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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS
PROGRAMA DE PÓS
-
GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS E MEIO
AMBIENTE
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO
NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO
DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍ
NIA (SP)
ELIAS HIDEO TERAMOTO
Orientador: Chang Hung Kiang
Dissertação de Mestrado elaborado junto ao
Programa de Pós
-
Graduação em Geociências e
Meio Ambiente
– Área de Concentração em
Geociências e Meio Ambiente para obtenção
de Título de Mestre
Rio
Claro
–
SP
2007
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.
551.49 Teramoto, Elias Hideo
T315c
Caracteriza
ção hidrogeológica e simulação
numérica de
fluxo em uma região situada no
Distrito Industrial
de Paulínia
(
SP)
Elias Hideo Ter
amoto.
–
Rio Claro : [s.n.], 2007
96
f. : il., figs., tabs.
Dissertação (mestrado) –
Universidade Estadual Paulista,
Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Orientador: Chang
Hung Kiang
1. Águas subterrâneas. 2. Hidrogeologia. 3. Diferenças
Finitas. 4. Modflow. I. Título.
Ficha Catalográfica elaborada pela STATI
–
Biblioteca da UNESP
Campus de Rio Claro/SP
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.
COMISSÃO EXAMINADORA
Prof. Dr. Chang Hung Kiang (orientador)
Prof. Dr. Edson Cézar Wedland
Prof. Dr. Ewerton de Oliveira
Rio Claro, 10 de Maio de 2007
.
.
AGRADECIMENTOS
Ao ser findado este trabalho deve ser mencionado a minha gratidão com todos
que
de maneira direta e indireta colaboraram para sua realização.
Agradeço à Prof. Dr. Maria Rita Caetano Chang pelas sugestões e devidas
correções no texto que compõe esta Dissertação, ao Géol. Marcio Costa Alberto pelas
suas sugestões e troca de experiências.
Um especial agradecimento dever ser dado ao Géol. Marco Zequim Pede pelas
longas discussões que auxiliaram na formulação de um Modelo Geológico Conceitual e
pelo auxilio na aquisição de dados, e ao Prof. Dr. Chang pela confiança e auxilio
despendido durante a elaboração deste trabalho.
.
SUMÁRIO
RESUMO
...................
..............
.........................................................................................
.i
A
BSTRACT.................
.............
...........................
............................................................
ii
ÍNDICE
..............................................................................................
.............................
ii
i
Í
NDICE DE
FIGURA
S
..................................
.............
...................................................
iv
Í
NDICE DE
FOTO
S
...................................
..............
..
........................................
.
............
v
Í
NDICE DE TAB
ELAS
.............................
.................
...................................................
vi
1
–
INTRODUÇÃO
.........................................................................................................
1
2
–
OBJETIVOS
..................
............................................................................................2
3
–
CONCEITUAÇÃO GERAL
.....................................................................................
2
4
–
METODOLOGIA......................................
..............................................................
23
5
– CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO EM QUE SE INSERE A ÁREA DE
ESTUDO
.........................................................................................................................
36
6
–
C
ARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA DA ÁREA DE ESTUD
O
.........
.
50
7
–
SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO.............................................................
75
8
–
CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES
..................................................
96
9
–
REFER
Ê
NC
IAS BIBLIOGR
Á
FICAS
..................................................................
97
.
RESUMO
Em área contaminada por hidrocarbonetos, situada no município de Paulínia, a
migração dos contaminantes e a eficiência do sistema de bombeamento são governad
as
pela heterogeneidade litológica do aqüífero local, constituído por rochas do Subgrupo
Itararé, rochas intrusivas básicas da Formação Serra Geral e por sedimentos cenozóicos
correlatos à Formação Rio Claro. Desta forma, o entendimento da heterogeneidade
que
caracteriza este aqüífero e suas propriedades hidráulicas é essencial para a otimização e
o aprimoramento do processo de remediação. Visando delinear o entendimento e a
caracterização hidrogeológica local, foi elaborado modelo hidrogeológico conceitual
,
por meio da integração de dados provenientes de técnicas tradicionais de investigação,
tais como métodos geofísicos, monitoramento dos níveis piezométricos de poços de
monitoramento, descrições geológicas e análises granulométricas, para entendimento da
dinâmica de fluxo local, distribuição litológica do substrato aqüífero e seus valores de
condutividade hidráulica. Foram ainda realizadas simulações numéricas de fluxo em
regime permanente, utilizando o
software
Visual Modflow, que emprega o método de
dif
erenças finitas para testar o modelo conceitual concebido. A simulação numérica
apresentou excelentes correlações entre os valores de cargas hidráulicas medidas e
simuladas e os resultados obtidos permitiram verificar a consistência do modelo
conceitual.
Palavras chaves: Fluxo, água subterrânea, simulação, modelos, Modflow, Diferenças
Finitas,
.
ABSTRACT
In an hydrocarbon contaminated area locate in Paulínia city, lithological heterogeneity
of local aquifer controls the migration of contaminant and the efficiency of pump
system. The aquifer is composed by sedimentary rocks of Itararé Sub-group, basic
intrusive of Serra Geral Formation and cenozoic sediments correlated to Rio Claro
Formation. Therefore, understanding heterogeinity that characterize the aquifer and its
hydraulic properties is vital to optimization and improvement of remediation process.
For hydrogeological characterization of the local aquifer, a conceptual hydrogeological
model was elaborated by integrating traditional investigations
tools, such as geophysical
methods, piezometric level monitoring, and geological descriptions in drillings and
granulometric analysis to understanding of local dynamic flow, lithological distributions
and hydraulic conductivity. Numerical simulation under steady-state condition using
Visual Modflow, which utilizes the finite differences method were performed to test the
conceived conceptual model. The measured and calculated hydraulic heads are in
excellent agreement, showing the consistency of the concep
tual model.
Key words:
Flow, groundwater, simulation, models, Modflow, Finite DifferencesFluxo
.
Í
NDICE
Item
p
SUMÁRIO
i
RESUMO
ii
ABSTRACT
iii
ÍNDICE
iv
Í
NDICE DE FIGURAS
v
Í
NDICE DE TABELAS
vi
1
–
INTRODUÇÃO
................................
................................................................
..................
1
2
–
OBJETIVOS
................................
................................
................................
.......................2
3
–
CONCEITUAÇÃO GER
AL
................................
................................
.............................
2
3.1
– C
ONCEITOS BÁSICOS DE
ESCOAMENTO EM MEIO P
OROSO
................................
................
2
3.1.1
–
Aqüíferos
................................
................................
................................
..
5
3.2
– M
ODELOS
................................
................................
................................
........................8
3.2.1
-
Modelos Físicos
................................
................................
.........................
8
3.2.2
-
Modelos Analógicos
................................................................
..................
9
3.2.3
-
Modelos Matemáticos
................................................................
...............
9
3.2.4
-
Elementos do Modelo Matemático
................................
..........................
10
3.3
– P
ACOTE COMPUTACIONAL
UTILIZ
ADO
- V
ISUAL
M
ODFLOW
3.1
................................
....20
4
–
METODOLOGIA
................................
................................................................
............
22
4.
1 – L
EVANTAMENTO
B
IBLIOGRÁFICO E
C
OMPILAÇÃO DE
D
ADOS
P
REEXISTENTES
............
22
4.2
– A
COMPANHAMENTO DA VAR
IAÇÃO TEMPORAL DA SU
PERFÍCIE POTENCIOMÉT
RICA
......22
4.2.1
–
Construção dos Poços de Monitoramento
................................
..............
22
4.2.2
–
Monitoramento do Nível d’água
................................
.............................
24
4.3
– C
ARACTERIZAÇÃO DO
S
UBSTRATO
G
EOLÓGICO
L
OCAL
................................
................
25
4.3.1
-
Dados Diretos
................................
................................
..........................
25
4.3.2
-
Dados indiretos
................................
................................
........................
27
4.4
– C
ARACTERIZAÇÃO
H
IDRÁULICA
................................
................................
...................
28
4.4.1
– T
ESTES DE
S
LUG
................................................................
................................
.........28
4.5
– F
ORMULAÇÃO DO
M
ODELO
G
EOLÓGICO
/H
IDROGEOLÓGICO
C
ONCEITUAL
...................
31
4.6
– S
IMULAÇÃO
N
UMÉRICA DE
F
LUXO
................................................................
...............
31
4.7
– A
NÁLISE DOS
R
ESULTADOS
................................
................................
...........................
33
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
5
–
CARACTERIZAÇÃO DA R
EGIÃO EM QUE SE INSE
RE A
ÁREA DE
ESTUDO
................................................................
................................
................................
.
35
5.1
– L
OCALIZAÇÃO DA ÁREA D
E ESTUDO
................................................................
..............
35
5.2
– A
SPECTOS
G
EOMORFOLÓGICOS
R
EGIONAIS
................................
................................
..36
5.3
– C
ONTEXTO
G
EOLÓGICO
R
EGIONAL
................................................................
...............
38
5.3.1
–
Embasamento Cristalino
................................
................................
.........40
5.3.2
–
Subgrupo Ita
raré
................................
................................
.....................
40
5.3.3
–
Intrusivas Básicas
................................
................................
...................
41
5.3.4
–
Depósitos relacionados à Formação Rio Claro
................................
.......41
5.3.5
–
Cobertura de Superfícies Aplainadas
................................
......................
43
5.3.6
–
Depósitos Quaternários
................................................................
...........
43
5.4
- C
ONTEXTO
H
ID
ROLÓGICO E
H
IDROGEOLÓGICO
R
EGIONAL
................................
...........
44
6
–
CARACTERIZAÇÃO HIDRO
GEOLÓGICA DA ÁREA DE
ESTUDO..................
49
6.1
– P
OTENCIOMETRIA E FLUX
O DE ÁGU
A SUBTERRÂNEA
................................
.....................
50
6.2
– C
ARACTERIZAÇÃO DO
S
UBSTRATO
G
EOLÓGICO
................................
............................
54
6.2.1
–
Caracterização dos litotipos em sondagens
................................
............
54
6.2.2
–
Distribuição das Unidades Hidroestratigráficas
................................
.....62
6.2.2
–
Caracterização dos litotipos por métodos geofísicos
..............................
65
6.3
– C
ARACTERIZAÇÃO
H
IDRÁULICA DO
S
UBSTRATO
................................
..........................
68
7
–
SIMULAÇÃO NUMÉRICA D
E FLUXO
................................
................................
......72
7.1
– M
ODELO
C
ONCEITUAL
................................................................
................................
..72
7.2
– C
ONFIGURAÇÃO DO
D
OMÍNIO
S
IMULADO
................................
................................
.....73
7.3
– D
ISTRIBUIÇÃO
I
NICIAL DOS
V
ALORES DE
C
ONDUTIVIDADE
HI
DRÁULICA
.....................
74
7.4
– C
ONDIÇÕES DE
C
ONTORNO
................................
................................
...........................
75
7.5
– S
IMULAÇÃO EM
R
EGIME
P
ERMANENTE
................................
