Discretização da Área e Dados de Entrada

A malha criada possui 40 linhas por 36 colunas, representando um total de 1440 células de dimensões 125x125m. Com uma grande quantidade de poços distribuídos por toda a área. Além disso, também foi necessário a discretização do rio. A malha pode ser visualizada nos diversos mapas que serão mostrados.

Existem registros de 1707 poços cadastrados na área, sendo que deste total cerca de 20 poços foram cimentados devido a problemas de salinização e cerca de 47 poços só dispunham de endereço e os proprietários não sabiam de nenhuma informação. As informações dos poços foram retiradas do projeto HIDROREC II (Costa, 2002). Foram utilizados, então, 1640 poços dos quais foi possível obter informações mínimas para inserção no modelo. A figura 5.7 mostra uma imagem em três dimensões dos poços com seus filtros inseridos na área, imagem gerada pelo programa 3D-Explorer da Waterloo Hydrogeologic. Na figura 5.8 é apresentado o mapa da área de estudo com a locação dos poços rasos em vermelho e poços profundos em azul. Pode-se observar uma maior concentração de poços profundos nos bairros de Madalena, Graças, Espinheiro e Aflitos, devido ao maior poder aquisitivo das residências nesses bairros.

Figura 5.7 - Imagem 3D dos poços inseridos na área de estudo. Os 1640 poços estão georreferenciados e na sua extremidade se observa o trecho do filtro.

A figura 5.8 mostra as células que contém poços. O programa utilizado considera um único poço centrado na célula Foram inseridos todos os poços por importação de arquivo no formato de tabela, pois o programa já calcula o conjunto de poços contidos em cada célula. Para cada poço foram implementados os dados de profundidade, posição do filtro, vazão, coordenadas e tempo de bombeamento.

Figura 5.8 - Locação dos poços rasos (vermelho) e poços profundos (azul) na área de estudo.

A figura 5.9 mostra as células que contém os poços na área.

Segundo mapa de Zoneamento Explotável para a Região Metropolitana de Recife, quase 80% da área de estudo possui uma restrição de bombeamento de no máximo 30m³/dia, e com a recomendação que os poços antigos reduzam seu bombeamento em 30%. Os 20% restantes têm a vazão limitada em 60m³/dia, e redução da vazão dos poços antigos em 15% (Farias, 2003).

Figura 5.9 - Células que contém poços na área de estudo (aqüíferos Beberibe e Boa Viagem).

As isolinhas de cargas iniciais para as camadas 1 e 3 foram obtidas pelo ajuste de uma superfície potenciométrica, a partir de informações de níveis estáticos de diversos poços na área. Também foi gerada uma outra superfície potenciométrica com dados mais recentes para utilização no processo de calibração do modelo. As curvas foram geradas no SURFER e importadas para o programa de simulação numérica. As figuras 5.10 e 5.11 mostram os mapas de cargas iniciais para as camadas 1 e 3, respectivamente.

Figura 5.11 - Cargas iniciais para a camada 3 (Aqüífero Beberibe).

Os parâmetros hidrogeológicos foram obtidos analisando-se as informações de Monteiro (2000) e Costa et al. (2002). A primeira camada possui condutividade

hidráulica de 9x10-4m/s, a terceira camada 4x10-5m/s, e a segunda camada 2x10-9

com algumas células com valores e 2x10-8m/s (em verde na figura 5.12), pois

existem áreas observadas por Monteiro (op.cit.) em que a camada semiconfinante é

mais permeável. O armazenamento específico é de 2x10-6m-1 (camada 3), a

Figura 5.12 - Condutividade hidráulica para a camada 2 (semiconfinante). Foi

adotada condutividade 2x10-9m/s (azul) com algumas células com valores 2x10-8m/s

(verde).

As informações sobre as camadas subjacentes ao Rio Capibaribe, que atravessa toda a área em estudo, foram tiradas de trabalhos de sondagens realizados no leito do rio pela ENSOLO (1984), um estudo para dragagem do rio, e pela CIVILSONDA (2002), para construção de uma ponte. Para o leito do rio foi

cota do leito do rio foi obtida da batimetria de algumas seções realizadas no Rio Capibaribe pelo Grupo de Recursos Hídricos da UFPE. A figura 5.13 mostra a batimetria do rio, com as cotas da base da camada do leito do rio (sendo considerado a espessura da camada do leito do rio com 12m) e a aproximação do nível d’água no rio. A figura 5.14 mostra as células que foram consideradas como pertencentes ao rio. A condutância do rio é calculada diretamente pelo programa utilizado pela expressão C = K.L.W / M, sendo C a condutância, K a condutividade hidráulica do leito do rio, L o comprimento do rio na célula, W a largura do rio na célula, e M a espessura da camada do leito do rio na célula.

