Programas Computacionais

A seguir são descritos resumidamente alguns dos principais modelos utilizados em diversos países:

3DFEMFAT (3-D Finite-Element Model of Flow and Transport through Saturated-Unsaturated Media) é um modelo tri-dimensional de elementos finites de fluxo e transporte em meio saturado e não-saturado. Pode fazer simulações apenas de fluxo, apenas transporte, combinar os dois, ou fluxo acoplado dependendo da densidade e transporte.

AQUA3D (3-D Groundwater Flow and Contaminant Transport Model) é um programa desenvolvido para resolver problemas de fluxo e transporte de águas subterrâneas em 3D usando o método de elementos finitos. As condições de contorno podem ser carga nodal prescrita e fluxo prescrito como uma função do tempo ou do fluxo dependendo do calor. Resolve transporte de contaminantes e de calor transiente com conveção, decaimento, adsorção e dispersão dependendo da velocidade.

AT123D (Analytical Groundwater Transport Model for Long-Term Pollutant Fate and Migration) é um modelo analítico transiente para uma, duas ou três dimensões. Calcula a distribuição da concentração espaço-temporal de uma pluma de contaminante através do aqüífero. Os processos de transportes utilizados são advecção, dispersão, adsorção, e decaimento.

BIOF&T –D/3-D (Biodegradation, Flow and Transport in the Saturated / Unsaturated Zones) modela a biodegradação, fluxo e transporte em zonas saturadas e não-saturadas em 2D ou 3D em meio poroso anisotrópico, heterogêneo ou em meio fraturado. Utiliza os processos de convecção, dispersão, difusão, adsorção, desorção, e microbiológicos.

Chemflo (Simulates Water and Chemical Movement in Unsaturated Soils) é um software interativo para simulação de movimento químico e água em uma dimensão em solos não-saturados, usando diferenças finitas. O movimento da água é modelado usando a equação de Richards, e o transporte químico pela equação convecção-dispersão.

ChemFlux (Finite Element Mass Transport Model) é um software de modelagem de transporte de contaminantes por elementos finitos. A criação da

malha é automática. É possível prever o movimento da pluma de contaminantes pelos processo de advecção, difusão, adsorção e decaimento.

FEFLOW (Finite Element Subsurface Flow System) é um modelo de elementos finitos para 2D e 3D de fluxo dependendo da densidade, transporte de massa (salinidade) e calor na subsuperfície. Possui algoritmos numéricos robustos e ferramentas de análise para: fluxo dependendo da densidade (intrusão marinha); fluxo transiente e estado estacionário; fluxo saturado e não-saturado; superfícies livre múltiplas; transporte de massa e calor.

FLONET/TRANS (2D cross-sectional groundwater flow and contaminant transport modeling) é um programa para modelar o transporte de contaminante e de fluxo em águas subterrâneas por uma seção transversal (2D), em elementos finitos.

FLOWPATH (2D Groundwater Flow, Remediation, and Wellhead Protection Model) é um modelo ambiente Windows para simulação de fluxo em águas subterrâneas, remediação, e área de proteção de poços. Desenvolvido para simular fluxo e transporte em aqüíferos não-confinados, confinados e semi-confinados com propriedades heterogêneas, múltiplos poços de bombeamento e para complexas condições de contorno.

GFLOW (Analytic Element Model with Conjunctive Surface Water and Groundwater Flow and a MODFLOW Model Extract Feature) é um modelo baseado no método de elementos analíticos. Modela o fluxo estacionário em um simples aqüífero heterogêneo usando a consideração de Dupuit-Forchheimer. Também aceita algumas modelagem de fluxo 3D e transiente. Aceita arquivos do MODFLOW.

GMS (Groundwater Modeling System) possui ferramentas para todas as fases de uma simulação de águas subterrâneas, incluindo a caracterização do local, o desenvolvimento do modelo, o pós-processamento, a calibração e a visualização. O sistema inclui TINs (Triangulated Irregular Network), sólidos, dados de poços, geoestatística 2D e 3D, e ambos os modelos de diferenças finitas e elementos finitos em 2D e 3D. Atualmente os modelos incluídos são MODFLOW, MODPATH, MT3D, RT3D, FEMWATER, SEEP2D, SEAM3D, PEST, UCODE e UTCHEM.

