ASPECTE DE HIDROGEOLOGIE URBANA

1. UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI Asociatia Hidrogeologilor din Romania ASPECTE DE HIDROGEOLOGIE URBANA Radu Constantin Gogu 7 Aprilie2014 – Universitatea din Bucuresti Facultatea de GeologiesiGeofizica FACULTATEA DE HIDROTEHNICA POSCCE - PLATFORMA DE GESTIUNE A APEI SUBTERANE DIN MEDIUL SEDIMENTAR IN ZONE URBANE CENTRUL DE CERCETARE INGINERIA APELOR SUBTERANE DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICA SI PROTECTIA MEDIULUI

2. URBANISM SI APA SUBTERANA ► extinderea urbana este un fenomen predominant al secolului 20 ce va continua de-a lungul secolului 21 ► apa subterana permite servicii de alimentare cu apa ieftine, accesibile local utilizatorilor privati, precum si posibilitatea de stocare (apa si energie) in sistemul acvifer – aspect critic in cazul schimbarilor climatice ► ubanizarea rapida si necontrolata constitue un risc major pentru resursa de apa subterana legat de exploatarea in exces si de poluare ► dezvoltarea majora a constructiilor subterane (marime si complexitate) – conduce la coborari sau ridicari ale nivelului apelor subterane cu un impact puternic asupra infrastructurii urbane

3. Continut • Strate acvifere de suprafata / acvifere de adincime • Circuitul apelor urbane • Aspecte cantitative ale apelor subterane din mediul urban • Impactul urbanizarii • Fluctuatii ale nivelului apelor subterane • Probleme legate de epuizmente si drenaj • Influenta constructiilor subterane asupra regimului de curgere • Relatia retelele edilitare - sistem acvifer • Executia incorecta a puturilor ce capteaza acviferele de adincime • Aspecte calitative ale apelor subterane in mediul urban • Principalele surse de poluare • Instrumente de protectie ale apelor subterane • Harti de vulnerabilitate a acviferelor • Perimetre de protectie ale captarilor cu apa

4. Strateacvifere de suprafata / acvifere de adincime

5. Circuitulapelor urbane • Circuitul apei urbane reprezinta baza conceptuala pentru studierea bilanțului de apă și al efectuării inventarului de apă din zonele urbane. • Apele subterane constituie o parte integrantă a circuitului apelor urbane.

6. Circuitulapelor urbane • Ințelegerea comportamentului acvifer necesită cunoașterea fluxurilor de apă: mărimea acestora, imporțanta lor relativă precum și dependența lor asupra parametrilor hidrologici.

7. Circuitulapelor urbane ‘urbanizareaactioneazaasupraapeisubterane’ si‘apasubteranaactioneazaasuprainfrastructurii urbane’ fara planificare – “o solutieoferita de o institutie devineproblemaunei alte institutii”

8. Impactul urbanizării asupra apei subterane • alimentarea se realizează prin puțuri de pompare, • direcția de curgere și nivelul apei subterane nu sunt influențate; • descărcarea apelor uzate se realizează direct în acvifer; • nivelul apei subterane scade. • descarcărea apelor uzate se realizeaza direct în acvifer fără epurare. • apele subterane de mică adâncime sunt poluate • acviferul de sub oraș este abandonat -calitate precara • nivelul apei subterane crește sub oraș datorită opririi pompărilor. • direcția de curgere se schimbă spre extremitățile orașului ; • nivelul apei subterane creste extrem de mult • apare riscul de inundație. • cererea de apă este mare • apare necesitatea de import a apei de la surse indepartate, costuri ridicate.