Figura 5.13 - Batimetria do rio Capibaribe, cota de base da camada do leito do rio e cota do nível d’água. O lado esquerdo é a foz do rio (jusante) e o lado direito está a montante.

Figura 5.14 - Células com a condição de contorno Rio (azul escuro).

Com relação as condições de contorno, o limite sul foi considerado com fluxo nulo devido a proximidade do lineamento Pernambuco-Paraíba, o qual separa duas formações de características bem diferentes sendo então um divisor de águas. Para o limite leste foi utilizado o módulo GHB (General Head Boundary Conditions) para representar a influência do mar, tendo valores diferentes para a primeira e terceira

camadas, como pode ser visto na figura 5.15 pelas células em verde, e também as células do módulo Rio em azul. A figura 5.16 ilustra como funciona o módulo GHB. Para a terceira camada foram fornecidos os seguintes dados: 5000m como a distância da célula ao corpo d’água, uma carga de 4 metros para o contorno (este valor foi calculado como carga hidráulica de água doce equivalente a carga zero no mar na profundidade média da camada, esta modificação é necessária devido a

diferente densidade) e uma condutividade hidráulica de 2x10-6m/s para o material

que separa a fonte da célula. Para a primeira camada: distância de 1000m, carga de 1m (sendo a carga hidráulica de água doce equivalente à carga hidráulica do mar na

profundidade média da camada 1) e condutividade de 1x10-4m/s. Para os limites

norte e oeste, foram colocadas células inativas para a primeira e segunda camada, com a finalidade de representar uma recarga entrando no aqüífero Beberibe (terceira camada).

Figura 5.16 - Esquema do módulo GHB do MODFLOW.

Para a primeira camada também foi considerado um fluxo lateral entrando nos lados Oeste e Norte. Este fluxo lateral se deve a existência de barreiras e grandes áreas verdes que servem como recarga para a planície. Após algumas simulações constatou-se que as recargas deveriam ser bem maiores do que se estimou inicialmente. A figura 5.17 mostra as células em que foram adicionadas o módulo Recarga. Em verde são as células que recarregam o aqüífero Beberibe, já que na primeira e segunda camadas estão como células inativas, células verde claro com valor de 5000mm/ano e células verde escuro com 3500mm/ano. As outras células recarregam o aqüífero Boa Viagem (camada 1), células amarelas com 1000mm/ano, células azuis com 800mm/ano. Aparentemente estes valores estão muito elevados visto que a precipitação anual em Recife é um pouco mais de 2000mm, mas na realidade esta recarga ocorre lateralmente em profundidade. A região a Noroeste da área de estudo apresenta cotas bem mais elevadas, baixas taxas de urbanização, permeabilidade da camada do solo bem maior e corresponde a uma expressiva área de recarga. Esta parte do aqüífero ao ser recarregada alimenta lateralmente em profundidade o aqüífero na planície. No Modflow, uma forma de introduzir a recarga lateral é recarregando as células da faixa extrema (no caso, parte do Norte e parte do Oeste). As células vermelhas representam uma área verde, a qual recarrega um



Carga num ponto distante (H)



Condutância (C = Área x K/L)

Área da face vertical da Célula

Área = 50 x 20 = 1000m2

C = 1000 x 0.02/1500 = 0.013 m2/s

pouco mais do que o restante da área de estudo, com valor de 350mm/ano. O restante das células (em branco) possuem uma recarga de 250mm/ano (já considerado a infiltração pelas perdas na rede de distribuição d’água e de coleta de esgoto).

O programa computacional utilizado foi o VISUAL MODFLOW na sua versão 3.0, por ser um programa de fácil entendimento e utilização devido ao ambiente Windows, já é um programa conceituado e utilizado em todo o mundo, o qual utiliza o código computacional MODFLOW-2000 da USGS que resolve bem problemas de fluxo de água subterrânea. O Visual Modflow possui um poderoso pré e pós processamento e é vendido a um preço relativamente caro, no entanto o Grupo de Recursos Hídricos da UFPE, onde foi realizada a pesquisa, adquiriu a licença para o uso do software. Como já foi comentado em capítulo anterior é um programa dividido em módulos, o que facilita a compreensão e a entrada dos dados. A figura 5.18 mostra a tela de entrada com o modelo gerado.

Figura 5.18 - Tela de entrada do VISUAL MODFLOW.

O tempo de partida (tempo = 0 dia) para a modelagem foi 01 de janeiro de 1997. Sendo simulado até 01 de janeiro de 2001 (tempo = 1460dias). Pois, é um período razoável para o estudo do problema, no qual se dispunha de informações dos níveis d’água de alguns poços.

5.3 Resultados

O nível estático d’água dos poços vem baixando excessivamente nos últimos anos. Em bairros como Espinheiro e Graças o rebaixamento chegou a atingir 30m de 1998 a 2002.

