AULA AGUAS SUBTERRÂNEAS2017

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

Adaptado da apresentação da Dra.Claudia Varnier



Aquífero



Aquitardo



Aquífero superficial



Aquífero confinado



Lençol freático

Água subterrânea

*

Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona saturada do solo, chamada de aquífero, é dita subterrânea.

*

Segundo Linsley, chama-se aquífero a formação geológica que contém água e esta pode mover-se em quantidades suficientes para permitir um aproveitamento econômico.

*

aquífero: Formação porosa (camada ou estrato) de rocha, areia capaz de armazenar e transmitir água através dos poros.

*

A água no subsolo fica

contida em formações

geológicas consolidadas

ou não, em que os poros

estão saturados de água,

e onde ela possa se

movimentar são

denominadas aquíferos.

*

Os aquíferos têm propriedades ligadas ao armazenamento de água no solo tais como a porosidade, a condutividade hidráulica, a umidade, etc.

*

Chama-se porosidade efetiva a quantidade de água que pode drenar livremente de uma amostra saturada dividida pelo volume da amostra.

*

O solo possui duas zonas distintas: a zona não saturada ou de aeração e a zona saturada

total

Volume

água

Volume







Porosidade   razão entre o volume de vazios e o volume de solo:



Umidade   razão entre o volume de vazios e o volume de água; para condições saturadas, todos os vazios estão preenchidos com água e, portanto, a umidade é dita saturada e se aproxima do valor da porosidade:

total

Volume

vazios

Volume





Algumas propriedades

hidrogeológicas

Fonte: López-Geta et al. (2005)

Quanto tempo a água leva

para sair do aquífero?

Movimento das aguas

subterrâneas

COMO A ÁGUA SUBTERRÂNEA SE

MOVIMENTA?

• Como ocorre o fluxo

da água subterrânea?

– Diferença de potencial

– Tendência de buscar a

situação de menor

energia

• Gradiente hidráulico

(i=

D

h/L)

Movimento das aguas

subterrâneas

zona de recarga

A

B

h

_A

h

_B

A

B

Em aquíferos confinados a água pode estar sob pressão.

O

gradiente hidráulico

indica o deslocamento da

água de um ponto para o outro a uma determinada

unidade de distância

Δh/ΔL: h₁-h₂

L

h₁, h₂ = carga hidráulica L = distância

Fonte: Murck et al. (1996)

P

1

P

2

h

1

h

2

L

i = (h

₁

- h

₂

)/L

i = (40-20)/500 = 0,04

Gradiente Hidráulico

Gradiente hidráulico varia com a paisagem?

P

1

P

2

h

1

h

2

L

i = (h

₁

- h

₂

)/L











L R L

q

ds

q

t

Q

0

)

(

s

Escoamento de base é igual à integral da contribuição subterrânea

para a rede de drenagem ao longo de todo o comprimento (L)

Justificativa do estudo RETIRADA SUPERFICIAL VISÃO MACRO DO LIMITE DE USO RETIRADA SUBTERRÂNEA VISÃO MICRO DO LIMITE DE USO

CRITÉRIOS DE OUTORGA

3

Metodologia para definição de alternativas de critérios de outorga que considerem os usos integrados dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos na macroescala da bacia hidrográfica.

4

avaliar a aplicabilidade do modelo hidrológico na representação em macroescala da interrelação entre os usos superficiais e subterrâneos da água;

avaliar a representação simplificada de aquíferos em modelos hidrológicos;

estudo de caso: bacia do alto rio Paranaíba em Minas Gerais.

4

Fonte: Cleary ( 1989)

Datum (referência) Base do aquífero

Nível d’água

Fluxo da água subterrânea requer o conhecimento de um

gradiente de potencial (

água flui de pontos de

maiores

para

menores

valores, independente de sua direção no espaço

).

PTA = h_p + h_e h_p = potencial de pressão h_e = potencial de elevação ou posição

Potencial Total da Água (PTA) e Carga

Hidráulica

Fluxo horizontal

Fluxo vertical

ascendente

Fluxo da Água Subterrânea

QUANTIFICAÇÃO DO MOVIMENTO DA

ÁGUA SUBTERRÂNEA: LEI DE DARCY

Fluxo (q) = Q

A

Velocidade real

v

_r

= q

n

_ef

q = -K ΔH

ΔL

q = fluxo (L/T) Q = vazão (L3_/T) A = área da amostra

a) q = Q

A

v_r = velocidade real (L/T) q = fluxo (L/T) n_ef = porosidade efetiva (L3_/L3₎

b) q = -K ΔH

ΔL

q = fluxo (L/T) K = condutividade hidráulica (L/T) ΔH = diferença de carga (h₁-h₂) (L) ΔL = distância de manômetros (L)

c) v

_r

= q

n

_ef

Equação de Darcy

Questões:

a) Como a água é armazenada?

b) Para onde a água vai?

c) Qual a velocidade da água para ir do ponto A ao B?

Movimento Advectivo dos Contaminantes



Condutividade Hidráulica K  medida da capacidade de um aquífero conduzir água através do meio poroso; é expressa em m/dia, m/s, mm/h [K = v/(dh/dx)].

*

Condutividade Hidráulica é a não resistência ao fluxo, por exemplo:

*

Na Areia a velocidade do fluxo é maior, então K é maior

*

Na argila a velocidade do fluxo é menor, então o K é menor.

