgerea subterana in consecinta coborandnivelul freaticinzoneledesubsaudinavalul drenurilorinterceptoare. Adancimeacucarecoboaranivelul freaticsubdrenestedirect proportionalacu adancimea drenului; astfel este de preferat sa utilizam drenuri interceptoare pe cat de adanci posibil in corelatie cu alti factori.Efectul ascendent al drenurilor interceptoare variaza cu gradientul hidraulic, scazand pe masura ce gradientul creste. Efectul ascendent al drenurilor interceptoare este de obicei redus si ignorat.Teoretic, obunainterceptareadrenurilor coboaradescendentanivelului freatic de ladrenuri laoadancime egalacuadancimeadrenurilor si distanta descendentei la care este eficienta in coborarea nivelului freatic este infinita, dovedind ca pe acea zona nu se produc acumulari din apa subterana. In conditiile din camp, unde sunt infiltratii din precipitatii si percolatii din irigatii, intotdeauna vor fi acumulari de apa subterana. Distanta descendentei de la dren la care se pastreaza eficienta este guvernata de cantitatea acestor acumulari.In proiectarea drenurilor interceptoare este deobicei necesar sa se estimeze efectul descendent al drenurilor interceptoare pentru a determina daca sunt necesare unulsau maimulte drenuripentru coborarea niveluluifreatic. Problema este una dificila dar poate fi abordata prin utilizarea unor ecuatii empirice sau prin constructie progresiva.Ecuatia se bazeaza pe presupunerea ca drenul intercepteaza scurgerea ascendentapanalaadancimealui, iar distantadescendentei panalacareeste eficienta este dependenta de adancimea de drenaj necesara side acumularile de apa subterana din zona de sub drenuri. Referindu-ne la figura urmatoare, aceasta esteintinderea(distantaL)deladrenlapunctul mundedrenul numai este eficient. Un dren interceptor real este definit ca fiind acel dren in care intra toata apa din partea ascendenta. O interceptare reala apare cand gradientul hidraulic al nivelului freatic intact variaza intre 0,003 0,01 m/m sau mai mari. Ecuatia este: ( )2 w e eW d dqKiL + (74)Le distanta descendenta de la dren la punctul unde nivelul freatic este la adancimea dorita dupa drenajK conductivitatea hidraulica medie a profilului de sol pana la adancimea drenurilorq coeficientul de drenaji gradientul hidraulic al nivelului freatic inainte de drenajde adancimea eficienta a drenuluidw adancimea minima necesara a nivelului freatic dupa drenajW1 distanta de la suprafata la nivelul freatic (la dren)W2 distanta de la suprafata la nivelul freatic, inainte de drenaj, la distanta Lein aval de dren181Lesi W2sunt variabile interdependente. Pentrurezolvarea ecuatiei este necesar saseestimezevaloarealui W2si apoi sasecontinuecalculele. Daca valoarea reala a luiW2la distanta Leeste in mod semnificativ diferitadecat cea calculata initial, se impune o noua calculatie cu o noua estimare. In cazurile in care gradientul i este uniform pentru toata suprafata, W2 poate fi considerat egal cu W1.Fig. 3.20 Drenuri interceptoare [130]Unde se impune instalarea unor drenuri interceptoare multiple, este indicat ca aceste sisteme sa se realizez progresiv pentru a se evita incertitudinile legate de estimarea spatierilor. Se recomanda instalarea primuluidren interceptor pentru a proteja portiunea cea mai inalta urmand ca functie de performantele acestuia sa se instaleze ulterior si celelalte drenuri. Spatiile dintre ele pot fi usor determinate prin analizarea nivelurilor freatice de sub drenurile precedente. Facand referire la figura precedenta, al doilea dren se va instala la distanta Le sub primul dren. 3.2.2.4 Calculul tehnico-economic al distanei ntre drenuri [155]Proiectareahidraulicraionaladrenajelor impunecompletareaformulei clasice tip Ernst de calcul a drenajelor cu termenul adiional hif pierderea de sarcina la intrarea apei n tubul de dren cu material filtrant (fig. 3.21). Relaia general de calcul pentru un profil de sol stratificat este: 182Fig. 3.21 Schema de calcul a drenajelor n cazul unui profil de sol stratificat, n condiiile folosirii materialului filtrant [155]if101 e 121vK L qUD lnK L qT K 8L qKD qh ++ + (75)unde: 122 1 eKKD D T + (76)Valoarea( if)se calculeaz analitic curelaia determinat de I.David de forma general:+ + + + + + 1111]1

