INTERPRETAC O ES BA SICAS E AVANC ADAS DE TESTES DE BOMBEAMENTO EM AQUI FEROS. Ingo Wahnfried Universidade Federal do Amazonas

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INTERPRETAÇÕES BÁSICAS E AVANÇADAS DE TESTES DE BOMBEAMENTO EM AQUÍFEROS

Ingo Wahnfried

Universidade Federal do Amazonas iwahnfried@ufam.edu.br

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O que é?

Técnica de campo para determinação dos parâmetros hidráulicos do aquífero

Execução:

• Bombeamento de poço com vazão (Q) constante (mais comum) ou variável (escalonado)

• Monitoramento do nível dinâmico de água (ND) em

função do tempo (t)

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•Transmissividade (T)

•Armazenamento (S

_s

ou S

_y

)

•K horizontal / K vertical

•K’ de aquitarde (drenança)

Objetivos: parâmetros

hidráulicos

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Objetivos

•Determinar a vazão limite dos sistemas aquíferos

•Determinar o raio do cone de rebaixamento dos poços

•Determinar a eficiência do poço (escalonado)

•Coletar amostras de água para análise

•Possibilitar inferências sobre o tipo de aquífero

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•Livres

•Semi-confinados

•Confinados

•Porosidade primária

•Porosidade secundária

•Dupla porosidade

Tipos de aquíferos

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Tipos de aquíferos

Kruseman e de Ridder 1994

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Tipos de aquíferos

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Modificado de FREEZE & CHERRY (1979)

Confinado

Semi-confinado

Livre

Presença de barreiras

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Tipos de aquíferos

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Tipos de aquíferos

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Tipos de aquíferos

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Tipos de aquíferos

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Tipos de aquíferos

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Qual é a duração ideal?

• Tipo de aquífero

➢ Semi confinado ≅ 15 a 20h

➢ Confinado ≅ 24 h

➢ Livre ≅ 72 h

• Precisão desejada: no início do bombeamento rebaixamento e mudança da vazão são rápidos

• Vale a pena economizar algumas horas de campo

depois de ter organizado e deslocado toda a equipe?

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Pressupostos gerais

• Aquífero infinito, homogêneo, isotrópico e com espessura constante*

• O NA é horizontal e estático antes do teste**

• Poço é bombeado com vazão constante*

• Armazenamento de água dentro do poço é desprezível*

• Poço total ou parcialmente penetrante*

• Aquífero livre, semi-confinado ou confinado

* Existem outras soluções analíticas que abordam situações distintas das apresentadas

** Variações de NA causadas por outros poços, maré, pressão atmosférica, etc., podem ser corrigidas, dependendo do caso

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Critérios de seleção da área

• As condições hidrogeológicas devem ser representativas do aquífero a ser testado

• A geologia local deve ser bem conhecida

• Não devem haver poços de bombeamento próximos ao local (interferências)

• Caso existam, e possam ser desligados, é uma grande vantagem, pois podem ser usados para monitoramento do ND

• Acesso a energia

• Segurança no local, inclusive à noite

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Estudos preliminares

• Reunir a maior quantidade possível de informação a respeito da geologia do local (empresas de perfuração, estudos anteriores, etc.)

• Determinar o tipo de aquífero e a existência de camadas confinantes, e espessuras das camadas

• Conhecer bem o perfil construtivo do poço

• Determinar a extensão lateral das unidades, e a presença de limites negativos (zonas impermeáveis) ou positivos (zonas de recarga)

• Obter dados sobre o sistema de fluxo de água: gradiente hidráulico, existência de fluxo vertical, variações naturais de NA e suas causas

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Preparação do teste

• Dimensionar equipamento de bombeamento: diâmetro do poço, profundidade do NE e ND, vazão

• Determinar equipamento de medição da vazão (erro <5%):

< 20 m³/h = tambor aferido ou hidrômetro aferido

> 20 m³/h = orifício calibrado ou hidrômetro aferido ou Hidrômetro adequado à vazão a ser usada – qual?