9. Impactul urbanizării asupra apei subterane Procesele urbane interacționează asupra apei subterane prin: ► Modificarea procesului de realimentare al apei subterane datorita - Reducerea acesteia in urma impermeabilizarii suprafeței terenului; - Exfiltratii din sistemele de alimentare cu apa si canalizare (pluviale, ape uzate sau mixte) in apa subterana ( compenseaza reducerea realimetarii naturale); - Realizarea de conexiuni hidraulice antropice intre stratele acvifere. ► Drenajul apelor subterane prin - Reletele de canalizare - retelele de transport (tunele de metrou, feroviare, auto, etc) - Constructii subterane (fundatii adinci, parcari, etc) ► Bararea fluxului de apa (efect de bariera) prin - Elemente de infrastructura de transport (tunele si statii de metrou, feroviare, auto, etc) - Constructii subterane (fundatii adinci, parcari, etc) ► Maresc substantial incarcarea cu contaminanti ca rezultat al: - Pierderile de apa din sistemele de canalizare (si altele), reinjectiei apei insuficient epurata ce provine din sistemele de epurare comunitare sau individuale; - Stocarea si manipularea incorecta a apelor comunitare precum si a substantelor utilizate in industria chimica; - Dispunerea si stocarea incorecta a deseurilor solide si lichide - Conexiunea hidraulica cu apele de suprafata (rauri, lacuri) - Conexiunii hidraulice antropice intre stratele acvifere de suprafata si de adincime. Efecte cantitative

10. Impactul urbanizării asupra apei subterane • Dezvoltarea urbană produce în general creșterea nivelului apelor subterane. • Cresterea nivelului de apa subterana afecteaza structurile urbane in cazul in care acestea au fost proiectate si construite inperioadele în care nivelul apelor subterane era scazut, fara a constientiza posibilitatea ca nivelul acestora sa creasca. (literatura de specialitate - probleme in numeroase orase europene: tuneluri subterane cale ferata sau metrou, parcari subterane, pivnite ale cladirilor, etc.) • Este important de mentionat faptul ca structurile urbane produc un efect de bariera impermeabila asupra fluxului apei subterane.

11. Fluctuatii ale nivelului apei subterane Barcelona, Spania • utilizarea apei subterane în scopuri industrialea ajuns la 60 – 70 milioane mc/an în anii '70. Denivelarea înregistrată în diferite zone ale oraşului atingea valori între câţiva metri şi peste 15 m. • omare parte a reţelei de metrou a fost construită în perioada nivelurilor scăzute din anii 1950 – 1970 • pomparea a fost redusă ulterior (datorită contaminării apelor subterane şi a mutării unor industrii in exteriorul orasului) • în prezent nivelurile ating valori înregistrate cu circa un secol în urmă. • astăzi creşterea nivelurilor de apa - rezolvate prin pompare 15 – 20 milioane mc/an (drenaj pt tunelurile de cale ferată și metrou).

12. Fluctuatii ale niveluluiapeisubterane Bucuresti, acvifer de suprafata - Colentina • amenajarea traseului râului Dâmbovițaîn perioada 1976-1980. Stația de metrou Eroilor – lucrari exterioare si interioare Lucrari de amenajare a raului Dâmbovița si de executie a metroului intre anii 1976-1981

13. Fluctuatii ale nivelului apei subterane Bucuresti, acvifer de suprafata - Colentina • Inainte de amenajare, Dambovita reprezenta drenul natural al apelor subterane din zona centrala a Bucurestiului. • Constructia unei casete colectoareconstruita din două semicasete cu rol colector și un dren cu rol de a drena acviferulde suprafața Colentina Pe tronsonul Opera-Vitan drenul aflat pe partea dreapta nu funcționează. Drept urmare s-a inregistrat o crestere a nivelului apei subterane care a generat inundarea structurilor subterane existente în această zonă.

14. Fluctuatii ale niveluluiapeisubterane Bucuresti, Stratele acvifere de adincime (Fratesti) (sursa: Ivan si Popa, 2012) • curgerea se producea radial spre zona centrală (anii ‘80), iar nivelul apei subterane era considerabil mai coborât • 2011 direcția de curgere este SV la NE (ca rezultat al incetării activității industriale).