................................
.........77
7.6
– C
ALIBRAÇÃO DO
M
ODELO EM
R
EGIME
P
ERMANENTE
................................
...................
77
7.7
– A
NÁLISE DE
S
ENSIBILIDADE
................................
................................
..........................
81
7.8
– P
OTENCIOMETRIA
S
IM
ULADA E
B
ALANÇO DE
F
LUXO
................................
...................
86
7.9
– S
EGUNDA
S
IMULAÇÃO EM
R
EGIME
P
ERMANENTE
................................
.........................
88
8
–
CONSIDERAÇÕES FINAI
S E CONCLUSÕES
................................
..........................
91
9
–
REFERÊNCIAS BIBLIOG
RÁFICAS
................................................................
...........
93
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
CARACTERIZAÇÃO HIDRO
GEOLÓGICA E SIMULAÇÃ
O NUMÉRICA DE
FLUXO EM UMA REGIÃO
S
ITUADA NO PLANALTO D
E PAULÍNIA (SP)
.............
1
1
–
INTRODUÇÃO
................................
................................................................
..................
1
2
–
OBJETIVOS
................................
................................
................................
.......................2
3
–
CONCEITUAÇÃO GERAL
................................
................................
.............................
2
3.1
– C
ONCEITOS BÁSICOS DE
ESCOAMENTO EM MEIO P
OROSO
................................
................
2
3.1.1
–
Aqüíferos
................................
................................
................................
..
5
3.2
– M
ODELOS
................................
................................
................................
........................8
3.2.1
-
Modelos Físicos
................................
................................
.........................
8
3.2.2
-
Modelos Analógicos
................................................................
..................
9
3.2.3
-
Modelos Matemáticos
................................................................
...............
9
3.2.4
-
Elementos do Modelo Matemático
................................
..........................
10
3.3
– P
ACOTE COMPUTACIONAL
UTILIZADO
- V
ISUAL
M
ODFLOW
3.1
................................
....20
4
–
METODOLOGIA
................................
................................................................
............
22
4.
1 – L
EVANTAMENTO
B
IBLIOGRÁFICO E
C
OMPILAÇÃO DE
D
AD
OS
P
REEXISTENTES
............
22
4.2
– A
COMPANHAMENTO DA VAR
IAÇÃO TEMPORAL DA SU
PERFÍCIE POTENCIOMÉT
RICA
......22
4.2.1
–
Construção dos Poços de M
onitoramento
................................
..............
22
4.2.2
–
Monitoramento do Nível d’água
................................
.............................
24
4.3
– C
ARACTERIZAÇÃO DO
S
UBSTRATO
G
EOLÓGICO
L
OCAL
................................
................
25
4.3.1
-
Dados Diretos
................................
................................
..........................
25
4.3.2
-
Dados indiretos
................................
................................
........................
27
4.4
– C
ARACTERIZAÇÃO
H
IDRÁULIC
A
................................
................................
...................
28
4.4.1
– T
ESTES DE
S
LUG
................................................................
................................
.........28
4.5
– F
ORMULAÇÃO DO
M
ODELO
G
EOLÓGICO
/H
IDROGEOLÓGICO
C
ONCEITUAL
...................
31
4.6
– S
IMULAÇÃO
N
UMÉRICA DE
F
LUXO
................................................................
...............
31
4.7
– A
NÁLISE DOS
R
ESULTADOS
................................
................................
...........................
33
5
–
CARACTERIZAÇÃO DA R
EGI
ÃO EM QUE SE INSERE
A ÁREA DE
ESTUDO
................................................................
................................
................................
.
35
5.1
– L
OCALIZAÇÃO DA ÁREA D
E ESTUDO
................................................................
..............
35
5.2
– A
SPECTOS
G
EOMORFOLÓGICOS
R
EGIONAIS
................................
................................
..36
5.3
– C
ONTEXTO
G
EOLÓGICO
R
EGIONAL
................................................................
...............
38
5.3.1
–
Embasamento Cristalino
................................
................................
.........40
5.3.2
–
Subgrupo Itararé
................................
................................
.....................
40
5.3.3
–
Intrusivas Básicas
................................
................................
...................
41
5.3.4
–
Depósitos relacionados à Formação Rio Claro
................................
.......41
5.3.5
–
Cobertura de Superfícies Aplainadas
................................
......................
43
5.3.6
–
Depósitos Quaternários
................................................................
...........
43
Liner com amostras
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.4
- C
ONTEXTO
H
IDROLÓGICO E
H
IDROGEOLÓGICO
R
EGIONAL
................................
...........
44
6
–
CARACTERIZAÇÃO HIDRO
GEOLÓGICA DA ÁREA DE
ESTUDO..................
49
6.1
– P
OTENC
IOMETRIA E FLUXO DE
ÁGUA SUBTERRÂNEA
................................
.....................
50
6.2
– C
ARACTERIZAÇÃO DO
S
UBSTRATO
G
EOLÓGICO
................................
............................
54
6.2.1
–
Caracterização dos litotipos em s
ondagens
................................
............
54
6.2.2
–
Distribuição das Unidades Hidroestratigráficas
................................
.....62
6.2.2
–
Caracterização dos litotipos por métodos geofísico
s
..............................
65
6.3
– C
ARACTERIZAÇÃO
H
IDRÁULICA DO
S
UBSTRATO
................................
..........................
68
7
–
SIMULAÇÃO NUMÉRICA D
E FLUXO
................................
................................
......72
7.1
– M
ODELO
C
ONCEITUAL
................................................................
................................
..72
7.2
– C
ONFIGURAÇÃO DO
D
OMÍNIO
S
IMULADO
................................
................................
.....73
7.3
– D
ISTRIBUIÇÃO
I
NICIAL DOS
V
ALO
RES DE
C
ONDUTIVIDADE
H
IDRÁULICA
.....................
74
7.4
– C
ONDIÇÕES DE
C
ONTORNO
................................
................................
...........................
75
7.5
– S
IMULAÇÃO EM
R
EGIME
P
ERMANENTE
................................
................................
.........77
7.6
– C
ALIBRAÇÃO DO
M
ODELO EM
R
EGIME
P
ERMANENTE
................................
...................
77
7.7
– A
NÁLISE DE
S
ENSIBILIDADE
................................
................................
..........................
81
7
.8
– P
OTENCIOMETRIA
S
IMULADA E
B
ALANÇO DE
F
LUXO
................................
...................
86
7.9
– S
EGUNDA
S
IMULAÇÃO EM
R
EGIME
P
ERMANENTE
................................
.........................
88
8
–
CONSIDERAÇÕES FINAI
S E CO
NCLUSÕES
................................
..........................
91
9
–
REFERÊNCIAS BIBLIOG
RÁFICAS
................................................................
...........
93
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1
–
Ilustração do conceito de transmissividade para um aqüífero confinado.......6
Fig
ura 2
–
Volume Representativo Elementar...............................................................10
Figura 3
–
Exemplos de condição de carga hidráulica especificada (primeiro tipo)......12
Figura 4
–
Exemplos de condição de fluxo especificado (Tipo II
ou Neumann)...........13
Figura 5 – Condição de contorno de fluxo dependente da carga (Tipo III ou
Cauchy)............................................................................................................................14
Figura 6 – Comparação entre os Protocolos de Bear et al. (1992), Anderson &
Woessner (1992) e Spitz & Moreno (1996), retirado de Alberto (2005)........................17
Figura 7 – A)
Grid
com nó não centrado, caso em que os nós se encontram nas
intersecções das células. B)
Gri
d de nó centrado, caso em que os nós são posicionados
na porção central da célula (
W
ANG
& A
NDERSON
, 1982)..........................................20
Figura 9 -Módulos originais do
MODFLOW
de 1988 (MCDONALD E H
ARBAUGH
,
1988
)................................
................................................................................................21
Figura 10 - Ilustração com o perfil construtivo e litológico de um poço de
monitoramento.................................................................................................................24
Figura 11 - Ilustração com o perfil construtivo e litológico de um poço de
monitoramento multinível...............................................................................................24
Figura 12 – Esquema das medições de campo, utilizando-se a técnica da Sondagem
Elétrica Vertical (SEV)....................................................................................................27
Figura 13 - Desenho esquemático do teste de
slug
, com os parâmetros geométricos
necessários para estimar a condutividade hidráulica pelo método de Hvorslev..............30
Figura 14 – Gráfico monologaritmico da relação da carga inicial com as mudanças
temporais de carga, em resposta à inserção do tarugo no interior do
poço.....................30
Figura 15 - Fluxograma com as etapas de trabalho e os dados a serem utilizados em
cada uma destas etapas....................................................................................................34
Figura 16– Localização do município de Paulínia, onde se encontra a área
estudada...........................................................................................................................35
Figura 17 - Mapa Geomorfológico com as unidades de relevo presentes na área de
estudo. Fonte: IPT (1981)................................................................................................37
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 18 – Mapa Geológico Regional, ilustrando a distribuição das Unidades lito-
estratigráficas que compõe a área de es
tudo (adaptado de Fernandes, 1997)................39
Figura 19 – Perfis da Fm. Rio Claro no município de Paulínia, descrito por Fernandes
(1997)................................................................................................................
...............42
Figura 20 – Mapa de isoietas para as Bacias dos rios Jaguari e Atibaia, Bacias onde se
insere a área de estudo. Fonte: Adaptado de Comitês das Bacias Hidrográficas dos Rios
Piracicaba, Capivari e Jundiaí, 2004.............................
..................................................45
Figura 21 – Gráfico com a distribuição das precipitações acumuladas mensais do
período compreendido entre janeiro de 1992 a janeiro de 2003. Dados coletados na
estação metereológica presente na área de e
studo............................
..............
.................46
Figura 22 - Mapa com os principais sistemas aqüíferos regionais. Fonte: Adaptado de
Comitês das Bacias Hidrográficas dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí
, 2005.....
....48
Figura 23 - Localização relativa dos poços de monitoramento e bombeamento
utilizadas neste trabalho.............................................
...........
...........................................49
Figura 24 – Gráfica com as comparações entre as precipitações acumuladas mensais e
hidrógrafas de 3 poços de monitoramento.................................
...........................
...........50
Figura 25 – Mapas potenciométricos gerados a partir da mensuração das cotas do nível
d’água nos dias 20/12/2005 e 11/05/2006......
.................
..........................
......................53
Figura 26 – Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade A. Porções mais
rasas...........................................................................................................
......................53
Figura 27 – Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade A. Porções mais
profundas.........................................................................................................................54
Figura 28
–
Curvas gra
nulométricas de sedimentos da Unidade B.
.......................
........56
Figura 29
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade C.
.......................
........57
Figura 30
–
Análises granulométricas de sedimentos da Un
idade D...................
....
......59
Figura 31
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade E.
..................
.............60
Figura 32
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade G.
................
...............62
Figura 33
–
Mapa Geológico da porção superior do aq
üífe
ro.....................
...................63
Figura 34
–
Seções Hidrofaciológicas da área de estudo.
