UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
Juliane Sapper Griebeler
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA EM
AQUÍFERO COSTEIRO URBANO SOB INFLUÊNCIA DA MARÉ E
ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS
Frederico Westphalen, RS
2016
Juliane Sapper Griebeler
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA EM AQUÍFERO COSTEIRO URBANO SOB INFLUÊNCIA DA MARÉ E ESTRUTURAS
SUBTERRÂNEAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM/RS) como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheira Ambiental e Sanitarista.
Orientadora: Prof. Dra. Malva Andrea Mancuso
Frederico Westphalen, RS 2016
DEDICATÓRIA
Aos meus pais Marcos e Iara, minha irmã Gabriela, meus apoiadores, motivadores e porto seguro.
Dedico também a todos os professores que compartilharam seus conhecimentos durante esta jornada, em especial a minha orientadora Malva Andrea
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus pela força e energia para superar as dificuldades e iluminar minha caminhada.
À minha Orientadora Professora Malva Mancuso pela atenção, confiança e ensinamentos, contribuindo para a evolução das pesquisas e realização deste trabalho. Agradeço também o carinho, a convivência e amizade.
À todos os professores desta universidade que me acompanharam durante a formação, oportunizando novos desafios, experiências e conhecimento.
Agradeço aos meus pais e minha irmã pelo apoio, incentivo e amor incondicional.
Enfim, agradeço a todos que de uma forma ou de outra fizeram parte desta etapa importante da minha vida.
“If you can dream it, you can do it.” “Se podemos sonhar, também podemos tornar nossos sonhos realidade.”
RESUMO
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA EM AQUÍFERO COSTEIRO URBANO SOB INFLUÊNCIA DA MARÉ E ESTRUTURAS
SUBTERRÂNEAS
AUTORA: Juliane Sapper Griebeler
ORIENTADORA: Profª. Dra. Malva Andrea Mancuso
A geotermia é uma forma de suprir a lacuna para a diversificação da matriz energética. O presente estudo visa aproveitar a energia de baixa entalpia em aquífero costeiro urbano, tendo por objetivo avaliar o comportamento da temperatura no aquífero localizado nas margens do Rio Tejo (Lisboa, Portugal), considerando sua variabilidade térmica espacial e temporal resultante da influência da maré e estruturas subterrâneas. Os dados são provenientes de estudos já realizados na área, sendo selecionados para análise dados de pico de maré alta e maré baixa. O processamento desses dados foi realizado por interpolação no software GMS 9.0.3 da Aquaveo. As temperaturas analisadas estavam compreendidas entre 17,30⁰C e 20,94⁰C. As temperaturas aumentam e se estabilizam quanto maior a profundidade. A variabilidade espacial foi analisada em três zonas (superior, intermediária e base). A zona superior apresentou as menores temperaturas em relação as outras camadas para os mesmos poços monitorados. A comparação entre a zona superior e a intermediária permitiu certificar a influência das estruturas subterrâneas na hidrodinâmica do aquífero, afetando o comportamento termal principalmente na zona superior. A litologia pode influenciar na distribuição térmica. Os locais de ocorrência de afloramento basáltico apresentaram temperaturas mais elevadas em relação as outras da mesma camada, já os locais de base calcária apresentaram as menores temperaturas. A análise temporal resultou na percepção da influência das marés na zona superior, reduzindo sua influência ao longo da profundidade. Quanto a aplicação da geotermia na área de estudo, as temperaturas possibilitam a instalação de bombas de calor geotérmico.
ABSTRACT
ANALYSIS OF TEMPERATURE BEHAVIOR IN URBAN COASTAL AQUIFER UNDER THE INFLUENCE OF TIDE AND UNDERGROUND STRUCTURES
AUTHOR: Juliane Sapper Griebeler ADVISOR: Profª. Dra. Malva Andrea Mancuso
Geothermal energy is a way of bridging the gap for energy matrix diversification. The aim of this study is to evaluate the behavior of the temperature in the aquifer located on the banks of the Tejo River (Lisbon, Portugal), considering its spatial and temporal thermal variability resulting from the influence of the tide and underground structures. The data come from studies already carried out in the area. High tide and low tide data were selected for analysis. The processing of this data was performed by interpolation in Aquaveo GMS 9.0.3 software. The temperatures analyzed were between 17.30⁰C and 20.94⁰C. Temperatures increase and stabilize the greater the depth. Spatial variability was analyzed in three zones (upper, intermediate and base). The upper zone showed the lowest temperatures in relation to the other layers for the same wells monitored. The comparison between the upper and intermediate zones allowed to certify the influence of subterranean structures on the hydrodynamics of the aquifer, it affects the thermal behavior mainly in the upper zone. Lithology may influence the thermal distribution. The sites of occurrence of basaltic outcropping presented higher temperatures in relation to the others of the same layer, whereas the limestone sites had the lowest temperatures. The temporal analysis resulted in the perception of the influence of the tides in the upper zone, reducing its influence along the depth. Concerning the application of geothermal energy in the study area, temperatures allow the installation of geothermal heat pumps.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Previsão de redução de custos de tecnologias geotérmicas para
aquecimento e resfriamento entre 2012 e 2030. ... 18 Figura 2 - Diagrama de Lindal. ... 20 Figura 3 - Distribuição dos usos diretos de aproveitamento em relação a capacidade total instalada no mundo em 2015 ... 22 Figura 4 - Distribuição dos usos diretos em relação a capacidade total instalada no mundo em 2015, sem considerar o uso de bombas de calor geotérmico ... 23 Figura 5 – Evolução da capacidade geotérmica mundial instalada, no período de 1995 a 2015, referentes a usos diretos ... 24 Figura 6 - Esquema geológico de Portugal continental com suas ocorrências termais. ... 25 Figura 7- Localização da área de estudo ... 28 Figura 8 – Representação tridimensional das estruturas subterrâneas construídas e composição geológica do aquífero de Alcântara ... 29 Figura 9 – Localização dos poços de monitoramento térmico instalados no bairro de Alcântara, Lisboa (Portugal). ... 31 Figura 10 – Sondas multiparamétricas e barométrica utilizadas para a coleta de dados. ... 32 Figura 11 – Representação da localização de dados de temperatura nos eixos X e Y medidas e estimadas a partir da temperatura da água superficial e de poços de monitoramento térmico. ... 36 Figura 12 – Comportamento térmico da zona superior do aquífero costeiro de
Alcântara durante a maré alta do Rio Tejo ... 46 Figura 13 - Comportamento térmico da zona superior do aquífero costeiro de
Alcântara durante a maré baixa do Rio Tejo ... 47 Figura 14 - Comportamento térmico da zona intermediária do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré alta do Rio Tejo ... 50 Figura 15 - Comportamento térmico da zona intermediária do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré baixa do Rio Tejo ... 51 Figura 16 - Comportamento térmico da zona de base do aquífero costeiro de
Alcântara durante a maré alta do Rio Tejo ... 54 Figura 17 - Comportamento térmico da zona de base do aquífero costeiro de
Alcântara durante a maré baixa do Rio Tejo ... 55 Figura 18 – Resultado da subtração de temperaturas do aquífero, observadas nas marés alta e baixa na zona superior (cota de base -3,30 m) ... 58 Figura 19 – Resultado da subtração de temperaturas do aquífero, observadas nas marés alta e baixa na zona intermediária (cota de base -10,20 m) ... 59 Figura 20 – Resultado da subtração de temperaturas do aquífero, observadas nas marés alta e baixa na zona de base (cota de base -24,00 m) ... 60
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Modelo de classificação geotérmica segundo a entalpia ... 18 Tabela 2 - Usos diretos de calor geotermal em Portugal (até 31 de dezembro de 2014). ... 27 Tabela 3 – Poços de monitoramento térmico do aqupifero costeiro urbano de
Alcântara, Lisboa (Portugal) ... 32 Tabela 4 - Localização dos instrumentos de medição e data de coleta dos dados hidrogeotérmicos ... 34 Tabela 5 – Cotas de base e superior e espessura consideradas para as camadas do aquífero na análise térmica ... 35 Tabela 6- Temperaturas e níveis das águas subterrâneas observados na coluna de água no aquífero aluvionar costeiro durante as marés alta e baixa. ... 39 Tabela 7- Temperaturas e níveis observados na coluna de água no aquífero
aluvionar costeiro durante as marés alta e baixa ... 41 Tabela 8 - Variabilidade térmica entre maré alta e maré baixa na coluna de água dos piezômetros durante os picos de maré (Tmaréalta-Tmarébaixa) ... 56
Tabela 9 - Variabilidade térmica entre maré alta e maré baixa na coluna de água no dia de pico (Tmaréalta-Tmarébaixa). Valores ajustados para representar as zonas de base,
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 11 2. OBJETIVOS ... 13 2.1 OBJETIVO GERAL ... 13 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 13 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14 3.1 AQUÍFERO COSTEIRO ... 14
3.2 TEMPERATURA COMO REFERÊNCIA ... 15
3.3 GEOTERMIA ... 16
3.3.1 Classificação dos recursos geotérmicos ... 18
3.3.2 Geotermia de baixa entalpia ... 19
3.4 APROVEITAMENTO ... 20
3.5 GEOTERMIA NO MUNDO ... 23
3.5.1 Geotermia em Portugal ... 24
3.6 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 27
4. METODOLOGIA ... 31
4.1 SELEÇÃO DE DADOS ... 31
4.2 PROCESSAMENTO DOS DADOS ... 35
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 38
5.1 COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ... 38
5.2 VARIABILIDADE ESPACIAL DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE BAIXA ENTALPIA ... 39
5.2.1 Análise da camada superior ... 43
5.2.2 Análise da camada intermediária ... 48
5.2.3 Análise da camada base ... 52
5.3 VARIABILIDADE TEMPORAL DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE BAIXA ENTALPIA ... 56
6. CONCLUSÕES ... 62
1. INTRODUÇÃO
Em virtude da demanda por aumento da malha energética mundial, existe uma constante busca por novas tecnologias afim de aproveitar os recursos naturais renováveis localmente disponíveis. A temperatura presente tanto no solo como na água, vem sendo considerada como uma possibilidade para suprir demandas urbanas de energia, em menor escala (RABELO et al., 2002).