• Registro para controle da vazão

• Medidor de NA compatível com o ND esperado

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O que medir – e como

Vazão:

orifício calibrado

astm.nufu.eu

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O que medir – e como

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Teste de vazão escalonado

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Início do teste de Q constante

• Medição do nível d´água antes do início do bombeamento

• Posicionamento das pessoas:

•medição de NA

•anotação do NA e cronômetro

•medição, anotação e regulagem da vazão

• Início do bombeamento: alta frequência de medições e de regulagem da vazão

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Início do teste de Q constante

Tempo decorrido Intervalo entre medições

0 – 2 min 10 s*

2 – 5 min 30 s

5 – 15 min 1 min

15 – 50 min 5 min

50 – 100 min 10 min

100 min – 5 h 30 min

5 – 48 h 60 min

48 h – 6 dias 8 h Kruseman e de Ridder 1994

* No início as medições podem ser feitas em função de

variação do NA, para agilizar a anotação.

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Tipos de poços

Traduzido de FREEZE & CHERRY (1979)

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Tipos de poços

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Alguns métodos de interpretação

Método de Interpretação Tipo de Aquífero Estado

Estacionário* Estado Transiente

Confinado Thiem (1906) Theis (1935)

Semi-confinado De Glee (1951) Walton (1962), Hantush (1956)

Livre Dupuit (1863) Neuman (1975)

* ou pseudo-estacionário

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Confinado,estacionário:

Thiem (1906)

r₁

Q

b r₂

Camada confinante

Aquífero (confinado)

Aquiclude

PM1 PM2 Pelo menos dois piezômetros

s₁ s₂

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Confinado,estacionário:

Thiem (1906)

Q = 2

p

^{Kb s}

(

m1 -s_m₂

)

2, 3log r₂ r₁ æ èç ö

ø÷

r₁

Q

b r₂

PM1 PM2 s₁ s₂

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Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935)

• Aquífero confinado, de extensão infinita, homogêneo, isotrópico e tem espessura constante.

• Antes do teste, a superfície potenciométrica é horizontal, ou quase horizontal.

• Poço totalmente penetrante (no mínimo 2/3 da profundidade total do aquífero).

• Fluxo se dá em estado transiente, ou seja, o rebaixamento em função de tempo não é desprezível.

• A vazão é mantida constante durante todo o teste.

Premissas

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Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935)

Fonte: FETTER (2001)

Curva teórica

Theis

1 10

10 100 1000 10000

tempo (min)

s (m)

Dados de campo

(31)

Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935)

Fonte: FREEZE & CHERRY (1979)

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Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935)

Cálculo de T e S:

Os parâmetros W(u) e u são termos simbólicos que expressam a função integral exponencial

= ^{ −}

u u

u e T s Q



4 ( )

4 W u

T s Q

= 

Tt S u r

4 =

2

s u T QW

 4

)

= (

2

4 r

S = uTt

(33)

Aquífero semi-confinado

A água extraída tem origem:

a) expansão da água e compressão do aquífero b) drenança do aquífero superior e/ou inferior

Aquífero Semi-confinado

Aquitarde Aquífero

livre

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Aquífero semi-confinado, estado transiente: Walton (1962)

• Aquífero (semi-confinado) e aquitarde homogêneos, isotrópicos, com extensão infinita, espessura uniforme

• Nível d’água horizontal antes do bombeamento

• Bombeamento com vazão constante

• Fluxo no aquitarde é vertical

• Rebaixamento no aquífero não bombeado e no aquitarde é desprezível

Premissas

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Aquífero semi-confinado, estado transiente: Walton (1962)

Premissas

• Poço de bombeamento totalmente penetrante no aquífero semi-confinado

• A água bombeada vem do armazenamento do aquífero e a drenança pelo aquitarde é instantânea com a queda da carga hidráulica