......................
........................64
Figura 35
-
Ilustração com os perfis com os modelos geoelétri
cos obtidos pelas
SEVs........................
........................................................................................................66
Figura 36
-
Mapa de resistividade do primeiro horizonte saturado.....
...........................6
6
Figura 37
–
Seções geoelétricas na área de estudo.
..
...........................
...........................6
7
Figura 38
–
Histograma com os valores logarítmicos de condutividade hidráulica.
.....
.69
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 39 – Mapa com a distribuição dos valores das classes em escala logarítmica de
valores de condutividad
e hidráulica.....
...........................................................................70
Figura 40 – Gráfico com a dispersão dos valores logarítmicos de condutividade
hidráulica mensurados em campo e os valores estimados pela e
quação 29.
.............
......71
Figura 41 – Transferência de informações do Modelo Conceitual para o Modelo
Matemático.
...........
..........................................................................................................72
Figura 42 – Malha de diferenças finitas com espaçamento variável segmentando o
domínio simu
lado........
....................................................................................................74
Figura 43 - Distribuição inicial de condutividade hidráulica na camada superior do
domínio
simulado..................
..........................
................................................................75
Figura 44
-
Localização das condições de contorno adotadas no modelo.
....................
.76
Figura 45 – Gráfico de correlação entre os valores reais de carga hidráulica e aquelas
calculadas pela simulação em regime permanente...
...........................
............................79
Figura 46 – Distribuição dos valores de condutividade hidráulica para a primeira
camada resultantes da ca
libração do modelo..............................
..............
.......................80
Figura 47 – Distribuição dos valores de recarga encontrados na calibração do
modelo...............................
..........................
............................
........................................81
Figura 48 - Gráfico ilustrando os coeficientes de sensibilidade do critério de calibração
RMS dos resíduos, encontrados na simulação, com a modificação dos diversos
parâmetros de entrada do modelo.................
.............
........
..............................................83
Figura 49 – Gráfico de correlação entre os valores reais de carga hidráulica e aquelas
calculadas pela simulação com a supressão dos poços de bombea
mento................
.......84
Figura
50
– Gráfico de correlação entre os valores reais de carga hidráulica e aquelas
calculadas pela simulação com taxas de recarga nula..................
..........................
.........85
Figura 52 - Resultado do balanço de entrada de saída de água no domín
io
simulado........
.................................................................................................................
.88
Figura 53– Gráfico de correlação entre as cargas reais e calculadas no segundo período
simulado em regime permanente....
......
...........................................................................89
Figura 54 – Sobreposição das linhas das curvas equipotenciais observadas (linhas
tracejadas) e calculadas (linhas contínuas) pela segunda simulação realizada em regime
perm
anente.............
...........................
...............................................................................90
Figura 55 – Distribuição dos valores de recarga encontrados na calibração do segundo
modelo simulado em regime permanente.......
....
...........................
..................................91
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
ÍNDICE DE FOTOS
Foto 1
–
Perfuração de sondagens com Hollow Stem Auger...
..........................
............23
Foto 2
–
Perfuração de sondagens por meio de trado manual....
.........
............................23
Foto 3
–
Execução de amostragem contínua de solo com uso do Geoprobe.
.............
....26
Foto
4 – Detalhe do amostrador do Geoprobe e
liners
contendo amostras
recuperadas......
.................................................
..............................................................
26
Foto 5
-
Liner
contendo amostra de rocha, recuperada pelo Geoprobe............
......
........26
Foto 6
–
Detalhe da amostra de rocha recuperada pelo Geoprobe.
..................
...............2
6
Foto 7 – Silte argiloso. Amostra recuperada do poço PM-28 a profundidade de 10
m....................................................................................................................................
.55
Foto 8 – Clastos de siltitos laterizados, dispersos em uma matriz silto-argilosa. Amostra
recuperada do PM 29 a profundidade de 12
m.....................................................
.................................................................
................55
Foto 9 – Areia muito argi
losa
. Amostra recuperada do poço PM-27, à profundidade de
10,8
-
11,2 m........................
...........................
...................................................................57
Foto 10 – Arenito muito argilosa. Amostra recuperada do poço PM-
27
, à profundidade
de 11,4 m.............................................................
............................................................57
Foto 11
–
Areia média a grossa. Amostra recuperada do poço PM
-
26, à profundidade de
13,5 m................
..............................................................................
................................58
Foto 12
–
Areia média a grossa. Amostra recuperada do poço PM
-
43, à profundidade de
14,2 m.....................................................
.............
.............................
...............................58
Foto 13 – Areia média a grossa argilosa. Amostra recuperada do poço PM-40, à
profundidade de 13,6 m...................................................................
..............
............
......59
Foto 14 – Areia média a grossa em contato erosivo com siltitos argilosos. Amostra
recuperada do Poço PM-
41, à profundidade de 13,90 m.................
...........................
.....61
Foto 15 – Siltito maciço róseo. Amostra recuperada do Poço PM-46, à profundidade de
12,4 m.................................................
..........................
...................................................61
Foto 16 – Argilito avermelhado e branco, com laminação plano-paralelo incipiente.
Amost
ra recuperada do Poço PM
-
41, à profundidade de 14,4 m...
...........................
......61
.
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Valores de nível d’água mensurados em períodos distintos através de
monitoramento periódico.........................................
.................
...............
........................52
Tabela 2
– Valores de resistividade atribuídos a tipos l
itológicos específicos.....
...........65
Tabela 3 – Valores de condutividades hidráulicas mensuradas através de testes de
slug
....
............
..................................................................................................................
69
Tabela 4 – Valores de condutividade hidráulica atribuídos a litologias com texturas
especificas na área de estudo.................
..........................
................................................72
Tabela 5 – Comparação entre os valores de carga hidráulica mensurados nos poços de
monitoramento e aquelas calculadas pela simulação na local onde estão inseridos os
poços.................
............
...................................................................................................78
Tabela 6 - Resultados de análise de sensibilidade para os valores de condutividade
hidráulica, com alteração de 20% nos valores obtidos na cal
ibração do modelo.
........
...82
Tabela 7
-
Resultados de análise de sensibilidade para os valores de recarga, com
alteração de 20% nos valores obtidos na calibração do modelo.
........
.............................82
Tabela 8
-
Resultados de análise de sensi
bilidade para os valores de bombeamento nos
poços, com alteração de 20% nos valores obtidos na calibra
ção do modelo.............
.....82
Tabela 9 – Resultado dos incrementos dos resíduos gerados pelo acréscimo de carga
hidráulica nos contornos de primeiro t
ipo.........
...........................
...................................86
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO
NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO
PLANALTO DE PAULÍ
NIA (SP)
1
–
INTRODUÇÃO
Uma das maiores carências da sociedade moderna ref
ere
-se à água potável. No
último século, enquanto se assistia
sua
crescente demanda, era verificada a degradação
de sua qualidade. Pesou para este fato, a emissão de dejetos industriais e domésticos em
corpos hídricos superficiais, somados a um manejo inad
equado de rejeitos e acidentes.
Do montante de água disponível no planeta, apenas 2,5 % é potável. Rios e
lagos perfazem juntos, aproximadamente 1% deste montante, ao passo que águas
subterrâneas, armazenadas nos interstícios dos aqüíferos, correspondem a 99 % da água
potável disponível, sendo esta a maior fonte de água para as sociedades atuais. Este fato
explica a latente preocupação, em âmbito mundial, com a exaustão dos recursos hídricos
subterrâneos e justifica o constante incremento, desde a segunda metade do século
passado
, dos processos dinâmicos de fluxo de água subterrânea no substrato aqüífero
.
Neste âmbito, a utilização de modelos para simulação de fluxo de água subterrânea
ganhou forte destaque, inicialmente com os modelos analógicos empregados para
simular o comportamento de aqüíferos frente à sua exploração para abastecimento
urbano. O aprimoramento da performance dos computadores, verificados
desde
a
década de 1960, permitiu o uso mais extensivo de modelos matemáticos.
A partir da década de 70, os modelos matemáticos começaram a ser utilizado
,
sobretudo para simular e predizer os riscos envolvidos em casos de contaminação das
águas subterrâneas, graças ao aprimoramento das legislações ambientais em termos
mundiais.
Motivado por esta realidade, o presente trabalho visa utilizar as simulações de
fluxo para o entendimento de parte da complexidade da dinâmica de fluxo em uma área
situada em uma área situada
no município de Paulínia.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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2
2
–
OBJETIVOS
A vertente principal deste trabalho se prendeu à Caracterização H
idrogeológica
local
, através do entendimento do substrato aqüífero local. Esta caracterização se fez
através de duas grandes etapas:
formulação de um modelo geológico conceitual a partir da analise e
interpretação de dados obtidos a
partir de investigação
de campo.
s
imulação
numérica de fluxo para testar o modelo conceitual previamente
concebido e fornecer ferramentas para fins preditivos em etapas posteriores.
3
–
CONCEITUAÇÃO GERAL
Antecedendo à apresentação dos métodos e
et
apas de trabalho,
faz
-
se
necessária
a apresentação de todo o alicerce teórico que subsidia este trabalho. Os conceitos
descritos a seguir são
essenciais para o entendimento
deste trabalho.
3.1
–
Conceitos básicos de escoamento em meio poroso
O fluxo d
e água subterrânea é um fenômeno controlado pela variação espacial de
energia potencial. A água flui das regiões com maior energia para aquelas de menor
nível energético, em busca do equilíbrio (F
ETTER
, 1994).
Diversos fatores interferem diretamente neste fluxo, tais como gravidade,
pressão externa (pressão atmosférica e de rochas que sobrepõem o substrato geológico
saturado) e atração molecular existente entre a água e as rochas,
em
cujos
interstícios a
água encontra
-
se retida.
Darcy
, em 1856, de maneira experimental estabeleceu os fundamentos básicos
que regem o fluxo nos interstícios porosos. A partir de experimentos com tubos
preenchidos com areia, Darcy verificou que o fluxo obedecia à relação:
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3
dl
dh
KA
Q
Onde:
Q é a descarga (volume de água que flui através de uma seção considerada por unidade
de tempo
),
K é a condutividade hidráulica, uma constante estabelecida por Darcy, cujos valores
estão associados a materiais geológicos distintos
,
A é a
seção transversal
onde a água
flui
,
dh/dl
é
o gradiente hidráulico.
Dada sua extrema importância no entendimento da dinâmica de fluxo, vale
ressaltar o parâmetro K (condutividade hidráulica), determinado empiricamente por
Darcy. Este parâmetro exprime a capacidade de um material geológico de transmitir um
fluido, representando uma constante que depende de características intrínsecas das
rochas (permeabilidade) que constituem o aqüífero e do líquido contido nos interstícios
porosos destas rochas (viscosidade cinemática). A equação 2
mos
tra a relação entre K e
as suas variáveis independentes citadas:
A velocidade linear de fluxo reflete a velocidade média de trânsito de um fluido
no meio poroso, em um determinado trecho
linear
:
dl
dh
n
K
v
e
A expressão 3 representa a velocidade real de fluxo, uma vez que incorpora
o
termo
referente à po
rosidade efetiva (
ne
).