A= l .h v = k . dh/dx dh h l K dx Q         2  1 0 h h L dh h l K dx Q Q = v. A Q = (k.dh/dx).(l.h) Q = k.l.h.dh/dx Integrando: l Q h_{1 h} h₂ L Δh As cargas h₁ e h₂ são avaliadas através de piezômetros  Q = k.l.(h₁2 _{- h} 22)/(L.2)

Aplicação da Lei de Darcy

Aquífero livre



Perda de Carga:

Decréscimo na carga hidráulica causada

pela dissipação de energia (fricção no meio poroso).



Para o aquífero freático:



Nível Freático ou Nível de Água: Altura da água de um aquífero não-confinado, freático ou livre medida num poço de observação.



Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível de água no aquífero freático.

Algumas definições

importantes

1.

Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no

aquífero

livre

. Dados: K= 1 x 10

-3

_{m/s e l = 10m.}

1

2

L= 780m 15m 18m

Imper.

Datum

10m 7m

Exercício

Q = V. A Q =[ K . dh/dx] . A Como: A = l . b , então: Q = K . l . b dh/dx Integrando: As cargas h₁ e h₂ são avaliadas através de manômetros l Q h_{1 h} 2 L Δh b

dh

b

l

K

dx

Q





























2 1 0 h h L

dh

b

l

K

dx

Q

 Q = k.l.b.(h₁ - h₂)/L

Aplicação da Lei de Darcy

Aquífero confinado



Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso).



Para o aquífero Confinado:



Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica: Altura da água de um aquífero confinado medida num piezômetro em relação ao fundo do aquífero (z + P/).



Superfície Piezométrica: Superfície cujos pontos estão em elevação igual à altura piezométrica.

Algumas definições

importantes



Trasmissividade T  taxa volumétrica de fluxo através de uma secção de espessura “b”.

T = K . b

Onde: T é a coeficiente de transmissividade (m2_/s)

K é a condutividade hidráulica (m/dia; m/s); b é a espessura do aquífero confinado (m).

2.

Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no

aquífero

confinado

. Dados: K= 1 x 10

-3

_{m/s e l}

₌

10m.

Imper.

Datum

1

2

L= 780m 10m 13m 5m

Exercício

*

Poço é uma obra de engenharia regida por norma técnica destinada a captação de água do aquífero;

*

Quando iniciamos o bombeamento de um poço, ocorre um rebaixamento do nível da água do aquífero, criando um gradiente hidráulico (uma diferença de pressão) entre este local e suas vizinhanças.

*

Este gradiente provoca o fluxo de água do aquífero para o poço, enquanto estiver sendo processado o bombeamento.

*

A condição de exploração permanente (Q=cte) dá-se quando a vazão de exploração é igual a vazão do aquífero para o poço;

*

Se o bombeamento parar, o nível d’água retorna ao nível original (recuperação).

REPRESENTAÇÃO DO FLUXO DA ÁGUA

SUBTERRÂNEA

Mapa Potenciométrico

Linhas Equipotenciais

+

Linhas de Fluxo

• Linhas equipotenciais

 Traçado unindo pontos que possuem o mesmo potencial total de água ou carga hidráulica.

• Linhas equipotenciais:

define as cargas hidráulicas do meio

• Linhas de fluxo:

define o caminho da água no aquífero

• Tubo de fluxo:

volume/área

compreendido(a) entre duas linhas de fluxo

Poço Cota (m) NA (m) Carga Hidráulica (m) P1 120 5 115 P2 122 6 116 P3 124 7 117

-

=

No campo:

•

Medição dos níveis

d’água (NA) dos

poços

•

Topografia (para

normalizar todos os

poços em relação

ao

datum

)

•

Cálculo da carga

hidráulica

Elaboração de mapa

potenciométrico

760 780 ₇₈₀ poço rio 777 765 761 755 782 752 N 0 100 m Curvas ou Linhas Equipotenciais Fonte: Iritani (2006) Direção de Fluxo

Mapa potenciométrico

1800 1900 2000 2100 7000 7100 7200 7300 7400 7500

Fonte: Viviani Lima (2007)

Linhas equipotenciais

Fonte: Cleary (1989)

Movimento da água em área

de recarga

Linhas de fluxo Linhas

equipotenciais

Fonte: Cleary (1989)

Movimento da água em área

de descarga

•

Posição de filtros em poços

•

Corpos de água superficial

•

Heterogeneidade do aquífero

•

Exagero vertical

•

Densidade de informação

Geometria das Linhas

Fonte: Saines (1981)

Interpretação incorreta das linhas

de fluxo ocasionada pela posição

dos filtros dos poços

Geometria das Linhas

Fonte: Saines (1981)

*

Mapa corrigido,

excluindo-se

poços com filtros

mal posicionados

Altitude da superfície do Lago

Interação lago-aquífero

O lago conectado ao

aquífero define uma linha

potenciométrica

Incorreto

Fonte: Davis & De Wiest (1966)

Altitude da superfície do Lago

Correto

Geometria das Linhas

Fonte: Fetter (2001)

Formato das

equipotenciais ao cruzar

uma drenagem

Geometria das Linhas

Superfície potenciométrica Q

Bombeamento de poços –

alteração da superfície

potenciométrica

Situações que influenciam as

Linhas de Fluxo

Linhas equipotenciais afetadas pelo bombeamento

de um poço

Fonte: Spitz & Moreno (1996)

Geometria das Linhas