O calor presente no solo e nas águas subterrâneas pode ser utilizado visando o aproveitamento térmico de baixa entalpia. Nesse caso, trata-se de temperaturas inferiores a 90°C, de acordo com a classificação proposta por Muffler et al. (1978).
Em zonas urbanas, essa energia tem sido utilizada por meio de sistemas de aproveitamento térmico direto para o aquecimento e resfriamento de ambientes, por meio de bombas de calor geotérmico. Estas demandam condições mínimas de uso, como valores de temperatura da água compreendidos entre 4 e 30 ºC, podendo ser aplicado em qualquer país do mundo (ROCHA, 2011).
No entanto, antes do investimento em um projeto inicialmente tão oneroso, faz-se necessário o estudo do potencial prefaz-sente na área em que futuramente o empreendimento será implantado.
A área selecionada para a realização deste estudo foi o bairro de Alcântara, localizado nas margens do Rio Tejo, Lisboa (Portugal). Trata-se, portanto, de um aquífero costeiro urbano.
As áreas costeiras costumam estar entre as áreas mais densas do mundo, também hospedam os mais importantes destinos turísticos e as maiores concentrações industriais. Essas características tornam a exploração dos recursos geotermais nessas áreas ainda mais atraentes e necessárias (MASCIALE et al., 2015).
Considerando a localização costeira dos sistemas subterrâneos tem-se que se observar a influência das marés na interação entre água subterrânea e a água de superfície. Na área de estudo, Mancuso et al. (2011; 2016) apontam que os níveis de água do aquífero são influenciados pelo efeito de propagação das ondas de marés, que atingem as águas do Rio Tejo na zona do estuário.
Neste estudo, pretende-se avaliar a variabilidade térmica espaço-temporal no aquífero costeiro urbano de Alcântara (Portugal), com vista a um futuro aproveitamento de energia geotérmica de baixa entalpia em área urbana.
2. OBJETIVOS
Os objetivos gerais e específicos do presente trabalho são:
2.1 OBJETIVO GERAL
Avaliar o comportamento da temperatura no aquífero costeiro urbano localizado nas margens do Rio Tejo (Lisboa, Portugal), considerando a variabilidade térmica espacial e temporal resultante da influência da maré.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Desenvolver o modelo conceitual hidrogeológico de aquífero costeiro, com foco especial no comportamento térmico das águas subterrâneas;
2. Avaliar a variabilidade espacial do potencial energético de baixa entalpia visando sua utilização e;
3. Avaliar a variabilidade temporal horária do potencial energético de baixa entalpia, considerando as temperaturas máximas e mínimas, e indicando zonas para o aproveitamento.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 AQUÍFERO COSTEIRO
Os aquíferos costeiros possuem características específicas decorrentes da interação entre água subterrânea e água do mar, elas incluem contraste de densidade em função da mistura de água doce e salgada e também em função da flutuação de água subterrânea como resposta a variação da maré (KIM et al., 2008).
Considerando sua geologia, Melloul et al. (1997) apontam que frequentemente aquíferos costeiros, principalmente os localizados próximos a regiões vulcânicas, devido aos derramamentos de lava, são constituídos de camadas com propriedades hidráulicas variadas que dificultam o monitoramento.
Devido aos excessivos bombeamentos de água subterrânea em regiões costeiras, Taniguchi (2000) ressalta a importância de avaliar a interface água salgada-água subterrânea em função da intrusão da salgada-água salgada nessas fontes de salgada-água doce.
A intrusão de água salgada faz com que sejam necessárias leis mais restritivas que limitam o uso da água subterrânea proveniente de regiões costeiras. Isto torna-se um obstáculo para o detorna-senvolvimento de recursos geotérmicos nessas áreas (MASCIALE et al., 2012).
Giordana et al. (2006) indicam que medidas políticas foram implantadas em alguns países visando evitar a degradação dos recursos hídricos costeiros ou até mesmo para resolver a problemática da intrusão de água salgada.
Essa intrusão não é problema apenas para a qualidade de água a ser consumida. A salinidade afeta também os materiais e equipamentos a serem instalados para que se tenha o aproveitamento térmico proveniente de regiões costeiras, estes devem ser resistentes a corrosão (ANTONELLINI et al., 2012).
Werner et al. (2011) colocam que vários métodos de gestão pública podem ser empregados para que se garanta a proteção contra a deterioração da qualidade da água e da redução de armazenamento. Indica ainda que métodos combinados podem ser ainda mais eficientes para apoiar estratégias para futura gestão do aquífero e boa operação do mesmo.
3.2 TEMPERATURA COMO REFERÊNCIA
O parâmetro condutividade elétrica é o indicador mais comum para estudos envolvendo ocorrência e intrusão de água salgada em aquíferos costeiros, ao passo que a temperatura é um traçador útil para estudos referentes a água subterrânea (ANDERSON, 2005).
O mesmo autor informa que a utilização do calor e a temperatura como traçadores para estimar os fluxos subterrâneos são assuntos de publicações das décadas de 60 e 70, e que, no entanto, recentemente, pesquisadores estão com interesse renovado no assunto pois o avanço tecnológico em sensores de temperatura e data loggers permite um monitoramento contínuo e remoto para coleta de informações, além disso foram aprimorados os simuladores de fluxo hídrico e transporte de calor.
Na mesma linha de Anderson (2005), Taniguchi (2000) afirma que os dados de temperatura provenientes de poços são úteis e confiáveis para avaliar a presença de águas salgadas na região costeira, adiciona ainda que este parâmetro é uma alternativa econômica aos métodos tradicionais.
Kim et al. (2008) também consideram que a variação de temperatura, bem como o tempo de resposta as flutuações de maré para diferentes profundidades fornecem o referencial para o entendimento da dinâmica hidrológica de aquíferos costeiros
Taniguchi (2000) explica que os perfis de temperatura de profundidade podem ser usadas para estimar fluxos de água subterrânea, porque a temperatura no subsolo é transportado não só pela condução de calor, mas também por processos de advecção de calor ocasionados pelo fluxo de águas subterrâneas.
Vandenbohede et al. (2014) apontam que a medições de temperatura podem ser aplicadas para a caracterização de recargas naturais ou artificias e para aferir a interação entre massas de água superficiais e subterrâneas. O autor explica que a recarga do aquífero pode influenciar na variação da temperatura do mesmo, desta forma a temperatura atua como marcador potencial para a caracterização da recarga e como indicador do fluxo da água.