(1)
(2)
g
kK
Onde:
k
é a
permeabilidade (L
2
),
n
é a
viscosidade cinemática do liquido
(
L
2
/T)
,
g
é a
aceleração da gravidade
.
(3)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
4
Considerando
-se que o fluxo da água subterrânea se dá em virtude das
diferenças de pressão e de elevação, o conceito de Potencial Hidráulico Subterrâneo ( )
d
e Huber
t (
1940
)
é expresso por:
ref
w
zzg
P
Na
equação
4, P é o potencial de pressão, w é a densidade da água, g a
aceleração da gravidade, z é o potencial de elevação e z
ref
a elevação de referência.
Considerando z
ref
igual a 0 e o líquido (água) incompressível, a equação do
potencial (
), e h sendo funções da elevação z, a função se redu
z à expressão abaixo:
z
g
P
h
w
(5)
Nesta
expressa,
h é a carga hidráulica total, gP w
é a carga de pressão e z é o
carga
de elevação. Adotando-
se
a
carga
( ) como função das coordenadas espaciais
tridimensionais
zyxhh ,,
,
dl
dh
como
a variação da carga em relação à posição no
espaço e a teoria de conservação de massa, pode-
se
expressar a equação geral do fluxo,
para meios porosos não confinados, em um Volume Elementar Representativo (VER),
pela
e
quação 6
, conhecida
como Equação de Laplace (
W
ANG
& A
NDERSON
, 1982):
0
2
2
2
2
2
2
z
h
y
h
x
h
Quando se considera a possibilidade de armazenamento de água no interior do
VER e a possibilidade de recarga e descarga no mesmo, a equação é conhecida como
Equação de Boussinesq e, para meios porosos não confinados homogêneos, é expressa
por (FETTER, 1994)
para fluxo em regime p
ermanente
:
dt
dh
Ss
z
h
y
h
x
h
2
2
2
2
2
2
(4)
(6)
( 7 )
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
5
onde Ss é o armazenamento específico.
3.1.1
–
Aqüíferos
Aqüíferos são formações geológicas capazes de armazenar e transmitir água em
seus interstícios porosos (F
ETTER
, 1994). Deste modo, a taxa de fluxo é controlada p
ela
natureza hidráulica do substrato que compõe o aqüífero e dentro do qual a água flui.
Existem
dois
grandes grupos de aqüíferos: os aqüíferos em meios porosos e os
aqüíferos fissurais. Os aqüíferos em interstícios porosos são aqüíferos que armazenam
águ
a na matriz das rochas, nos interstícios não ocupados por grãos minerais,
denominada de porosidade primária. Os aqüíferos fissurais, por sua vez, armazenam
água em fissuras (fraturas, falhas e juntas), correspondendo à porosidade secundária. O
terceiro gru
po,
c
omumente
considerado
incluso dentro do segundo grupo, é formado
pelos aqüíferos cársticos, onde a água ocupa cavidades geradas pela dissolução parcial
de rochas carbonáticas.
Os aqüíferos em interstícios porosos podem ser segregados em aqüíferos
c
onfinados e aqüíferos livres.
Aqüíferos confinados são aqüíferos delimitados no topo e na base por camadas
impermeáveis, representando neste caso, aqüíferos
não
drenantes, ou por camadas
semipermeáveis,
representando aqüíferos drenantes. A presença destas
camadas faz com
que exista uma pressão exercida por seu peso no substrato s
ub
jacente e na água nela
contida. Assim, a carga hidráulica destes aqüíferos é superior à
elevação
altimétrica que
estas ocupam, pois a carga hidráulica neste caso é função também da pressão exercida
pela camada confinante. Outra característica que marca os aqüíferos confinados é o seu
estado permanente de saturação.
Os aqüíferos livres são aqüíferos isentos de camadas confinantes. Deste modo, o
topo
da porção saturada destes aqüíferos encontra-se submetido somente à pressão
atmosférica. Portanto, a carga hidráulica do topo da porção saturada destes aqüíferos
coincide com a sua cota altimétrica, quando tomado o nível do mar como
datum
de
referência, e o gradiente hidráulico tem incl
inação
coincidente com a inclinação da
superfície
freático.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
6
3.1.1.1
-
Transmissividade
Os principais parâmetros para o entendimento do sistema de fluxo em aqüíferos
admitidos como bidimensionais
são a transmissividade e o armazenamento específico.
A transmissividade expressa à taxa de escoamento de água cedida por um
segmento
unitário do aqüífero, com largura de 1 metro e altura de valor equivalente a
espessura (b) do aqüífero, por unidade de tempo (
Figura
1), quando submetido a um
gradiente hidráulico u
nitário como representado pela E
quação 8:
Kb
T
Onde
:
T
é a
t
ransmissividade (L
2
/T)
,
K
é a
Condutividade hidráulica (L/T)
,
b
é a
espessura do aqüífero (aqüíferos confinados) o
u
a
cota da
carga hidráulica (aqüíferos não confinados)
.
(8)
Figura
1 –
Ilustração do conceito de transmissividade para um aqüífero confinado.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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7
3.1.1.2
-
Armazenamento
Uma das propriedades que definem o comportamento de um aqüífero é o seu
coeficiente de armazenamento (S), que representa o volume de água que uma unidade
permeável absorve ou expele do armazenamento, por área de superfície unitária, por
mudança
unitária de carga,
r
epresentando uma
variável
adimensional (
F
ETTER
, 1994).
O
coeficiente de armazenamento especifico (Ss) representa o volume de água
cedido por um volume elementar saturado da formação, que é armazenado ou expelido
da formação pela compressibilidade do arcabouço mineral e água dos poros por unidade
de variação na carga hidráulica. Sua dimensão é dada por 1/L.
)( ng
Ss
w
Em aqüíferos confinados, a carga pode declinar, sem, contudo, haver mudanças
na espessura saturada do aqüífero. Nestes tipos de aqüíferos, o armazenamento (S) é o
produto do armazenamento específico e sua espessura b:
bSs
S
Em aqüíferos não-
confinados,
o nível correspondente à porção saturada ascende
ou de
scende
com a mudança na quantidade de água armazenada. Como o nível d’água
declina, a água é drenada do interstício poroso. Esta perda no armazenamento de água
devido à mudança de carga hidráulica
corresponde
ao
rendimento especifico
do aqüífero
(Sy)
(FETTER, 1994).
Como a água é armazenada ou expelida também por esta propriedade do
aqüífero, para aqüíferos não confinados, o armazenamento da formação aqüífera tem a
seguinte equação:
(
9
)
Nesta expressão
:
r
w
é a densidade da água (M/L
3
),
g
é a aceleração da gravidade (L/
T
2
),
a
é a compressibilidade do arcabouço do aquifero (1/(M/LT
2
)),
n
é a porosidade (L
3
/L
3
),
b
é a compressibilidade da água (1/(M/LT
2
)).
(
10
)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
8
bSs
Sy
S
Deste modo, o volume de água drenado de um aqüífero pela mudança de carga
pode ser calculado pela expressão abaixo.
h
SA
Vw
3.2
–
Modelos
Modelos podem ser definidos como ferramentas cuja função é a representação
aproximada da realidade. Neste caso, pode ser exemplificado um mapa rodoviário que
representa simbolicamente toda a intrincada malha de rodovias, sendo possível simular
percursos (W
ANG
& A
NDERSON
, 1982). Uma vez que exista um modelo que represente
adequadamente um determinado fenômeno ou processo, este pode ser empregado para
simular di
versos cenários e fazer previsões
.
Os modelos são ferramentas largamente utilizadas nos diversos ramos da
ciência, particularmente nas engenharias. Em hidrogeologia, os modelos são largamente
empregados
tanto em problemas de fluxo
,
quanto de transporte de
contaminantes
.
Os modelos podem ser agrupados em três grandes categorias: modelos físicos,
analógicos e matemáticos.
3.2.1
-
Modelos
Físicos
O modelo físico constitui a representação em escala laboratorial dos processos
estudados. Um exemplo utilizado amplamente no passado foi o modelo de fluxo
(
11
)
(
12
)
O
nde:
V
w
é o volume da água (L
3
),
S
é a armazenamento (adimensional),
A
é a área da superfície d
renante do aqüífero (L
2
),
Dh
é o declínio médio da carga (L).
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
9
viscoso, onde o fluxo de um fluido viscoso entre duas placas paralelas simula intrusões
sal
inas, fluxo através de barragem
, etc. (
S
PITZ
& M
ORENO
,
1996).
Tanques de areia também são comumente empregados para representar um
aqüífero e neste são simuladas situações diversas como explotação de águas
subterrâneas por bombeamento e migração de plumas
de contaminação.
3.2.2
-
Modelos
Analógicos
Tais modelos consistem na representação de certos fenômenos a partir de outros
em menor escala, por analogia com as leis físicas que regem estes fenômenos (W
ANG
&
A
NDERSON
, 1982).
A existência de similaridades nas formulações matemáticas que descrevem o
fluxo de corrente elétrica (Lei de Ohm) com aquelas que descrevem o fluxo de água
subterrânea (Lei de Darcy) permitiu que o primeiro fenômeno fosse utilizado para a
simulação do segundo.
Deste modo, a analogia matemática e física entre condutividade elétrica de um
determinado material com condutividade hidráulica do material geológico e a analogia
da distribuição de voltagem com distribuição de carga hidráulica permitiam que um
circuito do tipo resistência
-
capac
itância fosse utilizado para representar um meio poroso
heterogêneo (
S
PITZ
& M
ORENO
, 1996).
Nos dias atuais, os modelos analógicos não são mais utilizados em estudos
hidrogeológicos.
3.2.3
-
Modelos Matemáticos
No
s modelos matemáticos, os processos de natureza física são representados por
formulações matemáticas. Este tipo de modelo teve seu desenvolvimento alicerçado
pelo desenvolvimento de computadores mais potentes, uma vez que os modelos
matemáticos, na maioria dos casos, requerem a solução de um grande número de
equações.
Os modelos matemáticos podem ser divididos em duas grandes categorias: os
modelos analíticos e os numéricos. Invariavelmente, o modelo matemático se compõe
de
certo
número de elementos
,
descritos nos tópicos seguintes.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
10
3.2.4
-
Elemen
tos do Modelo Matemático
Modelos
matemáticos, independente dos processos que estes representem, se
estrutura
m
sempre a partir dos seguintes elementos:
e
quações
g
overnantes,
c
ondições de
contorno e condições iniciais (para problemas transitórios), os quais são descritos a
seguir.
3.2.4.1
-
Equações Governantes
As
e
quações
governantes representam a estrutura básica dos m
odelos
matemáticos, constituindo representações matemáticas que descrevem um fenômeno
físico, tais como fluxo de corrente elétrica, fluxo térmico, propagação de deformação
em mecânica e fluxo de água subterrânea
(W
ANG
& A
NDERSON
, 1982)
.