Groundwater Vistas (Model Design and Analysis) é um programa com interface gráfica em Windows para modelagem de transporte e fluxo de água subterrânea em 3D. Utiliza os códigos MODFLOW, MODPATH, MT3DMS, MODFLOWT, MODFLOW-SURFACT, MODFLO2000, GFLOW (modelo de elemento analítico de estado estacionário), RT3D, PATH3D, SEAWAT e PEST.

HST3D (3D Heat and Solute Transporte Model) é um programa com interface gráfica integrada dentro do Argus Open Numerical Environments (Argus ONE) para modelagem do meio ambiente. Pode ser utilizado para intrusão marinha, recuperação e recarga de água doce, injeção de contaminante, análise em aterro sanitário, sistemas de águas termais, dentre outros.

MicroFEM (Finite-Element Program for Multiple-Aquifer Steady-State and Transient Groundwater Flow Modeling) programa com ambiente Windows em elementos finitos. Pode similar os diversos sistemas aqüíferos, com até 20 aqüíferos. Oferece várias opções de mapas e gráficos como resultados.

MOC (2D Solute Transport and Dispersion in Groundwater) calcula mudanças na concentração, no tempo, causadas por processos de transporte convectivo, dispersão hidrodinâmica e mistura (ou diluição) de fontes de fluidos. Assume que os grandientes de densidade, viscosidade e temperatura do fluido não afetam a distribuição de velocidade. É baseado numa malha de diferenças finitas. Incorpora taxa de reação irreversível de primeira ordem; sorção controlada de equilíbrio reversível com isotermos lineares, de Freundlich, ou Langmuir; mudanças de íons controladas de equilíbrio reversível por íons monovalente ou bivalentes.

MOCDENSE (Two-Constituent Solute Transport Model for Groundwater Having Variable Density) desenvolvido para simular o transporte e a dispersão de um soluto que não afeta a densidade do fluido. Utiliza o método das diferenças finitas para as equações de fluxo, e o método das características para o transporte de solutos.

MODFLOW SURFACT (MODFLOW-Based Ground-Water Flow and

Contaminant Transport Model) é um novo modelo baseado no código MODFLOW da USGS. É um modelo único integrando módulos de fluxo e transporte.

MODFLOWT (Version of MODFLOW for Simulating 3D Contaminant Transport) é uma versão melhorada do MODFLOW incluindo pacotes para simulação de transporte de contaminante advectivo-dispersivo.

MODFLOWwin32 (MODFLOW for Windows) tem todas os pacotes do MODFLOW, até os mais recentes, porém com a interface tipo Windows.

MODPATH (3D Particle Tracking Program for MODFLOW) é um pacote para análise do caminhamento de partículas desenvolvido para o pós-processamento do MODFLOW.

MOFAT (Multiphase (water, oil, gás) Flow and Multicomponent Transport Model) simula transporte e fluxo multifásico para até cinco espécies químicas não- inertes.

MS-VMS (MODFLOW-Based Visual Modeling System) também é um programa para modelagem de transporte e fluxo em águas subterrâneas baseado no MODFLOW.

MT3D (A Modular 3D Solute Transport Model) é um dos modelos mais conhecidos para transporte de solutos, capaz de modelar advecção em campos de fluxo transiente e estacionário, dispersão anisotrópica, decaimento de primeira ordem e reações de produção, sorção não-linear e linear. É bastante usado conjuntamente com outros modelos.

PMWIN (Processing Modflow) é um programa ambiente Windows para processar o MODFLOW. Acopla modelos como MODFLOW, MT3D, TE3DMS, RT3D, MOC3D, PMPATH UCOD, PEST.

PRINCE (7 Mass Transport and 3 Flow Models) é um pacote bem conhecido com dez modelos analíticos de águas subterrâneas desenvolvido pela EPA ().