15. Probleme legate de epuismentesidrenaj • Construcția subsolurilor, parcarilor subterane, lucrarilor de infrastructura de canalizare/alimentare cu apa necesită execuția unor lucrări de epuisment sau drenaj. Acestea pot fi cel mai adesea temporare (pe durata executiilor), dar pot fi și definitive pentru a împiedica, de exemplu apariția subpresiunilor. • Problemele care pot sa apară la realizarea unei lucrari de epuisment sau drenaj se pot clasifica in felul urmator: • Riscuri legate de efectele mecanice cum ar fi antrenarea hidrodinamica; • Ruperea hidraulica a bazei excavatiei; • Tasări diferentiate.

16. Probleme legate de epuismente si drenaj • Datorita lucrarilor efectuate la un bloc de 18 etaje (72 metri inalțime) situat in apropierea Parcului Circului, cu o fundație adinca, a fost afectat acviferul freatic (Colentina) și implicit izvoarele naturale ce alimenteaza lacul din parc. Scaderea nivelului apei in lac

17. Probleme legate de epuismente si drenaj • Un alt exemplu este cel de la Biserica Armeneasca unde in imediata vecinătate a zonei s-a construit un bloc de birouri (Milenium Business Center) de 18 etaje. Ca urmare lucrarilor de execuție a fundației acesteia (lucrari de epuizment) s-au semnalat procese de tasare diferențiată care au variat de la 0.5 cm până la 7-8 cm. Localizarea Biserica Armeneasca

18. Influentaconstructiilorsubteraneasupraregimului de curgere al apelorsubterane Interacțiunea dintre apa subterană și structurile subterane (metroul, fundațiile unor clădiri adânci, parcari subterane, rețeaua de alimentare cu apa și de canalizare), și efectul pe care le generează asupra nivelului piezometric.

19. Influentaconstructiilorsubteraneasupraregimului de curgere al apelorsubterane Clasificare a structurilor subterane și efectul lor cantitativ asupra acviferelor

20. Probleme cauzate de infiltrații in reteaua de canalizare respectiv exfiltrații din sistemul de alimentare cu apa • Calitatea structurală și eficiența funcțională a unei rețele de canalizare sunt parametri cheie pentru a asigura transferul de ape uzate menajere, comerciale și industriale la stațiile de epurare. • Infiltrarea apelor subterane în sistemul de canalizare poate prejudicia eficiența de statiilor de epurare. • Exfiltrațiile din sistemul de canalizare pot duce la contaminarea apelor subterane

21. Probleme cauzate de infiltrații in reteaua de canalizare respectiv exfiltrații din sistemul de alimentare cu apa • In București, operatorul de apa Apa Nova estimează o infiltrație de 1,88 m3/s. Infiltrațiile dilueaza apa care este transportata către statia de epurare din comuna Glina, astfel statia primeste un debit mare de apă care trebuie epurată, rezultatul fiind observat in costurile de epurare mari. • Pierderile tehnice (exfiltrațiile) din reteaua de alimentare cu apa se estimează o valoarede 2,42 m3/s.

22. Probleme legate de exfiltrații/infiltrațiiîncazuluneiconductefisurate Q- debitul de schimb intre acvifer si conducta de canalizare [L3/T] Kclogging- conductivitatea hidraulica a materialului ce colmateaza calea de infiltratie a apei (fisura sau defectul conductei) Aclogging – Aria corespunzatoare unei fisuri/defect al conductei de canalizare [L2] HGW – nivelul apei subterane in stratul acvifer [L] HSW- nivelul apei in conducta de canalizare [L] Bclogging – Grosimea peretelui conductei [L]