Patankar (1980) define as equações governantes como equações diferenciais parciais
que satisfazem um princípio de conservação. Diante deste princípio, as formulações de
um modelo matemático, em essência, trabalham com balanço de massa ou energia.
A
Figura
2 ilustra a representação física deste conceito para um problema de
fluxo de água subterrânea. As equações governantes para fluxo de água subterrânea
resu
ltam do balanço de água que flui por um VER (Volume Elementar Representativo).
Figura 2
–
Volume Representativo Elementar.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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11
Para Wang & Anderson (1982), a equação governante que representa o fluxo de
água subterrânea, em sua forma analítica, é derivado da combinação da Lei de Darcy
co
m a conservação de massa, como expresso abaixo:
dt
dh
Ss
W
z
h
K
zy
h
K
yx
h
K
x
zz
yyxx
Onde:
Ss é o armazenamento especifico
W é a recarga
3.2.4.2
-
Condições de Contorno
As condições de contorno, presentes em todos modelos matemáticos são
elementos essenciais à solução dos mesmos. Em princípio, um modelo pode convergir
para um número infinito de soluções. Entretanto, as condições de contorno, presentes na
fronteira dos modelos, delineiam a solução única do modelo.
Embora representem elementos físicos tais como falhas geológicas e rios, as condições
de contorno são, em modelos matemáticos, expressões matemáticas que explicitam
certos parâmetros específicos conhecidos do modelo. Matematicamente, como
explicitado por Frank
et al
(1987), as condições de contorno são de t
rês tipos principais.
Tipo I - Contorno de carga hidráulica especificada ou carga hidráulica constante
(condição de Dirichlet), que pode ser matematicamente representado pela expressão:
h(x,y,z,t)
= conhecido
(14)
(
13
)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
12
Neste tipo de contorno, como demonstrada por sua representação matemática, a
carga hidráulica é conhecida em algumas regiões do domínio simulado e, portanto,
servem como referência para a solução do modelo. Reilly
et al
(1987)
exe
mplificam
tais
condições de contorno por rios e lagos, que possuam valores de carga hidráulica
conhecida e ligação direta com o aqüífero, como ilustrado na
Figura
3.
Tipo II
-
Condição de contorno de fluxo especificado (Condição de Neumann),
expressa
matematicamente por:
do
especifica
dn
t)
z,
y,
dh(x,
O fluxo especificado pode ser nulo ou não. A condição de fluxo nulo é aplicável
quando existe um contorno impermeável, uma linha de simetria, uma linha de fluxo, ou
seja, onde inexista fl
ux
o transversal a este contorno (
Figura
4). É comum que se use este
tipo de condição de contorno em simulações de dimensões reduzidas, situação onde não
Figura 3
–
Exemplos de condição de carga hidráulica especificada (primeiro tipo).
(15
)
onde:
dh (x,y,z,t
) é a variação elementar t
ridimensional e temporal de carga hidráulica,
dn
é a variação elementar de distância perpendicular à direção de fluxo.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
13
se conhece a extensão real do aqüífero, sendo a forma deste limite delineada a partir de
uma linha de f
luxo obtida a partir da elaboração da potenciometria local.
Reilly
et al (1987), exemplifica lagos e rios como tipos de condições de
contorno de fluxo especificado (não nulo), desde que estes tenham sua interação com o
aqüífero bem conhecida, como represen
tada na
E
quação 16.
q=
f(x,y,z,t)
(16)
Tipo III - Condição de fluxo dependente da carga (condição de Cauchy), expressa pela
equação:
c
ch
dn
dh
Figura 4
–
Exemplos de condição de fluxo especificado (Tipo II ou Neumann).
(
17
)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
14
Um exemplo comumente usado para este tipo de contorno é aquele no qual
existe uma camada semipermeável separando dois aqüíferos (
Figura
5) ou um aqüífero e
um corpo de água superficial. O fluxo que passa deste corpo aquoso sobrejacente para o
aqüífero, através
da camada semipermeável é expressa pela equação de Darcy:
'
'
b
hH
Kq
Onde
:
q é a o volume de água que atravessa a camada semipermeável em virtude da diferença
de carga hidráulica,
K’
é a condutividade hidráulica da camada semiconfinada,
H’
-
h
é a diferença de carga entre o aqüífero livre e o semiconfinado,
b’
é a espessura da camada semiconfinante.
Desta forma, a queda da carga no aqüífero induz a um menor fluxo através da
camada semiconfinante e, na condição oposta, seu incremento leva a um aumento na
taxa de fluxo, numa relação linear
(F
RANK
et al
, 1987).
3.2.4.3
-
Condições Iniciais
As condições iniciais são componentes essenciais em modelos transientes. A
simulação em regime transiente requer, no início da simulação, uma distribuição de
carga hidráulica, uma vez que os valores de cargas hidráulicas calculadas em um
determinado passo de tempo são dependentes dos valores de carga hidráulica do passo
Figura 5
–
Condição de conto
rno de fluxo dependente da carga (Tipo III ou Cauchy).
(
18
)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
15
anterior. Deste modo torna-
se necessária a existência de valores de carga hidráulica ou a
concentração de soluto no início da simulação. Um procedimento comum é a simulação
em regime permanente para obtenção de valores de cargas
no in
í
cio da simulação.
3.2.5 Etapas da Elaboração de um Modelo Matemático de Fluxo
O processo de simulação obedece, via de regra, a um fluxograma elaborado e
proposto por diversos autores. Este fluxograma, denominado Protocolos para Aplicação
de Modelos Matemáticos (PAMMs), exprime o esboço metodológico e segrega as
etapas contidas no processo de simulação matemática. Dentro dos PAMMs verifica-
se
que na construção de modelos é necessário o cumprimento de etapas que precisam ser
adequadamente efetuad
as para viabilizar as etapas posteriores.
Diversos autores têm propostos
PAMMs
em suas publicações, entretanto estas
exibem algumas diferenças metodológicas, como pode ser verificado a partir da
comparação do trabalho de autores como Bear (1982),
Anderson
& Woessner (1992),
Kresic (1997), Spitz & Moreno (1996), entre outros. A
Figura
6 ilustra de maneira
comparativa 3 destes protocolos. Alberto (2005) demonstra que, a despeito de
divergências em aspectos pormenorizados, as etapas contidas nas PAMMs podem
ser
agrupadas em 3 grandes etapas: Preparação, Calibração e Aplicação (
Figura
6).
A seguir é descrita uma visão simplificada das etapas dos PAMMs, a partir da
compilação dos autores citados acima, ressaltando-se aquelas com forte relevância para
o present
e trabalho.
A definição de objetivos representa a primeira etapa de todo processo de
simulação de fluxo de água subterrânea.
A segunda etapa é representada pela formulação de modelo hidrogeológico
conceitual (formulação teórica sobre a
Configuração
do domínio), norteado pelo
levantamento de informações relevantes existentes do domínio a ser simulado, tais
como aquelas relacionadas aos aspectos geológicos, propriedades hidráulicas e
potenciometria da área a ser simulada.
O processo de escolha do código c
omputacional (software) é realizado de acordo
com o modelo hidrogeológico conceitual estabelecido, optando-se por aquele que seja
mais adequado à complexidade do problema e à proposta inicialmente aceita.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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16
O modelo conceitual concebido durante a caracte
rização hidrogeológica da ár
ea
a ser simulada é representação dentro do modelo matemático a partir do aplicativo
selecionado, considerando
-se suas simplificações e suposições.
A calibração do modelo consiste na adequação dos parâmetros do modelo
hidrogeol
ógico conceitual inicialmente estabelecido, verificado a cada mudança, até que
se atinja elevadas correlações entre os valores observados e calculados. Se o modelo é
representativo das observações de campo, os resultados auxiliam na predição do
fenômeno de interesse, caso contrário, é necessária a coleta de novos dados de campo
visando o aprimoramento dos modelos conceitual e matemático.
A análise de
sensibilidade
avalia o grau de dependência dos resultados da
simulação frente a determinados parâmetros de entrada do modelo. A análise de
sensibilidade
permite ainda esboçar o grau de incertezas contidos nestes parâmetros.
Estas incertezas decorrem do fato de não ser possível
adotar
os valores reais e a
distribuição dos parâmetros hidrogeológicos dentro do domínio simulado. Tendo em
vista que o modelo calibrado é influenciado por estas incertezas, faz-se necessário
mensurar sua influência nos resultados da simulação.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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17
Figura 6 – Comparação entre os Protocolos de Bear et al. (1992), Anderson & Woessner (1992) e Spitz & Moreno (1996),
retirado de Alberto (2005).
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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18
3.2.4.1
–
Modelos Analíticos
Como descrito por Mass
mann
& Hagley (1995), os modelos com solução analítica
envolvem a solução direta de equações diferenciais parciais. Os modelos analíticos, ao contrário
dos modelos numéricos, resultam na solução exata do problema, enquanto os modelos numéricos
resultam
em
aproximações da solução. Outra característica que distingue este tipo de modelo dos
modelos numéricos é que suas formulações são de natureza contínua e descrevem o fenômeno
para qualquer parte do domínio. Todavia, os modelos analíticos requerem a pressuposição de um
aqüífero isotrópico, homogêneo e com uma geometria simplificada, condições estas, raras na
natureza. Portanto, o aumento da complexidade do problema estudado (presença de
heterogeneidade e anisotropia) induz a uma rápida perda de representatividade na solução do
modelo por técnicas analíticas.
3.2.4.2
–
Modelos Numéricos
Os modelos numéricos diferem dos modelos analíticos por realizarem sua simulação em
intervalos discretos. O processo de discretização, que caracteriza os modelos numéricos, res
ulta
da segmentação do domínio simulado em intervalos finitos. Este processo
envolve
o truncamento
de equações parciais diferenciais em equações algébricas simples, o que resulta em soluções
aproximadas. Deste modo, quanto menor o intervalo discreto do modelo, maior sua aproximação
com a solução analítica e com a situação real.
Na simulação numérica, onde os diversos elementos deste domínio se inter-
relacionam,
cria
-se uma rede de equações com incógnitas a serem solucionadas. Por este motivo, o
desenvolvime
nto de computadores de alta performance, por volta dos anos 60, permitiu o
desenvolvimento de modelos numéricos, inclusive para problemas hidrogeológicos (W
ANG
&
A
NDERSON
, 1982)
.
A discretização dos métodos numéricos permite que problemas relacionados à
heterogeneidade, à anisotropia e aos contornos irregulares do domínio sejam representados, uma
vez que regiões diferenciadas podem ser individualizadas.
Os
Métodos mais utilizados para problemas hidrogeológicos são o método das diferenças
finitas (MDF) dos elementos finitos (MEF). Além destes, existem nos dias atuais uma vasta
gama de outros métodos como
o Elementos de Contorno (MEC) e o
V
olumes Finitos (MVF).