SEAWAT (Three-Dimensional Variable-Density Ground-Water Flow) foi desenvolvido para simular fluxo de água subterrânea de densidade variável e

transporte de soluto em 3D em meios porosos. É uma combinação do

MODFLOW e MT3DMS.

SHARP – realiza análise bidimensional e quase-tridimensional da intrusão marinha, considerando interface brusca e utilizando o método das diferenças finitas. Pode ser utilizado com aqüífero livre, aqüífero confinado ou confinado drenante, ou aqüífero estratificado.

SLAEM / MLAEM (Analytic Element Models – Model Regional Groundwater Flow) é uma família de códigos de modelos de elementos analíticos desenvolvido por Strack (1989). Programas em ambiente Windows.

SOLUTRANS (3D Analytic Solute Transport Model) é um programa ambiente Windows para simulação do transporte de solutos 3D baseado na apresentação de Leij et al.

SUTRA (2D Saturated / Unsaturated Transport Model) é um modelo de transporte de energia e intrusão marinha, para água subterrânea saturada ou não- saturada. Emprega elementos finitos híbridos e diferenças finitas integrada em 2D

para aproximar as equações governantes que descreve os processos de fluxo dependendo da densidade do fluido e transporte de soluto.

SWIFT (3D Model to Simulate Groundwater Flow, Heat, Brine and Radionuclide Transport) é um modelo 3D totalmente transiente para transporte de água salmoura, calor, e fluxo em meios porosos e fraturados.

TWODAN (2D Analytic Ground-Water Flow Model) é um programa de fluxo de água subtterrânea analítico para Windows. É versátil e rapidamente pode-se fazer vários tipos de simulações, com vários poços, barreiras, águas superficiais, heterogeneidade.

O VISUAL MODFLOW é um dos bem conhecido, mundialmente, e de fácil uso para modelagem do meio ambiente em simulações de fluxo de água subterrânea e transporte de contaminantes em 3D. Dispõe de um eficiente sistema de pré e pós processamento integrado aos códigos MODFLOW-2000, MODPATH, ZoneBudget, MT3D/RT3D e WinPEST.

Ainda existem outros vários programas como: PESTAN (Pesticide Transport Model); POLLUTE (Finite-Layer Contaminant Migration Model – Landfill Design); RBCA Tier 2 Analyzer (2D Groundwater Flow and Biodegradation Model); SESOIL (Long-Term Pollutant Fate and Migration in the Unsaturated Zone); SVFlux 2D (Saturated/Unsaturated Automated 2d/3D Seepage Modeling Softaware); SWIM (Soil water infiltration and movement model – simulate soil water balances); VAM2D (2D Variably-Saturated Groundwater Analysis Model); Visual Groundwater (3D Visualization and Animation of Site Data and Modeling Results); VISUAL HELP (Modeling Environment for the US EPA Help Model for Evaluating and Optimizing Landfill Designs); VISUAL PEST (Graphical Model-Independent Parameter Estimation and Optimization); VLEACH (One-Dimensional Finite-Difference Vadose Zone Leaching Model); VS2DT (Flow and Solute Transport in Variably-Saturated; Single-Phase Flow in Porous Media); WHI UnSat Suite (A Compilation of the Most Popular Unsaturated Zone Models) combina os modelos SESOIL, VLEACH, PESTAN, VS2DT e HELP; WinFlow (Analytical Steady-State and Transient Groundwater Flow Model); WinTran (Groundwater Flow and Finite-Element Contaminant Transport Model) (Kumar, 2004).

Nos últimos 20 anos dezenas de modelos foram elaborados, de modo que, para fazer uma boa modelagem, atualmente, não é necessário criar um novo modelo, pode ser feita uma análise criteriosa dos modelos existentes e selecionar o

que se adeque aos objetivos e às disponibilidades de dados, custo e prazo. A grande carência que existe, e os modelos colaboram para realçar isto, são dados confiáveis e em quantidade suficiente, com variabilidade espacial e temporal para poder aplicar os modelos.