Outro problema é a salinização de alguns poços, que iniciam o bombeamento com água de boa qualidade e após alguns meses a água inicia um processo de aumento do teor de sais.

Após alguns ajustes na modelagem da área de estudo, foram obtidas as velocidades e direção de fluxo subterrâneo com as curvas equipotenciais de carga hidráulica, para o sistema aqüífero Boa Viagem (1ª camada) e o sistema aqüífero

Beberibe (3ª camada), como podem ser vistas nas figuras 5.19 e 5.20,

respectivamente.

Na figura 5.19 pode se observado que as cargas hidráulicas chegam a atingir a carga aproximada de –2,5m, e que existe um rebaixamento maior na região dos bairros dos São José e Santo Antônio, e de forma geral, as cargas são mais baixas na área Oeste. Resultados estes, que representam bem a realidade da época.

A figura 5.20 mostra o resultado para o aqüífero Beberibe, no qual existe o maior número de poços e com maiores vazões de explotação. Existe uma grande depressão no centro da área, resultado da existência de um número maior de poços com grandes vazões. Isso pode ser explicado porque os bairros dessa área possuem grandes condomínios, os quais têm maior poder aquisitivo.

Pôde ser observado que existe uma grande recarga tanto para o aqüífero Beberibe quanto para o aqüífero Boa Viagem nos limites Norte e Oeste, pela existência dos morros e de grandes áreas verdes nas proximidades do contorno da área estudada. Analisando a modelagem e pelas várias tentativas observou-se que deve existir uma considerável recarga do aqüífero superior para o inferior, pois sem essa recarga os níveis do aqüífero Beberibe estariam bem mais baixos. Também pode ser afirmado que com a crescente explotação existe a tendência do fluxo do mar para o continente, devido ao gradiente hidráulico em direção ao centro do cone de depressão.

Foram realizadas várias simulações para ajustar os parâmetros estimados, num processo iterativo de entendimento do sistema, a figura 5.21 ilustra que para esta última simulação a convergência foi boa, sofrendo apenas uma variação maior

nos primeiros passos, o que não aconteceu nas primeiras simulações. A figura 5.22 mostra o resultado do balanço hídrico, tela de saída do programa pelo módulo ZoneBudget, onde são apresentados o balanço da primeira camada (Zone 1) e da terceira camada (Zone 2).

Figura 5.19 - Linhas equipotenciais e de fluxo para o período final da simulação, no Aqüífero Boa Viagem.

Figura 5.20 - Linhas equipotenciais e de fluxo para o período final da simulação, no Aqüífero Beberibe.

As tabelas 5.2 e 5.3 apresentam o balanço hídrico final para as camadas 1 e 3, respectivamente. A figura 5.23 mostra o balanço de massa final, pode-se verificar os pequenos valores de discrepância. A figura 5.24 é uma tela ilustrativa da apresentação dos resultados do módulo ZoneBudget, do qual são verificados os valores do balanço hídrico.

Tabela 5.2 - Balanço hídrico para a camada 1 (Aqüífero Boa Viagem).

Saída (m³/dia) Entrada (m³/dia)

Poços = 9953,20 Armazenamento = 1998,00

Evapotranspiração = 26,97 Rio = 8,72

Perda para Camada 3 = 8873,80 Contorno Dependendo da Carga = 68,07

Recarga = 16777,00 *

TOTAL = 18854 TOTAL = 18851

* Incluindo também a recarga lateral no norte e oeste.

Tabela 5.3 - Balanço hídrico para a camada 3 (Aqüífero Beberibe).

Saída (m³/dia) Entrada (m³/dia)

Poços = 25228,00 Armazenamento = 38,86

Contorno Dependendo da Carga = 5000,00 Recarga = 11259,00*

Ganho pela Camada 1 = 8873,80

TOTAL = 25228,00 TOTAL = 25172,00

Figura 5.21 - Valores residuais versus número de iterações.

Figura 5.23 - Balanço de massa.

Figura 5.24 - Saída do módulo ZoneBudget para a camada 3 (chamada de Zone 2 no ZoneBudget).

5.3.1 Cenários Futuros

Foram realizadas simulações de cenários futuros para o ano de 2010 e 2020, observando o aqüífero Beberibe que é o mais explorado, considerando que o sistema permaneça nas mesmas condições de bombeamento (figuras 5.25 e 5.26). Os rebaixamentos aumentaram cerca de 5m até 2010 e de 10m até 2020. Porém, sabemos que bem provavelmente os bombeamentos já aumentaram e talvez continuem aumentando, com a construção de novos poços, com isso os rebaixamentos serão maiores que o simulado.

Figura 5.25 - Simulação de cenário futuro para o ano de 2010, para o aqüífero Beberibe.

Figura 5.26 - Simulação de cenário futuro para o ano de 2020, para o aqüífero Beberibe.