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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19
3.2.4.2
–
Método das Diferenças Finitas
O método das Diferenças Finitas baseia-se na aproximação de equações diferenciais
parciais em um conjunto de equações algébricas inter-relacionadas entre si, que representam
elementos
discretos de espaço e tempo. Como pode ser verificado em Burden & Faires (1993), o
MDF pode ser obtido de aproximações numéricas pelo truncamento da série polinomial de
Taylor. Fazendo-se uso destas equações, pode se verificar que este método resulta em
aproximações de equações diferenciais parciais, que foram convertidas em um sistema de
equações algébricas. Um exemplo bastante simples desta aproximação pode ser extraído de
Wang
& Anderson (1982), em que uma equação laplaciana que descreve o fluxo em regime
permanente e meio homogêneo e isotrópico (equação 19), pode ser aproximada a uma notação
numérica em diferenças finitas (equa
ção 20):
0
2
2
2
2
y
h
x
h
0
2
2,
2
1,1,
2
,1,1
,
y
hhh
x
hhh
jiji
jijiji
ji
Cada uma destas equações
algébricas geradas pela aproximação das equações diferenciais
de fluxo
possui uma incógnita a ser solucionada. Em modelos de fluxo de ág
ua subterrânea, estas
incógnitas são representadas por pontos discretos no domínio simulado, denominado nós. Os
nós, em problemas hidrogeológicos, normalmente representam a carga hidráulica, e os valores
atribuídos a estes nós são considerados constantes em toda região que os mesmos representam.
Estas regiões, por sua vez, são constituídas por células ou quadrículas delimitadas por uma
malha previamente estabelecida
,
que pode ter espaçamento constante ou irregular entre as linhas.
As malhas para os MDF’s podem ser com nó centrado no bloco (
node
centered
-
block
grid
), ou com nó situado no cruzamento entre as linhas (
no
node-
centered
-block grid), como
observado na
Figura
7.
(19)
(20)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
20
3.3
–
Pacote computacional utilizado
-
Visual Modflow 3.1
O pacote computacional mais difundido atualmente, seja para modelagem de fluxo de
água subterrânea ou para transporte de solutos, é o MODFLOW
®
, escrito originalmente em
linguagem FORTRAN 77 e desenvolvido por McDonald & Harbaugh (1988). O MODFLOW
®
é
composto de c
ódigos
, em forma modular, que solucionam os problemas de fluxo
trdidimensionalmente
, em diferenças finitas implícitas, com bloco de nó centrado. A
característica principal do MODFLOW
®
é sua natureza modular. Cada módulo no MODFLOW
®
contém códigos criados p
ara representação de problemas específicos dentro do modelo.
A
Figura
9 ilustra os códigos originais do MODFLOW
®
desenvolvido em 1988 e a
função de cada um destes códigos. Como está ilustrado nesta
Figura
, este
software
pode ser
segment
ado em dois conjunt
os modulares.
1) Módulos com componente de fluxo, que pode ser divido em dois grupos:
a) componente de fluxo de nó centrado no bloco, que calcula as equações de diferenças
finitas para solução das equações governantes de fluxo;
b)
componente representado
pelos pacotes de stress (elementos que controlam a dinâmica
de fluxo na área modelada), composto por algoritmos que simulam rios, poços de bombeamento,
drenos, etc., os quais fornecem as condições de contorno para o modelo.
2) Módulos referentes aos pacotes para a solução numérica.
Paralelamente ao
MODFLOW
®
,
tem sido desenvolvidos outros pacotes para a solução de
problemas específicos das mais diversas características, tais como transporte de massa, balanço
Figura 7 – A)
Grid
com nó não centrado, caso em que os nós se encontram nas intersecções
das células. B)
Grid
de nó centrado, caso em que os nós são posicionados na porção central
da célula (
WANG
&
ANDERSON
, 1982).
A)
B)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
21
hídrico, intrusão salina, compacidade de aqüíferos confinados, entre outros, que tornam este
código bastante versátil, possibilitando uma infinidade de usos específicos. Os pacotes adicionais
mais utilizados são aqueles que tratam dos problemas relacionados ao transporte e à migração de
contaminantes,
destacando
o código MT3D
(Z
HENG
, 1990), largamente difundido.
O Visual MODFLOW
®
, ferramenta utilizada para a realização deste trabalho, é uma
interface gráfica do
MODFLOW
®
, desenvolvida pela empresa canade
nse
Waterloo
Hydrogeologic Inc., que opera em Plata
forma
WINDOWS
®
. A vantagem oferecida por este
software é a visualização gráfica do modelo, permitindo maior interatividade com o usuário,
possibilitando a elaboração e simulação de problemas em tempo reduzido. Permite também
acelerado ajuste dos parâmetros do modelo, inclusive com a utilização de ajustes automáticos
destes parâmetros, visando a calibração pelo método da inversão.
O
MODFLOW
®
, 2000, versão utilizada neste trabalho, é dotado de 5 algoritmos de
solução numérica: SOR (
Slice
-Sucessive Overrelaxa
tion
), SIP (Strongly Implicit Procedure
),
LMG (Algebraic Mult
Grid
), WHS (
Bi
-Conjugated Stabilized Gradient) e PCG2 (
Conjugated
Gradient
).
Figura
9
-
Módulos originais do
MODFLOW
®
de 1988
(
MCD
ONALD
& H
ARBAUGH
,
1988
).
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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22
4
–
M
E
TODOLOGIA
Para a elaboração do presente trabalhos, foram
empregadas
técnicas tradicionais de
investigação geológica e hidrogeológica, bem como a utilização de modelos matemáticos de
fluxo para integração destes dados e para subsídio ao entendimento integrado dos mesmos.
Foram definidas 7 etapas, ilustradas de maneira simplificada na
Figura
9, existindo em cada
etapa propósitos específicos, e uso de técnicas diversas, descritas sucintamente nos tópicos
referentes
a
cada uma destas metodologias.
4.
1 –
Levantamento Bibliog
ráfico e Compilação de Dados Pre
existentes
A partir da pesquisa de teses, artigos, dissertações e relatórios foram realizados trabalhos
de contextualização geológica e hidrogeológica regional e local.
Em
paralelo, nesta etapa foram
organizados os dados coletados em projetos anteriores na mesma área, e a partir destes dados
foram
gerados mapas, seções geológicas e formulação de um modelo conceitual preliminar, bem
como elaborado a revisão
bibliográfica necessária
ao desenvolvimento deste trabalho.
4.2
–
Acompanhamento da variação temporal da superfície
potenciométrica
4.2.1
–
Con
strução dos Poços de Monitoramento
A construção dos poços de monitoramento tem por finalidade obter amostras de água
quimicamente representativas dos aqüíferos, averiguar possível presença de contaminantes, além
de permitir a estimativa das propriedades hidráulicas da porção saturada do aqüífero. Os poços
de monitoramento prestam-se ainda ao acompanhamento periódico da qualidade das águas
subterrâneas, ao controle da taxa de migração das plumas de contaminação que eventualmente
existam e observação das mudanças nas superfícies equipontenciais decorrentes de oscilações
naturais e aquelas induzidas por bombeamento.
A instalação dos poços de monitoramento seguiu a norma NBR 13.895, descrita pela
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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23
A maior parte das perfurações dos poços foi realizada com equipamentos do tipo
Hollow
Stem Auger (
Foto
1), constituído por uma sonda rotativa montada em um caminhão que utiliza
trados helicoidais
ocos. O diâmetro de perfuração
variou de
19,05 a 25,4 centímetros.
Quando existiam impedimentos técnicos ou empecilhos
para
acesso de caminhões, a
perfuração dos poços de monitoramento foi executada
com
trado manual e tripé (
Foto
2). O
diâmetro de perfuração neste caso foi de
10,16 cm.
Uma vez que a perfuração dos poços alcanç
ou
a profundidade desejada, foram
empregados filtros geomecânicos ranhurados para o revestimento do furo, com diâmetro interno
de
5,08 cm.
O espaço anelar existente entre o furo de sondagem e o tubo de revestimento foi
preenchido com pré-filtro, com granulometria média de 2 mm. O pré-filtro foi colocado até
aproximadamente 1 m acima do topo do filtro. Acima do filtro foi inserido 1 m de bentonita do
tipo
pellets
, e o restante do espaço anular foi preenchido com calda de bentonita e calda
de
Foto 2
–
Perfuração de sondagens por meio de
trado manual.
Foto 1
–
Perfuração de s
ondagens com Hollow
Stem Auger
.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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24
cimento na porção superior. A inserção destes materiais nos poços visa assegurar o isolamento
da água do aqüífero de agentes externos.
O esquema construtivo final dos poços de monitoramento, bem como a descrição
litológica realizada em amostragem pode s
er visto na
Figura
10.
Em algumas circunstâncias, foram construídos poços multi-ní
veis
. Os poços multi-
ní
veis
representam poços próximos, com a seção filtrante em porções distintas do aqüífero, como pode
ser observado na
Figura
11.
4.2.2
–
Monitoramento do Nível d’água
Após a instalação dos poços de monitoramento, iniciou-se um monitoramento periódico
do nível d’água a fim de determinar a variação temporal da superfície potenciométrica.
Para a mensuração da cota altimétrica do nível d’água no poço de monitoramento foi
utilizado um medidor de nível da marca Hidrosuprimentos. Uma vez que a cota altimétrica da
Figura
10 - Ilustração com o pe
rfil
construtivo e litológico de um poço de
monitoram
ento
.
Figura 11 - Ilustração com o perfil construtivo e
litológico de um poço de monitoramento multi-
nível.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
25
boca do poço é conhecida, a subtração da profundidade fornece o valor da cota altimétrica da
superfície potenciométrica no
interior do poço.
Os dados obtidos pelo monitoramento do nível d’água permitem estimar o
comportamento da potenciometria, permitindo assim compreender as propriedades
hidrodinâmicas do aqüífero local. Estes dados ainda permitem avaliar as influencias na
co
nformação das linhas isopotenciométricas geradas pela extração de água pelos poços de
bombeamento.
4.3
–
Caracterização do Substrato Geológico Local
A partir da análise de dados de compilação, de natureza direta e indireta, é possível
documentar
a distribuição relativa e as espessuras das diferentes litologias que compõem o
substrato geológico
.
4.3.1
-
Dados Diretos
Em perfurações realizadas por meio de equipamentos roto-
pneumáticas
Hollow Stem
Auger
, foi
efetuada
previamente uma amostragem contínua com a sonda a percussão Geoprobe
(
Foto
3). Com o uso de Geoprobe, um amostrador (
Foto
4) é cravado no solo e durante este
processo, amostras contínuas de solo/rocha são inseridas em liners no interior do amostrador. A
remoção do liner com amostras (
Foto
s 5 e 6) permitiu a identificação dos litotipos que compõe o
substrato que compõe o aqüífero e a tomada de decisão quanto ao posicionamento do filtro e
outras características de natureza construtiva.
As consultas às publicações científicas subsidiaram a determinação das unidades lito-
estratigráficas presentes na região onde está inserida a área do presente estudo.