3.3 GEOTERMIA
Rocha (2011), conceitua geotermia ou energia geotérmica, como “o calor da Terra”, ela destaca que este é o “termo genérico que se utiliza para designar a energia, ou calor, proveniente do interior da Terra”. A definição vem do termo “Geo” que significa Terra, enquanto “térmica” está relacionado com a quantidade de calor. Desta forma, “energia geotérmica é literalmente o calor contido no interior da Terra o qual gera um fenômeno geológico à escala planetária” sendo que as nascentes termais e as fumarolas são manifestações exteriores desta fonte de energia.
De acordo com Rabelo et al. (2002), a energia geotérmica é uma das fontes mais limpas e renováveis, que pode substituir combustíveis fósseis e assim gerar benefícios econômicos e principalmente ambientais.
European Technology Platform on Renewable Heating & Cooling (2012) assume como definição de energia geotérmica a energia armazenada na forma de calor sob a superfície terrestre. O autor aponta que essa energia pode ser encontrada com diferentes valores de temperatura no solo e nos aquíferos freáticos, dependendo da profundidade e da geologia local.
Na mesma linha das definições anteriores o Intergovernmental Panel on Climate Change (2012) assinala que os recursos geotérmicos consistem na energia térmica a partir do interior da Terra armazenada em rocha e presa no vapor ou água em seu estado líquido, e são usados para a geração de energia elétrica em usinas de energia térmica ou em outras aplicações domésticas e agroindustriais que demandam calor.
Além de variáveis aplicações, destacam-se algumas das vantagens da energia geotérmica em relação a outras formas de energia Rocha (2011), Masciale et al. (2015) e o Intergovernmental Panel on Climate Change (2012):
Possui grande potencial de aproveitamento de calor (pode ser utilizada em ampla faixa de temperatura);
Ampla escala de aproveitamento temporal (esta energia é considerada inesgotável à escala humana);
Forma de produção contínua (sem dependência de fatores externos como precipitação e radiação solar, por exemplo);
Independência energética de outros países (trata-se de um recurso endógeno) e;
É uma forma de energia limpa (o que acarreta na redução do efeito estufa provocado pelas emissões de dióxido de carbono e, consequentemente, na atenuação das alterações climáticas).
Essas vantagens são explicadas pelo fato do calor do reservatório ativo ser continuamente restaurado pela produção de calor natural, condução e convecção das regiões próximas mais quentes, assim como o fluido geotérmico extraído é reabastecido por recarga natural e por reinjeção de fluido Intergovernmental Panel on Climate Change (2012).
O Intergovernmental Panel on Climate Change (2012) ainda afirma que a mudança climática não tem impactos significativos sobre a eficácia da energia geotérmica.
Contudo, de acordo com European Technology Platform on Renewable Heating & Cooling (2012) questões técnicas sobre aspectos ambientais e sustentabilidade ainda precisam ser esclarecidas e tornadas públicas para que seja desenvolvida uma legislação específica sobre os usos geotermais.
Mesmo com vantagens e sendo competitiva sobre certas condições, ainda se faz necessário a redução de custos do uso de tecnologias geotermais, conforme aponta European Technology Platform on Renewable Heating and Cooling (2014) prevendo reduções niveladas dos custos até 2030 (Figura 1).
Figura 1 – Previsão de redução de custos de tecnologias geotérmicas para aquecimento e resfriamento entre 2012 e 2030
Fonte: Adaptado de European Technology Platform on Renewable Heating and Cooling (2014).
3.3.1 Classificação dos recursos geotérmicos
São vários os critérios de classificação dos sistemas, entre eles estão os que se baseiam na profundidade da exploração (rasa e profunda) e na entalpia do fluido (baixa, intermediária e alta) (ROCHA, 2011).
Dickson et al. (2004) apresentam um modelo de classificação geotérmica segundo a entalpia (Tabela 1), entretanto, observa-se que distintos autores classificam a entalpia de forma diferente.
Tabela 1 – Modelo de classificação geotérmica segundo a entalpia Autores Muffer e Cataldi (1978) Hochstein (1990) Benderitter e Cormv (1990) Nicholson (1993) Axelsson e Gunnlaugsson (2000) Classificação Baixa Entalpia <90 ºC <125 ºC <100 ºC ≤150 ºC ≤190 ºC Entalpia Intemediária 90 ºC -150 ºC 125 ºC -225 ºC 100 ºC -200 ºC - - Alta Entalpia >150 ºC >225 ºC >200 ºC >150 ºC >190 ºC Fonte: Adaptado de Dickson, et al. (2004).
Recentemente, a European Technology Platform on Renewable Heating & Cooling ( 2012) separou a energia geotermal em três fontes principais, sendo as duas primeiras para aquecimento e resfriamento e a terceira para geração de energia elétrica. São elas:
Temperaturas muito baixas, de até 30 ºC. Fonte baseada em temperaturas de solo e aquíferos freáticos relativamente estáveis com profundidades rasas (geralmente limitadas a 400 m). Nesses casos costumam ser empregadas bombas de calor para extrair energia e elevar a temperatura para os níveis requeridos pelos sistemas de aquecimento;
Temperaturas baixas a médias, entre 30 ºC e 100 ºC. O calor é extraído do solo e aquífero freático a temperatura e profundidades maiores e; Temperaturas altas, maiores de 100 ºC a cerca de 300 ºC. Usada
principalmente para geração de energia elétrica ou para eventuais processos industriais que demandam altas temperaturas, porém a temperatura residual pode ser aplicada no aquecimento.
Outra forma de classificação é referente ao uso. Este pode ser dividido visando a produção de energia elétrica ou para usos não-elétricos denominados de usos diretos, Unione Geotermica Italiana e Consiglio Nazionale dei Geologi (2007).
3.3.2 Geotermia de baixa entalpia
Rocha (2011) aponta que historicamente a energia geotérmica de baixa entalpia foi utilizada para usos diretos, sobretudo na cocção de alimentos e na balneoterapia. Atualmente, também é utilizada com estas finalidades, entretanto, com os avanços tecnológicos e apesar da atual baixa eficiência, é usada na transformação de energia térmica em elétrica, onde tem ganhado espaço, principalmente de caráter experimental, para vir a ser utilizada na produção de energia elétrica.
Em termos de aproveitamento, a geotermia de baixa entalpia faz utilização direta do calor da terra, sendo empregado no aquecimento de casas, estufas, piscinas e em algumas funções industriais.
3.4 APROVEITAMENTO
Os registros de aproveitamento direto dos fluidos geotérmicos para aquecimento doméstico apontam para a Islândia como o país que começou a utilizar com sucesso a água quente para esta finalidade, bem como na mesma época, em Larderello, Itália, utilizava-se o vapor para aquecimento de habitações e abastecimento de água quente (DICKSON et al., 2004).
As fontes de águas de subsolo constituem reservas de significativas potencialidades com distintos modos de uso. Dentre as opções cabíveis existem usos diretos, como residencial e industrial visando o aquecimento, além da recreação por meio de parques termais. Tem-se também a aplicação de uso direto por meio das bombas de calor geotérmico.
As águas oriundas do subsolo, principalmente quando estas possuem temperaturas mais elevadas, também podem ser utilizadas como fonte de energia elétrica, contribuindo para a diversidade energética do país.
A aplicação desse tipo de energia depende fortemente da temperatura atingida pelo fluido ao chegar na superfície. Como referência para essas utilizações tem-se o Diagrama de Lindal (1973).
Figura 2 - Diagrama de Lindal
Através do Diagrama de Lindal é possível verificar que mesmo com pequenos valores da temperatura da água, pode-se utilizar esta. Percebe-se também a diversidade de aplicações possíveis por meio desse recurso que está em crescente exploração.
Estudos mais recentes apontam para o desenvolvimento de métodos experimentais para a geração de energia elétrica através de fluidos geotérmicos abaixo dos 100 ºC em sistemas geotérmicos naturais ou em sistemas geotérmicos estimulados.
Masciale et al. (2015) baseado em pesquisas de Unione Geotermica Italiana e Consiglio Nazionale dei Geologi (2007), Lund et al. (2010) e Oldmeadow et al. (2011) enfatizam o crescente interesse para aproveitamento direto dessa energia, pois com os avanços na área ampliaram-se as possibilidades de uso direto, como exemplo citam os usos nos setores residencial, industrial e comercial, assim como em balneários, para aquecimento e resfriamento de espaços, aquecimento de estufas, processos industriais e bombas de calor.