23. Impactul urbanizării asupra apei subterane Procesele urbane interacționează asupra apei subterane prin: ► Modificarea procesului de realimentare al apei subterane datorita - Reducerea acesteia in urma impermeabilizarii suprafeței terenului; - Exfiltratii din sistemele de alimentare cu apa si canalizare (pluviale, ape uzate sau mixte) in apa subterana ( compenseaza reducerea realimetarii naturale); - Realizarea de conexiuni hidraulice antropice intre stratele acvifere. ► Drenajul apelor subterane prin - Reletele de canalizare - retelele de transport (tunele de metrou, feroviare, auto, etc) - Constructii subterane (fundatii adinci, parcari, etc) ► Bararea fluxului de apa (efect de bariera) prin - Elemente de infrastructura de transport (tunele si statii de metrou, feroviare, auto, etc) - Constructii subterane (fundatii adinci, parcari, etc) ► Maresc substantial incarcarea cu contaminanti ca rezultat al: - Pierderilor de apa din sistemele de canalizare (si altele), reinjectiei apei insuficient epurata ce provine din sistemele de epurare comunitare sau individuale; - Stocarea si manipularea incorecta a apelor comunitare precum si a substantelor utilizate in industria chimica; - Dispunerea si stocarea incorecta a deseurilor solide si lichide - Conexiunea hidraulica cu apele de suprafata (rauri, lacuri) - Conexiunii hidraulice antropice intre stratele acvifere de suprafata si de adincime. Efecte calitative

24. Aspecte calitative ale apelor subterane in mediul urban • Principalele surse de poluare ale apelor subterane sunt: • Pierderi din fosele septice sau din retelele de canalizare (datorita deteriorarii infrastructurii de transport si colectare a apelor uzate). Aceste pierderi pot deterioara calitatea apelor subterane prin contaminarea cu substante cum ar fi: nitrati, nitriti, fosfati, cloruri, contaminare bacteorologica si cu alte substante.

25. Aspecte calitative ale apelor subterane in mediul urban • Principalele surse de poluare ale apelor subterane sunt: • Schimbul dintre apele de suprafata si apele subterane. In general apele de suprafata prezinta o calitate mult mai slaba fata de apele subterane. Acest lucru este mult mai accentuat in zonele urbane datorita deversarii deseurilor si a apelor pluviale, municipale si industriale.

26. Aspecte calitative ale apelor subterane in mediul urban • Principalele surse de poluare ale apelor subterane sunt: Punerea in comunicarea antropica dintre acvifere conduce la poluarea acviferelor aflate la o adancime mai mare, acvifere ce prezinta o calitate superioara fata de cele aflate la o adancime mai mica (in principal datorita executiei necorespunzatoare a puturilor).

27. Aspecte calitative ale apelor subterane in mediul urban • Infiltratii prin depozitele de deseuri (gropile de gunoi). Lipsa impermeabilizarii zonelor de depozitare a deseurilor sau deteriorarea acestora afecteaza calitatea apelor subterane prin contaminare cu metale grele (Cd, Cr, Fe, Pb, Cu, Zn), substante microbiologice si altele.

28. Instrumente de protectie ale apelor subterane • Protejarea sursei de apa subterana • Protejarea resursei de apa subterana

29. Instrumente de protectie ale apelor subterane Suprafata terenului Sursa de apa Originea sursei de contaminare Prima Cale: Zona nesaturata Zona nesaturata Prima Tinta: apa subterana a 2-aTinta: sistemul de alimentare cu apa (putul, izvorul) a 2-a Cale: prin Acvifer Resursa de apasubterana

30. Gestiunea apelor subterane urbane • apa subterana este “legatura invizibila” intre diverse elemente ale infrastructurii urbane • apa subterana afecteaza pe toata lumea insa nu intra in responsabilitatea nimanui si ar trebui gestionata chiar daca nu exista un interes major de utilizare a acesteia in alimentarea cu apa • cind nu se face nimic in acest sens, (se evita discutia acestui aspect) apar probleme costisitoare si dificile • implicarea unui spectru larg de factori (institutii) responsabili este esentiala • Cine ar trebui sa coordoneze ?: autoritatile municipale, Apele Romane, Ministerul mediului, companiile de apa ... altii ...