.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
26
am
ostrador
Foto
3 – Execução de amostragem contínua de
solo
com uso
do Geoprobe.
Foto
4 –
Detalhe do amostrador do Geoprobe e
liners
contendo amostras recuperadas.
Foto
5 -
Liner
contendo amostra de rocha,
recuperada
pelo
Geoprobe.
Foto 6 – Detalhe da amostra de rocha
rec
uperada
pelo
Geoprobe.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
27
4.3.2
-
Dados indiretos
Partindo do princípio que os diferentes tipos de materiais existentes no am
biente
geológico apresentam, como uma de suas propriedades fundamentais, o parâmetro físico
resistividade elétrica, é possível estimar as litologias presentes em profundidade a partir de
ensaios geoelétricos resistivos, onde são mensuradas estas propriedad
es.
Os dados indiretos consistem em dados obtidos em campanhas de sondagem elétrica
vertical (SEV) executadas na área de estudo a fim de auxiliar na caracterização do arcabouço
geológico, sobretudo em sua porção mais profunda. Com o uso dos resultados de ensaios de
SEVs, foi possível inferir as rochas presentes em profundidade e estipular a cota altimétrica
em que se situa o topo das soleiras de diabásio que representam, no modelo conceitual, a base
impermeável do aqüífero.
A técnica da SEV consiste na aplicação de corrente elétrica por meio de dois eletrodos
(AB) cravados na superfície do terreno e na obtenção de medições sucessivas de resistividade
aparente (
a
), por meio de dois eletrodos receptores de potencial dispostos no centro d
o
arranjo (MN). A distância entre os eletrodos de corrente e os receptores de potencial
determina a profundidade de investigação para cada passo do ensaio. Assim, afastando-se os
eletrodos de emissão de corrente de forma simétrica, e mantendo-se a direção do arranjo e o
centro do dipolo de recepção de potencial (MN) fixo, são obtidas medidas sucessivas de
resistividade aparente em profundidades cada vez maiores ao longo do perfil investigado, por
meio da mensuração da resistividade em resposta à injeção de uma corrente de intensidade I.
A resistividade aparente representa a média ponderada de todas resistividades verdadeiras de
um volume relativamente grande de material em subsuperfície, visto que o subsolo não pode
ser conside
rado um meio homogêneo
.
.
Figura
12
–
Esquema das medições de campo, utilizando
-
se a técnica da Sondagem
Elétrica
Vertical (SEV)
.
I
A
+
M V N B
-
O
SUPERFÍCE DO
TERRENO
LINHAS DE
LINHAS DE FLUXO DE CORRENTE
EQUIPOTENCIAL
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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28
A
resistividade aparente,
a
, do meio investigado é calculada mediante a seguinte
equação:
-
Os dados de resistividade aparente obtidos em campo são representados por meio de
uma curva bilogarítmica
,
em função das distâncias entr
e os eletrodos correspondentes (
AB/2
).
4.4
–
Caracterização Hidráulica
Em uma investigação ambiental, a determinação dos valores de condutividade
hidráulica
é essencial, pois fornecem uma estimativa da velocidade de migração de possíveis
plumas de contaminação.
Tendo como objeto de estudo a porção saturada do substrato geológico na área
estudada, fo
i
determin
ada
a
condutividade hid
ráulica por meio dos ensaios de
slug
.
4.4.1
–
Testes de Slug
A identificação das diferentes litologias durante o processo de perfuração dos poços de
monitoramento permitiu a instalação de filtros em intervalos
específicos
. Deste modo, é
possível a determinação de condutividade hidráulica de cada uma das litologias identificadas.
onde
a
é a resi
stividade aparente (ohm.m)
;
I é a corrente elé
trica (A)
V
é
a diferença de potencial (Volts);
MN
, AN, BM e BN
são
os
espaçamento
s
entre os elet
rodos de recepção de potencial (m)
.
I
V
BN
BM
AN
AM
a
1
1111
2
(21)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
29
Dentre os diversos métodos existentes para determinação da condutividade hidráulica, optou-
se pelo teste de
slug
.
Os testes de
slug
são utilizados em estudos hidrogeológicos para determinação da
condutividade hidráulica de porções pontuais do aqüífero. São operacionalmente simples e
baratos, com a vantagem, em relação aos testes de bombeamento, de não
extraírem
água
contaminada, não estimularem a migração de plumas de contaminação e não demandarem
longos períodos de teste. O ensaio consiste em introduzir ou retirar um sólido (
slug
) dentro do
poço, de forma que o nível d’água no poço seja elevado ou rebaixado instantaneamente. Este
volume deslocado equivale à adição ou à retirada instantânea de água do aqüífero, como
ilustrado
na
Figura
13. Monitorando o posicionamento do nível d’água, obtém-se uma curva
de rebaixamento ou ascensão do nível d’água com o tempo, em um gráfico mono-
logar
í
tmico
(
Figura
14). Desta curva, são extraídos os parâmetros que, juntamente com as características
geométricas do poço, fornecem os valores de condutividade hidráulica.
O método utilizado no presente estudo para interpretar os dados de testes de slug foi o
de Hvorslev (F
ETTER
, 1994). A determinação de condutividade hidráulica, por este método, é
feita por meio da
E
quação 22.
oe
e
TL
RLr
K
2
)/
ln(
2
onde:
K é a condutividade hidráulica [L/T],
r
é a
raio
do revestimento [L],
R
é a raio do poço [L],
Le
é a comprimento do filtro [L],
To
é a
tempo neces
sário para que o nível d’água retorne a 37 % da variação inicial [T].
(2
2)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
30
Impermeável
2r
Ht
H
AquíferoAquífero
NA
t (t=0)
NA
t > to
Superfície
NA original
Le
2R
Figura 13 - Desenho esquemático do teste de
slug
, com os parâ
metros
geométricos necessários para estimar a condutividade hidráulica pelo
método de Hvorslev.
Grafico H/H0 x Tempo
Tempo
1.8001.6001.4001.2001.000800
600
400
200
0
H/H0
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Figura 14
– Gráfico mono-logarítmico da relação da carga inicial com as
mudanças temporais de carga, em resposta à inserção do tarugo no
interior do poço.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
31
4.5
–
Formulação do Modelo Geológico/Hidrogeológico Conceitual
A integração dos dados referentes aos aspectos relacionados à caracterização e
distri
buição do substrato geológico, suas propriedades hidráulicas e distribuição espacial dos
valores de carga hidráulica, permite a elaboração de um Modelo Geológico-
Hidrogeológico
Conceitual, por meio de seções geológicas, mapas potenciométricos e outros docu
mentos.
4.6
–
Simulação Numérica de Fluxo
Com base no m
odelo
conceitual são definidas as condições de contorno do m
odelo
matemático, a c
onfiguração
geral do mesmo, tais como o número de camadas e o número de
elementos discretos do modelo.
O passo seguinte à definição do m
odelo
conceitual é a execução das simulações
numéricas de fluxo através da utilização do software V
ISUA
L MODFLOW 3.1
®
em regime
permanente, e sua calibração.
A calibração do modelo é feita por adequações sucessivas nos parâmetros de en
trada
até que exista uma relação satisfatória entre os valores de carga hidráulica mensuradas em
campo e aquelas calculadas pela simulação. A avaliação do grau de correspondência entre os
valores de carga hidrául
ica reais e simulado
s são dadas pelos seguin
tes critérios de calibração:
Resíduo Médio
(M)
Variância do
residuo
(VAR)
Média absoluta
do resíduo
(MA)
N
ii
obs
cal
N
M
1
)(
1
2
1
])
[(
1
1
M
obs
cal
N
VAR
N
ii
2/1
1
])
[(
1
N
ii
obs
cal
N
MA
(2
3)
(2
4)
(2
5)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
32
Raiz média do erro residual quadrático (RMS)
Coeficiente de correlação linear R entre os valores de cargas hidráulicas reais e
cal
culadas
onde
cal
i
é o
valor de carga hidráulica calculada,
obs
i
é
o
valor de carga
hidráulica
observada
,
cal
é
o
valor médio de carga
hidráulica
calculada
,
obs
é
o
valor médio de carga
hidrául
ica
observada
.
Existem inúmeras técnicas de calibração como a descrita por Yeh & Mock (1997) e
códigos de solução automática. Entretanto
, a calibração, comumente, é feita através de ajustes
manuais, empregando
-
se a técnica de tentativa e erro (
trial
-
and
-e
rror
).
Após a calibração do modelo,
são
realizadas análises de
sensibilidade
para avaliação
do grau de dependência dos resultados deste Modelo frente a determinados parâmetros de
entrada. O coeficiente de
sensibilidade
(Xi,k) fornece este grau de dependênc
ia:
k
kkki
i
i
ki
a
ayaay
a
y
X
)()(
,
Na maioria das circunstâncias, os diversos parâmetros de entrada do modelo têm
dimensões e ordens de grandeza bastante distintas e, neste caso, são adotadas as formas
normalizadas do coeficiente de
sensibilidade
:
2/1
1
]
)(
1
[
2
ii
N
obs
cal
N
RMS
N
i
i
N
i
i
N
i
obsobs
calcal
obsobs
calcal
r
ii
1
2
1
2
1
)()(
)
)(
(
(2
6)
(2
7)
kk
kkki
i
i
ki
aa
ayaay
a
y
X
/
)()(
,
(2
9)
(2
8)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
33
4.7
–
Anál
ise dos Resultados
Uma vez alcançado o entendimento do arcabouço geológico local, as propriedades
hidráulicas relacionadas a este arcabouço, a caracterização de fluxo e os modelos
representativos para a área em estudo, são discutidas a aplicabilidade dos
modelos
para a área
de estudo
, suas limitações e as informações adicionais fornecidas pelas simulações.
As etapas envolvidas na caracteriziação geológica-hidrogeológica e na simulação
numérica estão esquematizadas na
Figura
15.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
34
Figura 15
-
Fluxograma com as etapas de trabalho e os dad
os a serem utilizados em cada uma
destas etapas.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
35
5
– CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO EM QUE SE INSERE A ÁREA
DE ESTUDO
5.1
–
Localização da área de estudo
A área de estudo está localizada na região de Campinas na porção nordeste do
município de Paulínia
e sua localização relativa está ilustrada na
Figura
16
. O lo
cal dista cerca
de 128 Km da cidade de São Paulo, sendo acessível pelo Sistema Anhangüera - Bandeirantes
(SP 330 e SP 348) e, após interligação com a Rodovia Dom Pedro I (SP 65), pela Rodovia
Milton Tavares de Sousa (SP 332).
Figura
1
6–
Localização do município de Paulínia, onde se encontra
a área estudada.