Rocha (2011) divide a forma de aproveitamento dos recursos geotérmicos de acordo com a tecnologia utilizada para aproveitamento em dois tipos:
A tecnologia do reservatório: envolve a descoberta e caracterização dos reservatórios geotérmicos, captação e transporte do calor dos reservatórios para superfície. São os sistemas hidrotermais naturais;
A tecnologia de superfície: consiste no processo de transformação e/ou uso direto do calor transportado pelo fluído geotérmico do reservatório para a superfície através de furos. Na maioria das vezes este transporte é direto, ou então, pode ser de forma secundária por meio da circulação de um fluído binário nas rochas do reservatório.
Dentre as opções para usos diretos, podem ser observadas as distribuições das atuais aplicações desta forma de exploração da energia geotermal (Figura 3 e 4). As informações são de escala global e referentes ao ano de 2015.
Figura 3 - Distribuição dos usos diretos de aproveitamento em relação a capacidade total instalada no mundo em 2015
Fonte: Adaptado de Lund et al. (2015).
É evidente a expressiva utilização de bombas de calor geotérmico dentro dos usos diretos, representando 70,95 % das aplicações (LUND et al., 2015).
Masciale et al. (2015) incentivam a instalação de bombas de calor para águas subterrâneas em ambientes costeiros de aquíferos rasos pois eles não demandam poços profundos, tornando o sistema economicamente conveniente, uma vez que permitem economia de energia no bombeamento.
A Figura 4 apresenta a porcentagem dos usos diretos sem a utilização das bombas de calor, onde se percebe que a balneoterapia ocupava quase metade (44,74 %) do campo de aplicação da energia geotermal, em escala mundial em 2015.
70,95% 10,74% 2,60% 0,99% 0,23% 0,87% 13,00%
0,51% 0,11% Bombas de calor geotérmico
Aquecimento de espaços Aquecimento de estufas Aquicultura Secagem agrícola Usos indústriais Balneoterapia
Resfriamento / derretimento da neve Outros
Figura 4 - Distribuição dos usos diretos em relação a capacidade total instalada no mundo em 2015, sem considerar o uso de bombas de calor geotérmico
Fonte: Adaptado de Lund et al. (2015).
3.5 GEOTERMIA NO MUNDO
Segundo dados compilados por Lund et al. (2015), para usos diretos, observa-se uma ampliação da capacidade geotérmica mundial instalada, que passou de 8664 MWt (Megawatt térmico) em 1995 para 70329 MWt em 2015, representando um aumento de 61665 MWt em 20 anos (Figura 5).
36,98% 8,96% 3,40% 0,79% 2,99% 44,74% 1,76% 0,39% Aquecimento de espaços Aquecimento de estufas Aquicultura Secagem agrícola Usos indústriais Balneoterapia
Resfriamento / derretimento da neve Outros
Figura 5 – Evolução da capacidade geotérmica mundial instalada, no período de 1995 a 2015, referentes a usos diretos
Fonte: Adaptado de Lund et al. (2015).
3.5.1 Geotermia em Portugal
A geotermia em Portugal tem aplicação tanto para uso direto como para produção de eletricidade. Este último, no entanto, restringe-se a Ilha de São Miguel, localizada no arquipélago de Açores. Já para usos diretos as opções são as bombas de calor geotérmico, o aquecimento de estufas e o uso em termas e spas (CARVALHO et al., 2015).
Para a porção continental, Carvalho et al. (2015) afirmam que a exploração geotérmica tem sido bastante estável durante o período de 2010-2015, indicando que não há perspectivas de novos projetos significativos de uso direto. Os autores acrescentam que as principais fontes geotérmicas estão localizadas nas proximidades de spas já existentes. 8664 15145 20269 48493 70329 y = 4946e0,5352x R² = 0,9789 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 1995 2000 2005 2010 2015 CA PA CID A D E (MWT ) TEMPO
Figura 6 - Esquema geológico de Portugal continental com suas ocorrências termais
Fonte: Adaptado de IGM (1998) apud Bioenergiacates (2011).
Por sua vez, para bombas de calor geotérmico, segundo Carvalho et al. (2015), Portugal tem um potencial enorme, porém não explorado. Os autores explicam que até 2014 haviam 13 instalações registradas, mas que o cenário tende a mudar em função de uma nova legislação que visa regular operações geotérmicas superficiais obrigando o registro de novas instalações de bombas de calor geotérmico. Isto
permitirá melhorar a qualidade das operações visto que os dados estatísticos serão mais realistas para novas instalações.
No entanto, no setor residencial, há um bom número de pequenas instalações implantadas a cada ano, porém, segundo Carvalho et al. (2015), estas não são registradas.
Em decorrência de sua localização, Portugal, assim como outros países mediterrâneos, possui necessidade de aquecimento e resfriamento. Para facilitar o uso de um mesmo sistema para ambas as necessidades, as bombas de calor geotérmico são reversíveis, produzindo calor e frio (CARVALHO et al. (2015).
Os mesmos autores informam que os custos de geração de energia geotérmica são extremamente competitivos nos Açores, permitindo economias significativas, pois devido à sua remota localização ocorrem descontinuidades entre os 9 sistemas de produção elétricos tradicionais, insulares. O Arquipélago de Açores permite geração de energia desde 1980, em função das altas temperaturas da água, que deriva do fato das ilhas estarem localizadas em região vulcânica, entre a junção das placas tectônicas da América do Norte, Eurásia e Africana.
No que diz respeito aos usos diretos em Portugal Continental e no Arquipélago de Açores, Carvalho et al. (2015) apontam que não ocorreu mudança significativa após os resultados de estudos de Cabeças et al. (2010), Carvalho et al. (2005) e Lourenço et al. (2005) que indicam que os principais usos diretos estão restritos a pequenas operações para aquecimento urbano, aquecimento de estufas e, em maior quantidade a balneoterapia (cerca de 24 spas/banhos termais que tem temperatura de saída da água de 25 ºC a 76 ºC).
Tabela 2 - Usos diretos de calor geotermal em Portugal (até 31 de dezembro de 2014)
Uso Capacidade instalada
(MWt)
Energia usada anualmente (TJ/yr = 1012 J/yr) Aquecimento individual de espaços
Aquecimento direto 4,9 95,3
Resfriamento
Aquecimento de estufa 1 12,4
Pscicultura
Aquecimento para animais Secagem agrícola
Aquecimento em processos indústriais Derretimento de neve
Banhos 14,3 280,5
Outros usos
Subtotal 20,2 388,2
Bombas de calor geotermal 15 90
TOTAL 35,2 478,2
Fonte: Adaptado de Carvalho et al. (2015).
3.6 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo está localizada em Alcântara, região costeira da cidade de Lisboa, no oeste de Portugal, hemisfério norte ( Figura 7). Ela consiste em um aquífero sedimentar livre localizado entre o rio Tejo e o afloramento de rocha vulcânica e rocha calcária. Sua base é o de Complexo Vulcânico de Lisboa, composto por basaltos, e parcialmente ao norte por calcários compactos, segundo Almeida (1986) apud Mancuso et al. (2011).
Figura 7- Localização da área de estudo
Fonte: Autor.
A freguesia está localizada sobre sedimentos aluvionares, depositados pelo Rio Tejo e pelo Caneiro de Alcântara. Este meio compõe o aquífero livre, com espessura saturada de até 40 m.
A área tem o seu espaço subterrâneo construído, com elementos como estacionamentos, canais pluviais, estação de bombeamento, docas e túneis. (MANCUSO, 2014) (Figura 8).
Figura 8 – Representação tridimensional das estruturas subterrâneas construídas e composição geológica do aquífero de Alcântara
Fonte: Mancuso (2014).
A área possui duas docas denominadas doca de Santo Amaro e doca de Alcântara que é mais extensa em relação a de Santo Amaro. Por sua vez, o Caneiro de Alcântara, que atravessa de oeste para leste a área de estudo, é um canal pluvial localizado em subsuperfície, com interação direta com as águas do Rio Tejo.