31. Necesitatea dezvoltării și aplicării unui management integrat al apelor subterane in mediul urban • Una din cele mai importante probleme cu care se confruntă marile orașe ale lumii este deficitul de apă. Se astepta ca acesta să se intensifice pe parcursul secolului XXI datorită creșterii populației la nivel mondial, creșterii economice, schimbărilor climatice. • Un sistem de management integrat al apelor urbane este necesar sa integreze un regim de exploare al apelor subterane mai eficient si sustenabil. • Masurile de gestiune ale cerintei de apa sa constranga ineficienta si risipa si sa reduca folosintele necontabilizate; • Stabilirea de norme privind interactiunea dintre infrastructura subterana si sistemul acvifer; • Definirea unor masuri strategice privind stocul apei in acvifere (in anumite cazuri ca ultima rezerva strategica); • Aplicarea corecta a conceptelor si metodologiilor in definirea zonelor de protectie pentru captarile de apa subterana, bazate pe timpul de transfer al contaminantilor • Definirea si aplicarea conceptelor de vulnerabilitate a acviferelor in protejarea resurselor de apa subterana;

32. UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI PLATFORMA DE GESTIUNE A APEI SUBTERANE DIN MEDIUL SEDIMENTAR IN ZONE URBANE FACULTATEA DE HIDROTEHNICA POSCCE - PLATFORMA DE GESTIUNE A APEI SUBTERANE DIN MEDIUL SEDIMENTAR IN ZONE URBANE CENTRUL DE CERCETARE INGINERIA APELOR SUBTERANE DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICA SI PROTECTIA MEDIULUI

33. URBANISM, APA SUBTERANA, STIINTA ► Apa subterana urbana este o resursa importanta dar neprotejata (suficient). ► Istoricul dezvoltarii urbane conduce la modele de contaminare eterogene ale apei subterane ► Lipsesc studiile privind schimbarile pe termen lung ale climatului si utilizarii terenului ► Sunt necesare metode inovative de monitorizare pentru a defini zonele urbane ca fiind emitatoare de contaminanti ► Dezvoltarea stiintifica a hidrologiei urbane este necesara pentru a gestiona sustenabil resursele de apa.

34. Vedere de ansambluasupradirectiilor de cercetare ale proiectului SIMPA • Activitatea de cercetare stiintifica este centrata in special pe modelarea comportamentului apelor subterane din mediul urban, managementul datelor hidrogeologice si protectia resurselor de apa. • Modelarea hidrogeologica plecand de la modele geologice dezvoltate pe baza conceptelor de analiza stratigrafica si sedimentologica; • Imbunatatirea caracterizarii hidraulicea relatiei dintre structurile subterane si acvifere; • Extinderea modelelor de date hidrogeologice si geologice necesare infrastructurii de date spatiale (INSPIRE); • Dezvoltarea unui cadru informational de management al datelor hidrogeologice cantitative si calitative pentru mediul urban (alimentare cu apa, canalizare, linii de metrou, fundatii, etc); • Construirea, dezvoltarea si aplicarea strategiilor de protectie pentru apele subterane. DIRECTII:

35. Va multumesc pentru atentia acordata!

36. Ciclul apelor urbane Componente principale șilegături

37. Tabel - Cazuri de subsidență San Joaquin, California SUA

38. Probleme legate de epuismente si drenaj • Lucrările de epuisment pot provoca tasări in mai multe moduri: • Prin pompări din excavații deschise provocând sufozie și eroziune internă, pierderi de material din taluze; • Prin antrenarea de particule fine din teren spre puțurile sau filtrele acirculare folosite pentru coborârea nivelului apei subterane. Acesta duce eroziune interna sau sufozie. Totodată aceste fenomene pot duce la tasări ale terenului de sub clădirile adiacente.