• Mudanças de armazenamento no aquitarde é desprezível (aquitarde incompressível)

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Walton (1962)

 

 



= 

L u r T W

s Q ,

4 

Tt S u r

4 =

2

L = bKc Kb

L K

c b

2 '

'

=

(37)

Walton (1962)

 

 



= 

L u r T W

s Q ,

4 

Tt S u r

4 =

2

L = bKc Kb

L K

c b

2 '

'

=

L = fator de drenança [C]

c = resistência hidráulica do aquitarde [T]

r = distância entre poço de monitoramento e de bombeamento

b’ = espessura saturada do aquitarde [C]

K’ = condutividade hidráulica vertical do aquitarde [C]/[T]

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Aquífero livre

A água extraída tem origem:

a) descompressão da água e rearranjo dos grãos (S

_s

:

armazenamento específico);

b) Drenança do aquífero pela

gravidade (S

_y

: vazão específica)

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Aquífero livre

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Aquífero livre, estado transiente:

Neuman (1975)

• Aquífero livre homogêneo, isotrópico ou anisotrópico, infinito

• Nível d’água horizontal antes do bombeamento

• Bombeamento com vazão constante

• Fluxo de água radial para o poço

• Poço de bombeamento totalmente penetrante no aquífero

• Água bombeada vem do armazenamento do aquífero (fase I) e da drenança (Fases II e III)

Premissas

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Neuman (1975)

1ª Etapa – Fase I

a) água liberada do armazenamento através da compactação do meio poroso e expansão da água b) a curva segue a equação de Theis

(42)

Neuman (1975)

2ª Etapa – Fase II

a) água liberada da zona vadosa em resposta ao rebaixamento dos níveis potenciométricos;

b) a recarga do aquífero pela drenança diminui o rebaixamento.

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Neuman (1975)

3ª Etapa – Fase III

a) equilíbrio entre rebaixamento e drenagem

b) a curva segue a equação de Theis, com vazão específica

c) Pode levar muito tempo para este ponto ser atingido (48h ou +)

(44)

Neuman (1975)

Fase I Fase II Fase III

(45)

Neuman (1975)

1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01 1,E+02

1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05

tempo

rebaixamento

1.E-01 1.E-00 1.E+01 1.E+0

2

1.E+03 1.E+0

4

1.E+05 1.E+06 1.E+07

1/uA

(46)

Neuman (1975)

(47)

Neuman (1975)

u

_A

= r

²

S

_S

4Tt

( ^ )

= ,

4 W u

^A

T

s Q



(48)

Neuman (1975)

Tt S u

_B

r

^y

4

2

=

( ^ )

= ,

4 W u

^B

T

s Q



Importante: alguns autores subtstituem  por b

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Neuman (1975)

Condição de uso:

S_y/S_S > 10 Sendo:

S_y: Vazão específica S_S: Armazenamento específico

h v

K b

K r

2

= 2



Parâmetro de Neuman  (gama)

K_v= condutividade hidráulica vertical K_h= condutividade hidráulica horizontal

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Referências

Neuman, S.P. 1975, Analysis of pumping test data from anisotropic unconfined aquifers considering delayed gravity response. Water Resources Res., Vol. 1I, pp. 329-342.

Kruseman, G. P. & de Ridder N.A., 1994, Analysis and evaluation of

pumping test data, 2a ed. International Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, The Netherlands, 377p.

Theis, C.V. 1935. The relation between the lowering of the piezometric surface and the rate and duration of discharge of a well using

groundwater storage. Trans. Amer. Geophys. Union, Vol. 16,pp. 519- 524.

Thiem, G. 1906.Hydrologische Methoden. Gebhardt, Leipzig, 56 pp.

Walton,W.C. 1962.Selectedanalyticalmethods for well and aquifer evaluation. Illinois State Water Survey Bull., No. 49; 81 pp.

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