A espessura do aquífero atinge de cerca de 55 m, perto da doca de Santo Amaro e do Caneiro de Alcântara, diminuindo para o oeste (até 15 m) e para o leste (até 11 m), perto da doca de Alcântara (MANCUSO et al., 2011).
O clima do local é mediterrâneo, influenciado pela corrente do Golfo, com uma temperatura média de 17 ºC, temperaturas máximas superiores a 27 ºC em julho e agosto, e temperaturas mínimas de 11,3 ºC em janeiro. Para precipitação pluviométrica, tem-se um valor médio anual de 726 mm, com dezembro sendo o mês mais chuvoso (121,8 mm) e julho o mais seco (6,1 mm) (MANCUSO et al., 2016).
O aquífero possui estratigrafia vertical com porosidade granular, composto principalmente por camadas de areias médias a finas, apresentando alguns trechos com pequenos seixos, fragmentos de rochas, níveis areno-argilosos e argilo-arenosos. Em proximidade ao rio Tejo e o Caneiro de Alcântara, canalizado em subsuperfície, observam-se níveis de argilas lodosas intercaladas (MANCUSO et al., 2008; 2009; 2010).
Mancuso et al. (2016) apontam que as águas subterrâneas próximas a costa, são influenciadas pela flutuação de água do rio Tejo, que está sob a influência das marés do Oceano Atlântico que atinge o rio a partir do seu estuário. As águas subterrâneas são também influenciadas pelo fluxo proveniente das águas de drenagem pluvial advindas na região central da área de estudo, onde se localiza o Caneiro de Alcântara, que é um curso de água de superfície canalizado com uma base permeável que flui de nordeste na direção do Rio Tejo.
De acordo com Mancuso et al. (2011), os resultados de estudos hidrogeológicos relativos às condutividades hidráulicas envolvem amplitudes variando de 0,01 m/d a 17 m/d. Os autores também apontam que, juntamente com a medição nos poços de monitoramento, a carga hidráulica no aquífero aluvial varia de 1,0 m, perto da zona de afloramento da rocha basáltica e dos calcários, a 0,3 m, próximo do rio, indicando um fluxo de águas subterrâneas, em direção ao RioTejo e ao Caneiro, com baixo gradiente de cerca de 2 ‰.
Mancuso et al. (2011), ao estudar a influência da eficiência das marés na variação da carga hidráulica, observaram alterações do nível das águas subterrâneas de 0,2 m para 2,1 m durante o dia. Próximo do rio Tejo e do Caneiro de Alcântara, a amplitude média do nível d´água observada no aquífero foi de cerca de 1,6 m.
4. METODOLOGIA
4.1 SELEÇÃO DE DADOS
O estudo de variabilidade térmica espacial e temporal foi realizado com base em dados de maré e dados de monitoramento horário de temperatura efetuado em 16 poços de monitoramento (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P112, P9, P10, P11, S1, P119, P120, S118, S301A) instalados na região costeira de Alcântara, nas proximidades do Rio Tejo (Figura 9 e Tabela 3), sendo estes dados observados por Mancuso et al. (2016).
Figura 9 – Localização dos poços de monitoramento térmico instalados no bairro de Alcântara, Lisboa (Portugal)
Tabela 3 – Poços de monitoramento térmico do aqupifero costeiro urbano de Alcântara, Lisboa (Portugal)
Poço Distância em relação ao Rio Tejo (m) Distância em relação ao Caneiro de Alcântara (m)
Outras distâncias e observações relevantes
P1 200 590 Está 320 m da Doca de Santo Amaro. Presença de estacionamento subterrâneo.
P2 145 550 Está a 300 m da Doca de Santo Amaro. Presença de estacionamento subterrâneo.
P3 70 530
Está a 275 m da Doca de Santo Amaro. Área mais próxima à linha de costa. Presença de estacionamento subterrâneo.
P4 520 300 Está a 35 m do afloramento basáltico.
P5 370 190 Está a 215 m da Doca de Santo Amaro.
P6 240 75 Está a 70 m da Doca de Santo Amaro.
P11 700 50 Está a 25 m do afloramento basáltico.
S1 700 2 Está a 80 m do afloramento basáltico.
P7 510 165 Está a 80 m do afloramento basáltico.
P119 440 30 Está a 220 m do afloramento basáltico.
P120 415 30 Está a 230 m do afloramento basáltico.
P112 390 80 Está a 240 m do afloramento basáltico.
S301A 350 130 Está a 145 m da Doca de Alcântara.
S118 315 50 Está a 200 m da Doca de Alcântara.
P9 230 150 Está a 100 m da Doca de Alcântara.
P10 80 200 Está a 130 m da Doca de Alcântara. Valores calculados por meio do software GMS 9.0.3 (2013).
Fonte: Autor.
Entre 28 de março e 27 de junho de 2009, durante a primavera, foram coletados os dados de nível de água subterrânea e de temperatura utilizando sensores de medição contínua (com registro a cada 10 minutos). Os modelos utilizados foram Levelogger 3001 – Edge e Barologger 3001 – Edge (Figura 10).
Figura 10 – Sondas multiparamétricas e barométrica utilizadas para a coleta de dados
Foram selecionadas, para o presente estudo, as temperaturas das águas subterrâneas em picos de maré alta e de maré baixa, assim como os níveis de água do Rio Tejo.
As datas escolhidas se limitaram pela disponibilidade de instrumentos de medição, portanto, entre os poços, os períodos de medição podem se diferenciar até 3 meses. Entretanto, para um mesmo local, os intervalos de tempo entre os níveis de água mínimos de maré baixa e os níveis de água máximos de maré alta não ultrapassam dois dias, com exceção do P1, cujo intervalo entre as medições foi de aproximadamente um mês (Tabela 4).
A Tabela 4 apresenta as coordenadas geográficas do poço de monitoramento (de acordo com o sistema português de localização), as cotas de instalação das sondas e a data e hora de medição do dado utilizado para a realização do presente estudo.
Tabela 4 - Localização dos instrumentos de medição e data de coleta dos dados hidrogeotérmicos
Fonte: Autor.
Em cada ponto foram registradas temperaturas (T) em até 3 níveis diferentes da coluna de água (Z), a saber: cota superior (Tsup obtida na cota Zsup), intermediária
(Tint obtida na cota Zint) e base (Tbase obtida na cota Zbase). Nos piezômetros P1, P7 e
P11, foram registradas temperaturas unicamente na cota superior (Tsup), devido à
limitação em função da espessura do aluvião no local de instalação dos instrumentos de medição.
Poço de monitoramento
Coordenadas Geográficas (m)
Cotas de instalação das
sondas (m) Data e hora de medição
X Y Zsup Zint Zbase Maré baixa Maré alta
P1 108716 192980 0,68 - - 28/03/2009 22:03 26/04/2009 16:55 P2 108743 192914 -0,50 -3,70 -6,80 14/05/2009 00:29 13/05/2009 18:28 P3 108768 192845 -1,20 -4,40 -7,60 14/05/2009 00:29 13/05/2009 18:28 P4 109064 193364 -0,90 -8,10 -14,90 20/05/2009 06:22 20/05/2009 00:18 P5 109159 193243 -0,97 -8,50 -15,90 20/05/2009 06:22 20/05/2009 00:18 P6 109252 193116 -2,50 -8,20 -15,80 16/05/2009 02:07 15/05/2009 19:51 P7 109556 193450 -1,60 - - 09/04/2009 09:34 09/04/2009 03:44 P112 109453 193305 -0,10 -7,70 -14,40 25/05/2009 22:33 26/05/2009 17:27 P9 109474 193149 -0,90 -7,40 -13,90 22/05/2009 07:53 22/05/2009 01:58 P10 109501 193000 -0,90 -4,80 -8,90 16/05/2009 02:07 15/05/2009 19:51 P11 109371 193684 -2,70 - - 09/04/2009 09:34 09/04/2009 03:44 S1 109430 193650 -0,90 -8,10 -15,40 30/05/2009 02:12 29/05/2009 20:07 P119 109345 193335 -3,30 -24,00 -28,10 27/06/2009 00:57 26/06/2009 18:59 P120 109332 193312 -0,80 -10,20 -19,40 21/05/2009 07:09 22/05/2009 01:58 S118 109398 193217 -1,00 -9,00 -17,20 25/05/2009 22:33 26/05/2009 17:27 S301A 109487 193277 -1,20 -9,70 -22,00 27/06/2009 00:57 26/06/2009 18:59
A espessura do aquífero considerada para a camada superior foi de 3,98 m aproximadamente (base na cota -3,30 m), para a camada intermediária de 3,40 m (base na cota – 10,20 m) e para a camada base de 10,10 m aproximadamente (base na cota -24,00 m)(Tabela 5).