,_

,_

122A2A 121A1A ln 2 10d 2nbsin1ln if1111]1

,_

,_

+ + + + + + 122B2B 121B1B ln 2 1B 2sin1ln (77)unde: - pentru orificiile (liuri) practicate n lungul generatoarei i au expresiile: 0d2B 2 ; nB 2 (78)- pentru orificii (fante) practicate n lungul circumferinei avem:b n B 2 ; n2 (79)183b llbB BB2 nffd = 2rd = 2rool ll11Sect. 1-1Slituri longitudinaleSlituri transversalescurte si deseb ) a < nd Bo> 1 efect deosebit de favorabilCeh > 1 efect favorabilCeh = 1 fara efectCeh < 1 efect defavorabilIn urma analizei rezultatelor experimentale realizate asupra a 84 de variante dedrenuri respectivdrenuri cumaterial filtrant, testateinlaborator, pesolurile reprezentative pentru drenaj din judetul Timis (20 de variante pentru drenuri fara filtru respectiv 64 pentru complex tub de dren cu filtru) pot fi evidentiate urmatoarele concluzii:- doar 5 variante testate au valoarea coeficientului de eficienta hidraulica (Ceh) mai micadecat 1(deci cuefect defavorabil insolurilerespective),restul variantelor prezentand un efect favorabil sau deosebit de favorabil;- din punct de vedere al valorii Ceh variantele cu efectul cel mai favorabil sunt prezentate in tabelul urmator (tabelul 3.4):Tabelul 3.4Nr. crt.Tipul de sol Variante testate Coeficientul de permeabilitateCoeficient de eficienta hidraulica CehKf0 Kfc1 Aluvial, Margina Fara filtru DPE 80mm- - -2 Aluvial, Margina IFS (infas.)+balast DPE 80mm22 1,83 11,193 Aluvial, Margina Saci uzati din poliprop. (infas.) 80mm246,4 16,43 100,54 Aluvial, Faget Fara filtru D.P.E 80mm- - -5 Aluvial, Faget IFS(infas.) DPE 80mm150 18,52 52,166 Aluvial, Faget Filtex Sibiu (infas.)143 19,3 54,4202D.P.E 80mm7 Folea-Sipet-Cerna FarafiltruD.P.E. 80mm- - -8 Folea-Sipet-Cerna Saci uzati din poliprop. (infas.) D.P.E. 80mm246,3 21,15 151,19 Cernoziom gleizat salinizat LovrinFara filtru DPE 80mm- - -10 Cernoziom gleizat salinizat LovrinIFS(infas.)+nisip DPE 80mm22 2,12 10611 Cernoziom gleizat salinizat LovrinTerasin (infas.) DPE 80mm33,5 1,67 85,512 Lacoviste verticala SacalazFara filtru, DPE 80mm- - -13 Lacoviste verticala SacalazFiltex (infas.) DPE 80mm143 6,52 1214 Lacoviste cambica Otelec Ionel Fara filtru, DPE 80mm- - -15 Lacoviste cambica Otelec Ionel Deseuri textile (1 kg/m)+nisipSag, DPE 80mm25,84 0,969 13,8416 Lacoviste cambica Otelec Ionel Deseuri textile (2 kg/m) + nisip Giulvaz, DPE 80mm13,73 0,536 7,64517 Aluvial, Timisoara, P.I.F.Fara filtru DPE 110mm- - -18 Aluvial, Timisoara, P.I.F.I.F.S. (infas.) DPE DPE 110mm120 25,75 42,9219 Aluvial, Timisoara, P.I.F.Netesin neimpregnat 344 mg/mp DPE 110mm3,6 0,189 0,31520 Aluvial, Timisoara, P.I.F.Z.G.F. Resita, DPE 65mm124 12,4 20,6721 Aluvial, Timisoara, P.I.F.Netesin 269 g/mp (infas), DPE 65mm3,6 1,09 1,8222 Aluvial, Timisoara, P.I.F.Drenatex (infas), D