39. Traseul apelor urbane Probleme cauzate de infiltrații respectiv exfiltrații Infiltrații Infiltrații Infiltratii Infiltratii in acvifer Exfiltratii

40. Aspecte calitative asupra apelor subterane • Problemele ce apar odată cu dezvoltarea urbană accelerată impun măsuri restrictive și de protecție atât din punct de vedere cantitativ (dimensionarea exploatărilor de extracție a apei), dar mai ales calitativ. Cunoașterea mediului subteran, și mai ales a acviferelor și a caracteristicilor acestora poate fi baza pe care cadrul legislativ se poate construi.

41. Probleme cauzate de depozitele de deșeuri Infiltrarea levigatului reprezintă principala sursă de poluare.

42. mediu mare mediu Hazard mare Vulnerabilitate foarte redusa redusa Mare Joasa Moasrte redus redus Foarte mare Mare redus Risc Evaluarea riscului de contaminare al apelor subterane tinand cont numai de efectele suprapuse ale hazardului si vulnerabilitatii foarte jos

43. Aspecte calitative ale apelor subterane Legea apelor (107/ 1996) Normative • Ordinul MMGA 589/27.06.2005 pentru aprobarea Regulamentului privind organizarea activităţii de certificare a unităţilor specializate în elaborarea de studii, proiecte, execuţie de lucrări, consultanţă în domeniul gospodăririi apelor şi documentaţii tehnice pentru obţinerea avizelor şi autorizaţiilor de gospodărirea apelor ; • HG 930/11.08.2005 pentru aprobarea Normelor speciale privind caracterul şi mărimea zonelor de protecţie sanitară şi hidrogeologică; • Ord. MMGA 661/28.06.2006 privind aprobarea Normativului de conţinut al documentaţiilor tehnice de fundamentare necesare obţinerii avizului de gospodărire a apelor şi a autorizaţiei de gospodărire a apelor ; • Ord. MMGA 662/28.06.2006 privind aprobarea Procedurii şi a competenţelor de emitere a avizelor şi autorizaţiilor de gospodărire a apelor. • ORDIN Nr. 1.278 din 20 aprilie 2011 pentru aprobarea Instructunilor privind delimitarea zonelor de protectie sanitară si a perimetrului deprotectie hidrogeologică European • Directiva Cadru Apa 2000/60/EC • Directiva Ape subterane C6-0382/2006

44. Fluctuații ale niveluluiapeisubterane – studiu de caz - Bucuresti

45. Efectul de barieră al construcțiilor subterane asupra acviferelor Atunci când un tunel interferează cu apa subterană pot apare probleme : • curgerea apei către tunel, (in special dacă este sub presiune, poate determina încetinirea sau chiar întreruperea execuției); • scăderea nivelului apei subterane modifică regimul de curgere al apei subterane, ceea ce afectează curenţii de suprafaţă şi/sau ecosistemele. • variații importante ale nivelului piezometric amonte de barieră; • creșterea vitezei de curgere pe sub barieră.

46. Probleme de subsidență • Scăderea nivelurilor apelor subterane poate induce la nivel local sau la nivel regional fenomenul de subsidență. Acest efect poate fi provocat atât de pomparea directă a apei cât și de construcția structurilor subterane ce acționează ca drenuri sau formeaza bariere pentru fuxul natural de curgere; • Subsidenta, care este un fenomen ireversibil ce poate avea o extindere regională, atunci când este cauzată de pomparea excesivă; • Subsidența este cauzată de catre factorul antropic, prin diverse acțiuni pe care le desfășoara: • Infiltrații locale de apă; • Extragerea necontrolată a apei subterane; • Exploatări miniere.

47. Relația structuri urbane (subterane) – Acvifer • Elementele naturale şi antropice ce intra în contact cu apa subterană în zona municipiului Bucuresti: • Lacul Morii: Suprafața de circa2.2 km2 şi un volum de apă înmagazinat de 15 mil m3, cu o adâncime maximă de 11 m, amplasat în amonte de Şoseaua Ciurel; • Caseta colectoare de ape uzate şi meteorice pe o lungime similară cu râul Dâmboviţa; • Tronsoanele liniilor de metrou; • Reţeaua de alimentare cu apă; • Reţeaua de canalizare.