Tabela 5 – Cotas de base e superior e espessura consideradas para as camadas do aquífero na análise térmica
Camada Cota Superior Cota Base Espessura
Superior 0,68 m -3,30 m 3,98 m
Intermediária -6,80 m -10,20 m 3,40 m
Base -13,90 m -24,00 m 10,10 m
Fonte: Autor.
Desta forma, o enquadramento de temperatura nas camadas sugeridas foi estimado de acordo com a profundidade da medição. Mais especificamente os valores de temperatura dos piezômetros P2, P3 e P10, da cota Zint resultante da medição em
campo foram substituídos pelas temperaturas observadas na cota Zbase, em função de
apresentarem as temperaturas de base do aquífero local.
No piezômetro P119 substituiu-se o valor de temperatura da cota Zbase pelo
obtido em Zint. O menor número de dados coletados ocorreu nas camadas de base,
em função das maiores profundidades do aquífero não serem atingidas pelos piezômetros de monitoramento.
4.2 PROCESSAMENTO DOS DADOS
O processamento dos dados térmicos foi realizado mediante o uso do software Excel 2013 e do módulo geoestatísticado do software GMS (Groundwater Modeling System) versão 9.0.3, Aquaveo 2013.
Inicialmente, houve a preparação da área a ser interpolada por meio do recorte do aquífero aluvionar e a criação de novos pontos (Figura 11) com dados de temperatura, sendo estes representativos a temperatura do Rio Tejo nas áreas de contato direto com as águas superficiais. As mesmas temperaturas foram assumidas para as zonas de contato com as águas superficiais, como é o caso das áreas das
docas (de Alcântara à leste e de Santo Amaro à oeste) e o rio canalizado (Caneiro de Alcântara que atravessa o aquífero de norte a sul).
Figura 11 – Representação da localização de dados de temperatura nos eixos X e Y medidas e estimadas a partir da temperatura da água superficial e de poços de monitoramento térmico
Temperaturas de PE1 e P1E foram consideradas apenas para as camadas superiores. Temperatura de PE4 foi considerada para todas as camadas.
Fonte: Autor.
Os novos pontos foram inseridos afim de refinar o processo de interpolação para que o resultado se aproximasse mais da realidade, evitando extrapolações em zonas sem informação. Neles foram adotadas temperaturas iguais em sua extensão (horizontal e vertical), sendo esta equivalente à temperatura da água superficial que influenciará o Aquífero Urbano Costeiro na zona das docas, do Caneiro e nas margens do Rio Tejo.
As temperaturas das águas superficiais foram consideradas equivalentes às temperaturas observadas na zona superficial do aquífero (Zsup); sendo que o valor
utilizado como referência foi o do piezômetro S1sup, por possuir maior proximidade
com o local de influência da água superficial (Caneiro de Alcântara). Nestes casos, para as águas superficiais e zona Zsup do aquífero, nos locais foram consideradas
Para a realização da interpolação foi utilizado o método Inverse Distance Weighted – IDW (Peso pelo Inverso da Distância) com a função nodal Gradient Plane (Gradiente Plano). Utilizou-se 17,32 ºC e 20,94 ºC como os valores mínimo e máximo para a opção de valores truncados; sendo estes os máximos e mínimos observados no aquífero. Para a computação dos coeficientes da função nodal e do peso da interpolação foram utilizados o subconjunto de pontos definidos pelos 32 pontos mais próximos. Além desses, definiu-se os valores de anisotropia horizontal como 1.0 e vertical (1/z mag) como 1.0.
Para a correção da interpolação, criou-se um ponto (P4E) com temperatura igual à observada no poço P4, porém paralelo ao afloramento rochoso, de forma a possibilitar a extrapolação consistente de valores.
Com a mesma finalidade, para ajuste da temperatura da camada superior das marés alta e baixa, foram criados os pontos extras P1E e PE1 de mesmo valor do ponto P1, localizados, também, paralelo ao afloramento dos basaltos (à distância semelhante do basalto, daquela observada no P1).
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Durante o período selecionado a temperatura na área de estudo teve seu valor mínimo de 17,32 ºC e máximo de 20,94 ºC, aumentando em geral, com a profundidade, porém de forma irregular. Em virtude disso não foi possível determinar um gradiente térmico único para o aquífero.
Avaliando o comportamento da temperatura em todas as camadas tem-se a percepção de temperaturas mais elevadas partindo do P120 em direção ao continente. Ao passo que na região do P7 e P9 encontram-se as temperaturas mais baixas. Esse fato pode estar relacionado à geologia de cada local, uma vez que onde as temperaturas são mais quentes o afloramento rochoso é o basalto, e na área onde encontram-se temperaturas mais baixas ocorrem afloramentos de calcário.
Além disso, por ser um aquífero urbano não foi possível estimar um gradiente de temperatura, em função da hidrodinâmica do aquífero estar localmente influenciada pelas infraestruturas subterrânea (estacionamento, drenagem pluvial, sistema de abastecimento, sistema de esgoto), que interferem no comportamento da temperatura uma vez que, devido ao envelhecimento das estruturas e possíveis falhas de construção podem apresentar vazamentos dos fluidos de origem superficial, afetando a distribuição da temperaturas subterrâneas.
Com a análise da variação de temperaturas por camadas, tem-se que a variação da temperatura tende a decrescer com a profundidade. Observa-se que nas camadas mais profundas ocorre diminuição da amplitude térmica numa mesma camada.
5.2 VARIABILIDADE ESPACIAL DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE BAIXA ENTALPIA
A análise da variabilidade espacial consiste na análise por camadas sendo estas superior, intermediária e base, apontando as anomalias térmicas e realizando comparação entre as temperaturas a diferentes profundidades.
A partir dos dados coletados foram selecionadas as temperaturas registradas no pico de maré alta e de maré baixa. A Tabela 6 apresenta os valores originais medidos em campo.
Tabela 6 - Temperaturas e níveis das águas subterrâneas observados na coluna de água no aquífero aluvionar costeiro durante as marés alta e baixa
T: temperatura Z: cota de medição da temperatura Nível d’Água: nível de água do aquífero no piezômetro
Os dados foram coletados no período entre 28 de março e 27 de junho de 2009. Fonte: Autor.
Poço de monitoramento
Condição de Maré Baixa Condição de Maré Alta
Tsup ( ºC) Tint ( ºC) Tbase ( ºC) Nível d’Água (m) Tsup ( ºC) Tint ( ºC) Tbase ( ºC) Nível d’Água (m) P1 18,70 - - -1,76 19,21 - - 1,61 P2 19,25 20,34 20,93 -1,09 19,46 20,44 20,91 1,08 P3 18,67 19,79 19,98 -1,09 18,90 19,86 19,98 1,08 P4 18,39 19,31 19,36 -1,07 18,38 19,31 19,36 0,90 P5 18,94 19,10 19,68 -1,07 19,30 19,59 19,68 0,90 P6 18,99 19,52 19,97 -0,86 19,25 20,03 19,97 0,85 P7 17,39 - - -1,76 17,32 - - 1,66 P112 18,77 18,93 19,19 -1,76 18,96 19,24 19,32 1,63 P9 17,30 18,82 19,72 -1,41 17,32 19,19 19,72 1,22 P10 19,56 20,02 20,13 -0,86 19,55 20,10 20,12 0,85 P11 18,75 - - -1,76 18,73 - - 1,66 S1 18,90 19,44 19,89 -1,35 18,87 19,46 19,89 1,32 P119 19,80 20,46 20,94 -1,71 19,80 20,46 20,94 1,60 P120 19,27 20,32 20,48 -1,25 19,29 20,32 20,48 1,22 S118 19,29 19,79 19,70 -1,76 19,36 19,79 19,70 1,63 S301A 19,38 18,94 19,25 -1,71 19,34 18,94 19,25 1,60
O nível de água apresentou variação de 0,90 m entre os piezômetros para a condição de maré baixa e 0,81 m para a condição de maré alta.
Na camada superior o maior valor encontrado foi de 19,80 ºC, no P 119 (Zsup
-3,30 m), onde não foi observada variação de temperatura tanto para maré alta quanto para maré baixa (Tabela 8). O menor valor foi de 17,30 ºC na maré baixa no P9 (Zsup
-0,90 m) e na maré alta 17,32 ºC nos P7 (Zsup -1,60 m) e P9 (Zsup -0,90 m). A variação
da temperatura nesta camada foi de 2,50 ºC na maré baixa e de 2,48 ºC na maré alta. Para a camada intermediária encontrou-se o maior valor em P119 (Zint -24,00
m), sendo este de 20,46 ºC na maré alta e baixa, não sofrendo influência das mesmas (Tabela 6). O menor valor para esta camada foi de 18,82 ºC no P9 (Zint -7,40 m) na
maré baixa e 18,94 ºC no S301A (Zint -9,70 m) na maré alta. A variação da temperatura
nesta camada foi de 1,64 ºC na maré baixa e de 1,52 ºC na maré alta.
Por fim, a camada de base, a mais profunda e extensa, apresentou o maior valor de temperatura de 20,94 ºC no P119 (Zbase -28,10 m), tanto na maré baixa como
na maré alta, indicando que não ocorre influência da maré na variação da temperatura a essa profundidade, no local (Tabela 6). Já os menores valores de temperatura encontrados foram de 19,19 ºC no P112 (Zbase -14,40 m) na maré baixa e de 19,25 ºC
no S301A (Zbase -22,00 m) na maré alta. A variação da temperatura nesta camada foi
de 1,75 ºC na maré baixa e de 1,69 ºC na maré alta.
Por sua vez a Tabela 7 apresenta os valores já ajustados por profundidades conforme descrito na metodologia: zona superior do aquífero até a cota de base -3,30 m, zona intermediária do aquífero até a cota de base de -10,20 m e zona de base do aquífero até a cota de base de -24,00 m.
Tabela 7- Temperaturas e níveis observados na coluna de água no aquífero aluvionar costeiro durante as marés alta e baixa
T: temperatura Z: cota de medição da temperatura Nível d’Água: nível de água subterrânea
Dados ajustados conforme rearranjo das camadas para as zonas superior, intermediária e base do aquífero aluvionar costeiro.
Fonte: Autor.
Na camada superior o maior valor encontrado foi de 19,80 ºC, no P 119 (Zsup
-3,30 m), onde não foi observada variação de temperatura tanto na maré alta quanto na maré baixa (Tabela 9). O menor valor foi de 17,30 ºC na maré baixa no P9 (Zsup
-0,90 m) e na maré alta 17,32 ºC nos P7 (Zsup -1,60 m) e P9 (Zsup -0,90 m). A amplitude
da variação térmica nessa camada foi de 2,5 ºC durante a maré baixa e de 2,48 ºC durante a maré alta.
Para a camada intermediária encontrou-se as maiores temperaturas no P2 (Zint
-6,80 m), sendo estes de 20,93 ºC na maré baixa, e de 20,91 ºC na maré alta, no mesmo ponto. As menores temperaturas nessa camada foram de 18,82 ºC no P9 (Zint
-7,40 m) na maré baixa e de 18,94 ºC no S301A (Zint -9,70 m) na maré alta. A variação
Poço de monitoramento
Condição de Maré Baixa Condição de Maré Alta
Tsup ( ºC) Tint ( ºC) Tbase ( ºC) Tsup ( ºC) Tint ( ºC) Tbase ( ºC) P1 18,70 - - 19,21 - - P2 19,25 20,93 - 19,46 20,91 - P3 18,67 19,98 - 18,90 19,98 - P4 18,39 19,31 19,36 18,38 19,31 19,36 P5 18,94 19,10 19,68 19,30 19,59 19,68 P6 18,99 19,52 19,97 19,25 20,03 19,97 P7 17,39 - - 17,32 - - P112 18,77 18,93 19,19 18,96 19,24 19,32 P9 17,30 18,82 19,72 17,32 19,19 19,72 P10 19,56 20,13 - 19,55 20,12 - P11 18,75 - - 18,73 - - S1 18,90 19,44 19,89 18,87 19,46 19,89 P119 19,80 - 20,46 19,80 - 20,46 P120 19,27 20,32 20,48 19,29 20,32 20,48 S118 19,29 19,79 19,70 19,36 19,79 19,70 S301A 19,38 18,94 19,25 19,34 18,94 19,25
da temperatura na zona intermediária do aquífero foi de 2,11 ºC durante a maré baixa e de 1,97 ºC durante a maré alta.
Por fim, a camada de base, a mais profunda, apresentou o maior valor de temperatura, de 20,48 ºC no P120 (Zbase -19,40 m), tanto para maré baixa como para
maré alta, demonstrando que não houve influência da maré na variação térmica (Tabela 7). Na base do aquífero, as menores temperaturas encontradas foram de 19,19 ºC no P112 (Zbase -14,40 m) na maré baixa e de 19,25 ºC na S301A (Zbase -22,00
m) na maré alta. A variação da temperatura nesta camada foi de 1,29 ºC durante a maré baixa e de 1,23 ºC durante a maré alta.
5.2.1 Análise da camada superior
Para a situação de maré alta, a camada superior (cota: 0,68m a -3,30 m) apresentou nos pontos P9 e P7 suas temperaturas mais baixas, de 17,32 ºC em ambos os piezômetros. As regiões mais quentes estão nas proximidades do P2 (19,46 ºC), P10 (19,55 ºC), S301A (19,34 ºC) e na zona compreendida entre os piezômetros P4 (18,38 ºC), P5 (19,30 ºC), P120 (19,29 ºC), P119 (19,80 ºC) e P11 (18,73 ºC) (Figura 12).
Para a situação de maré baixa, a camada superior (cota: 0,68m a -3,30 m) apresenta nos pontos P7 e P9 suas temperaturas mais baixas, de valor igual a 17,39 ºC e 17,30 ºC, respectivamente. As regiões mais quentes estão no P2 (19,25 ºC), P10 (19,56 ºC), S301A (19,38 ºC), S118 (19,29 ºC) e com maior extensão entre P120 (19,27 ºC) e P119 (19,80 ºC) seguindo na direção continental (Figura 13).
Entre P1 e P2, percebe-se variação com aumento de temperatura na área que coincide com a localização de um estacionamento subterrâneo (Figura 8 e 13). Essa variação é mais intensa na situação de maré alta. Contudo, não se percebe a mesma influência de forma clara nas proximidades de P11 e S1 como nos arredores de P119 e também em P3, localizados próximos ao Caneiro de Alcântara e/ou Rio Tejo e portanto, sob influência das águas superficiais. Nesses casos não se pode afirmar a relação dessas estruturas com a variação de temperatura na camada superficial devido à interferência maior das águas de superfície na dinâmica térmica (Figura 12 e Figura 13).
Contudo, quando a temperatura desses poços são analisadas e comparadas com as camadas intermediárias (Figura 14 e Figura 15), percebe-se relativo aumento térmico, com variação na ordem de 1,45 ºC na maré alta e 1,68 ºC na maré no P2; 1,08 ºC na maré alta e 1,31 ºC na maré baixa no P3 e 0,59 ºC na maré alta e 0,54 ºC na maré baixa no S1. Observa-se que entorno das estruturas subterrâneas ocorre variação significativa de temperatura entre camadas.
O P3 sofre ainda influência do Rio Tejo, do qual está 70 m distante, estando sujeito a alterações nos valores de temperatura em função das condições de maré alta (Tsup: 18,90 ºC) e maré baixa (Tsup: 18,67 ºC). Contudo, na camada intermediária
observados, indicando maior estabilidade térmica com a profundidade, mesmo próximo às margens do Rio Tejo.
Os poços S1, P120 e S118 sofrem influência do Caneiro de Alcântara, assim como acontece no estudo de Antonellini et al. (2012) que possui poços afetados por canais superficiais e canais de drenagem. A influência é perceptível quando se analisa a diferença de temperatura entre camadas sendo estas de 0,59 ºC na maré alta (Tint:
19,46 ºC e Tsup: 18,87 ºC ) e 0,54 ºC na maré baixa (Tint:19,44 ºC e Tsup: 18,90 ºC)
no S1; 1,03 ºC na maré alta (Tint: 20,32 ºC e Tsup: 19,29 ºC ) e 1,05 ºC na maré baixa
(Tint:20,32 ºC e Tsup: 19,27 ºC) no P120; 0,43 ºC na maré alta (Tint: 19,79 ºC e Tsup:
19,36 ºC ) e 0,50 ºC na maré baixa (Tint:19,79 ºC e Tsup: 19,29 ºC) no S118.
O mesmo autor ainda coloca que as anomalias citadas na distribuição de temperatura são reflexo do efeito da profundidade na estabilização térmica.
O P6 possui variação da temperatura na situação de maré alta (19,25 ºC) e maré baixa (18,99 ºC), apresentando amplitude de 0,26 ºC, devido a sua proximidade com a doca de Santo Amaro (70 m). O poço em questão também é próximo do Caneiro de Alcântara (75 m), sendo percebida a influência do canal quando comparadas as camadas superior e intermediária onde se obtem variação de temperatura na ordem de 0,78 ºC na maré alta (Tint: 20,03 ºC e Tsup: 19,25 ºC ) e 0,53 ºC na maré baixa (Tint:
19,52 ºC e Tsup: 18,99 ºC).
O P7 possui dados de temperatura apenas na camada superior do aquífero (cota: -1,60 m). Seus valores baixos de temperatura (maré alta: 17,32 ºC; maré baixa: 17,39 ºC) podem ser decorrentes de influência litológica, visto que está localizado próximo a zona de afloramento de rochas calcárias.
O P9 apresenta temperaturas semelhantes às do P7 mas somente na camada superior (maré alta: 17,32 ºC; maré baixa: 17,30 ºC). Ele está localizado a 100 m da doca de Alcântara, podendo esta influenciar no valor da temperatura mensurada, por entradas de águas de canais e tubulações enterradas. A variação térmica é baixa.
Salienta-se que, para a camada superior, a temperatura ambiente é fator de influência na variação térmica da camada citada. Em seu estudo, Calvache et al. (2011) desconsideram os dados obtidos na camada supercial pois afirma que as águas superficiais em contato com o ar sofrem influência da temperatura ambiente da hora de medição e complementa que há uma clara influência da temperatura ambiente sobre todos os perfis, com um intervalo de tempo de resposta de dois a cinco meses.
Além disso, Calvache et al. (2011) indicam que as fontes de recarga localizadas (ex.: rios) influenciam mais a temperatura da água do que as fontes de recarga difusas (ex.: precipitação).
Contudo, no presente estudo não foi realizada a correlação entre a variação dos dados de temperatura coletados e a temperatura ambiente, nem a relação com a precipitação pluviométrica, visto que não houve precipitação durante a coleta de dados de temperatura do aquífero e considerando que observa-se forte variação térmica horária devido à influência da maré independentemente da influência variável da temperatra ambiente.
Figura 12 – Comportamento térmico da zona superior do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré alta do Rio Tejo
Figura 13 - Comportamento térmico da zona superior do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré baixa do Rio Tejo
5.2.2 Análise da camada intermediária
Na camada intermediária as estruturas subterrâneas construídas não influenciam na variação térmica monitorada. As influências nessa camada ficam por conta principalmente das recargas do aquífero, fluxo d’água e da litologia do meio Calvache et al. (2011).
Conforme afirmam Molina et al. (2002) as características geológicas e hidrogeológicas intervêm diretamente nos vários processos que ocorrem dentro do aquífero, incluindo a variação térmica.
Nesta camada os valores de temperatura observados são superiores a camada superior, com exceção ao poço S301A, e inferiores a camada inferior, com exceção do poço S118 e do P6 para a condição de maré alta.
O P6, entretanto, possui comportamento diferente pois está sujeito as marés em virtude da proximidade com a Doca de Santo Amaro, conforme descrito anteriormente.
Para a situação de maré alta, a camada intermediária (cota: -6,80 m a -10,20 m) apresenta nos piezômetros P112, S301A e P9 suas temperaturas mais baixas, de valor igual a 19,24 ºC, 18,94 ºC e 19,19 ºC respectivamente. As regiões mais quentes estão nas proximidades do P2 (20,91 ºC) em direção ao continente, P10 (20,12 ºC), ente P5 (19,59 ºC) e P6 (20,03 ºC), e com maior extensão entre P5 (19,59 ºC), P120 (20,32 ºC) e S1 (19,46 ºC) (Figura 14).
Para a situação de maré baixa, a camada intermediária (cota: -6,80 m a -10,20 m) apresenta nos piezômetros P9, S301A e P112 suas temperaturas mais baixas, de valor igual a 18,82 ºC, 18,94 ºC e 18,93 ºC respectivamente. As regiões mais quentes estão no P2 (19,25 ºC), na direção da zona continental, P10 (20,13 ºC), S118 (19,79 ºC), P6 (19,52 ºC) e com maior extensão entre P4 (19,31 ºC), P5 (19,10 ºC) P120 (20,32 ºC) e S1 (19,44 ºC) seguindo na direção norte (Figura 15).
O P2 possui elevado valor de temperatura em decorrência da presença do afloramento basáltico, a norte nas medições de P1.
Este afloramento de basalto também é fator comum nas zonas elevadas do arquipélago, temperaturas observadas entre P5, P120 e S1 e que se estendem até o limite norte da área de estudo.
Devido as limitações da base rochosa de calcários não foi possível obter dados a maior profundidade no local do piezômetro P7, onde ocorreram as menores temperaturas do aquífero na zona superior.
O P9 apresentou aumento ligeiro de temperaturas na zona intermediária (até 19,19 ºC na maré alta), entretanto, ainda se observam as menores temperaturas da zona intermediária do aquífero no local, provavelmente decorrente da influência da contribuição das rochas fraturadas que constituem a base do aquífero.
Figura 14 - Comportamento térmico da zona intermediária do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré alta do Rio Tejo
Figura 15 - Comportamento térmico da zona intermediária do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré baixa do Rio Tejo
5.2.3 Análise da camada base
Para a camada base, a influência da variação da temperatura é descrita conforme conclusão de Antonellini et al. (2012) que afirmam que os afloramentos rochosos contribuem para uma distribuição heterogênea da temperatura. Desta forma, a camada base possui influência direta da estratigrafia litológica do local.
Para a situação de maré alta, a camada base (cota: -13,90 m a -24,00 m) apresenta nos pontos P4, P112 e S301A suas temperaturas mais baixas, de valor 19,36 ºC, 19,32 ºC e 19,25 ºC respectivamente. As regiões mais quentes estão ente P5 (19,68 ºC) e P6 (19,97 ºC), entre S118 (19,70 ºC) e P9 (19,72 ºC); e, com maior extensão, entre P5 (19,68 ºC), P120 (20,48 ºC), P119 (20,46 ºC) e S1 (19,89 ºC).
Para a situação de maré baixa os piezômetros P4, S301A e P112 apresentaram as temperaturas inferiores, da ordem de 19,36 ºC, 19,25 ºC e 19,19 ºC respectivamente. As regiões mais quentes estão no entre P5 (19,68 ºC) e P6 (19,97 ºC), entre S118 (19,70 ºC) e P9 (19,72 ºC), e com maior extensão entre P4 (19,36 ºC), P5 (19,68 ºC), P120 (20,48 ºC), P119 (20,46 ºC) e S1 (19,89 ºC) seguindo na direção norte.
Nesta camada observa-se que os poços com temperaturas mais elevadas são influenciados, provavelmente, pela proximidade da rocha basáltica. O piezômetro P9, provavelmente possui influência de rocha de base calcária apresentando a menor temperatura da camada.
Para Calvache et al. (2011) a temperatura se estabiliza e se mantém constante a uma profundidade de 45 m, abaixo disso o autor afirma que a temperatura cresce conforme o gradiente geotermal calculado. Na área de estudo, o aquífero não atinge espessura saturada superior a esse valor, constatando-se a influência de diversos fatores nas temperaturas observadas, que afetam, em menor grau, as camadas de base.
Figura 16 - Comportamento térmico da zona de base do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré alta do Rio Tejo
Figura 17 - Comportamento térmico da zona de base do aquífero costeiro de Alcântara durante a maré baixa do Rio Tejo