150000
200000
250000
300000
350000
400000
7400000
7450000
7500000
7550000
7600000
7650000
0
25000 50000 75000
100000
CAMPINAS
PAULÍNIA
PIRACICABA
RIO CLARO
JUNDIAÍ
RIO JAGUARI
R
I
O
A
T
I
B
A
I
A
RIO PIRACICABA
RIO TIETÊ
MINAS GERAIS
DF
GO
MG
SP
PR
SC
RS
MS
MT
RO
AC
AM
RR
PA
AP
MA
TO
BA
ES
RJ
SE
AL
PE
PB
RN
CE
PI
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
36
5.2
–
As
pectos Geomorfológicos Regionais
Segundo Almeida (1964), a região de Paulínia está inserida em um contexto de diversidade
de paisagens de relevo, divididas em 2 unidades morfoestruturais, abaixo descritas.
Planalto Atlântico – com topografia acidentada, devida à variada constituição litológica, são
característicos os relevos montanhosos, atingindo
elevações
de até 1600 m de altitude. Predominam
litologias como gnaisses intercalados a quartzitos e micaxistos do Embasamento Cristalino.
Como pode ser observado na
Figura
17, na região correspondente ao Planalto Atlântico,
onde afloram rochas do Embasamento Cristalino, predominam relevo de morrotes com serras
restritas e morros com serras restritas.
Depressão Periférica – apresenta forma alongada e corta o Estado de São Paulo de noroeste para
sudeste em sua porção central. As camadas sedimentares sub-horizontais da Bacia do Paraná fazem
contato a leste com as rochas do Planalto Atlântico. Sua altitude gira em torno de 500 a 700 m, onde
se destacam os morros testemunhos das cuestas basálticas, com predomínio de relevo pouco
acidentado, com desníveis locais que não ultrapassam 200 m, e formas de relevo de colinas baixas
suaves.
Nas áreas correspondentes à Depressão Periférica, onde está inserida a área do presente
estudo, verifica-se o amplo predomínio de relevos em degradação em planaltos dissecados, com
relevo do tipo colinoso, representados por colinas amplas e colinas médias.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
37
Figura
17
-
Mapa Geomorfológico com as unidades de relevo presentes na área de estudo.
Fonte: IPT (1981)
37
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
38
5.3
–
Contexto Geológico Regional
Conforme a descrição de Fernandes (1997)
,
são
encontradas três grandes unidades
geológicas na região de Paulínia, constituídas da base para o topo, por rochas do Subgrupo Itararé,
Intrusivas Básicas e Depósitos Cenozóicos (Formação Rio Claro e Depósitos Aluvionares), como
ilustrada na
Fi
gura
18.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
39
Figura
1
8 –
Mapa Geológico Regional, ilustrando a distribuição das Unidades lito
-
estratigráficas que compõe a área de estudo (adaptado
de Fernandes, 1997).
JK
b
7486000
7482000
7478000
7474000
7470000
7490000
7486000
7482000
7478000
7474000
747000
7490000
Aluvião
Diabásios
Argilito/Siltito/Arenito
Quaternário
Mesoproterozóico/Neoproterozóico
Campinas
Cosmópolis
Amparo
Valinhos
Cretáceo Superior
Granitóide Porfirítico
Unidades Geológicas
Cobertura Cenozóica
Carbonífero Médio
Sub-Grupo Itararé
Areia Média a Grossa
Nappe Socorro-Guaxupé
Gnaisses indiferenciados
Qa
TQir
JK
b
B
A
B
A
B
A
272000 276000 280000 284000 288000
272000 276000 280000 284000 288000
P
A
U
L
Í
N
I
A
H
O
R
T
O
L
Â
N
D
I
A
JK
b
JK
b
TQir
TQir
TQir
Qa
TQir
Qa
TQir
Qa
Qa
JK
b
JK
b
JK
b
JK
b
TQir
TQir
CPi
CPi
CPi
CPi
CPi
CPi
CPi
CPi
Rios Principais
CONVENÇÕES CARTOGRÁFICAS
B
A
CONVENÇÕES GEOLÓGICAS
Falhamentos de gravidade. Movimento relativo de blocos: A = alto; B = baixo
Contatos geológicos
Estado de São Paulo
Localização
Área urbana
Articulação da Folha
Cosmópolis/Campinas
39
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
40
5.3.1
–
Embasamento Cristalino
Na porção leste da área, afloram rochas pré-cambrianas do Embasamento Cristalino,
com amplo predomínio na área de estudo de rochas gr
anulito
-
migmatitos
-
gnáissicos,
atribuído ao Eoproterozó
ico
-Arqueano, como descrito em Hasui
et al
(1981).
Na região, são encontrados
ainda
ortognaisses e granitóides intrusivos do Domínio da
Nappe Socorro
-
Guaxupé.
5.3.2
–
Subgrupo Itararé
As rochas do Subgrupo Itararé encontram-se sobrepostas, em contato discordante e
erosivo, às rochas pré-cambrianas (complexos metamórficos e granitóides), apresentando
mergulhos regionais suaves para oeste. A unidade é constituída por uma complexa assembléia
litológica, como arenitos, diamictitos, siltitos, argilitos, lamitos, ritmitos e, localmente, lentes
de carvão. Para a grande maioria dos autores, o ambiente deposicional deste subgrupo é
predominantemente glacial, com registros de avanços e recuos das geleiras, alternando
condições marinhas e continentais. Embora a subdivisão desta unidade estratigráfica em
formações e membros como utilizada para a região sul da Bacia do Paraná por Fúlfaro et al
(1984)
,
Smith
(
1985
apud
F
RANÇA
& P
OTTER
, 1988), entre outros, a maioria dos autores
prefere manter esta unidade indivisível no Estado de São Paulo. Além da falta de consenso
quanto à sua subdivisão, inúmeros autores têm proposto interpretações faciológicas e
deposicionais distintas. Rochas-Campos (
1966
),
Soares & Landim (1973), Soares et al
(1977),
Caetano-Chang (1984), Saad (1987) entre outros identific
aram
, no Sudoeste do
Estado de São Paulo, uma associação de fácies deltaicas e marinho
-
raso
.
Por meio de um mapeamento extensivo das rochas aflorantes na região próxima a
Campinas, Fernandes (1997) identificou na área 7 fácies sedimentares. Análises palinológicas
da referida autora permitiram afirmar que a sedimentação se processou em ambiente salobro,
o que evidencia que estes depósitos sedimentares foram gerados pelo retrabalhamento de
sedimentos glaciais, em ambiente marinho.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
41
5.3.3
–
Intrusivas B
á
sica
s
As Rochas Intrusivas Básicas ocorrem na forma de grandes soleiras e diques de
diabásio, contemporâneos aos derrames da Formação Serram Geral, intrudidas no Subgrupo
Itararé. Na região de estudo, estas rochas afloram em áreas extensas. Como indicado por
Fernandes (1997), as intrusões básicas na região obedecem a certos padrões estruturais, com
direções predominantes NE-
SW e NW
-
SE.
Estas rochas ostentam natureza toleítica, sendo constituídas por plagioclásio, augita,
pigeonita e, raramente, olivina. Inicialmente, foram determinadas idades entre 147 e 199 Ma
(A
MARAL
et al., 1966), com atividade máxima entre 130 e 120 Ma. De acordo com datações
de K-Ar, apresentam idades entre 135 e 130 Ma (R
OCHA
C
AMPOS
et al., 1988); para datações
Ar
-
Ar, exibe variação entre 137 e 128 Ma (
T
URNER
et al
, 1994).
Fernandes (1997)
acusa
que na região de Paulínia, as rochas intrusivas básicas estão
encaixadas na forma de sills. O trabalho de Yoshinaga-Pereira (1996) indica, por meio de
dados de poços tubulares profundos, que estes
sills
de diábasio têm espessura variando de
poucos metros a mais de 200 m.
5.3.4
–
Depósitos relacionados à Formação Rio Claro
A denominação Formação Rio Claro tem sido utilizado para designar de maneira
genérica os depósitos Cenozóicos geneticamente relacionados à evolução do relevo da
Depressão Periférica Paulista e das Cuestas Basálticas.
Na região de estudo, diversos autores, destacando-
se
Cavalcante et al. (1979), Basei
et
al
. (1986) e Fernandes et al. (1994), Melo (1995) e Fernandes (1997), tem descrito depósitos
correlacionáveis à
Formação
Rio Claro. Dentre
esses
trabalhos, Melo (1995) contribuiu de
maneira significativa para o entendimento dos depósitos cenozóicos no Estado de São Paulo,
atentando para contexto tectônico, geomorfológico e sedimentar em que se inserem tais
depósitos.
Na região situada a norte de Campinas, Fernandes (1997) propõe a distinção de 4
fácies pertencentes à Formação Rio Claro (
Figura
19).
Fácies Si – representadas por siltitos, argilitos e arenitos muito finos, que corresponderiam à
depósitos desenvolvidos em meandros abandonados. Ostentam camadas fossíliferas, contendo
fósseis vegetais atribuíveis às famílias Cyperaceae ou Typhacea. Esta fácies, segundo a autora
é bastante espessa no município
de Paulínia, possuindo pelo menos 10 m.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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42
Fácies Ar – esta fácies corresponde a arenitos grossos ou médios a finos, por vezes
conglomerático, mal ou medianamente selecionados, com grânulos e seixos de quartzo
subangulosos ou subarredondados, com estratific
ação tabular de médio porte.
Fácies Ag
– argilitos siltosos esbranquiçados com laminação incipiente, representando corpos
tubulares extensos, com até 2 m de espessura.
Fácies Laf – lamitos a arenitos pelíticos, maciços, com esparsos grânulos e seixos de quartzo
subarredondados ou subangulosos, cinzentos e com manchas vermelhas.
Fácies C
–
Conglomerados.
Solo
Solo
Si
Si
Si
Ar
Ar
Ar
Ar
Ar
Ag
Ag
Laf
Síltito
Fossilífero
0
3,5
7
10,5
14
Si - Siltitos/Arenitos finos laminados
Ar - Arenitos
Ag - Argilitos
Laf - Lamitos maciços finos
C
C - Conglomerado
Figura 19
–
Perfis da Fm. Rio Claro no município de Paulínia, descrito
por
Fernandes (1997).
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
43
5.3.5
–
Cobertura de Superfícies Aplainadas
Segundo Fernandes (1997), a cobertura de superfícies aplanainadas (TQsp), de idade
ter
ciário
-quaternária, ocorre nos topos de colinas e morros alongados e nas ombreiras planas
ou de caimento suave, e está ausente nas encostas íngremes e nas áreas de campos de
matacões. Da mesma forma que a Formação Rio Claro,
estes depósitos
associa
m-
se ao
s níveis
planálticos cujas altitudes variam de 550 a 650 e 650 a 780 m. A TQsp consiste de material
areno
-argiloso a arenoso, com pouca argila, e contém grânulos e seixos angulosos e esparsos
de quartzo. Na base, é típica a ocorrência de linha de seixos ou cascalheira, constituídas de
seixos angulosos de quartzo e/ou seixos arredondados, e constituem-se, mais freqüentemente,
de quartzo ou metarenito. Fragmentos ferruginizados, originados a partir do desmantelamento
das couraças ferruginosas formadas sobre a Formação Rio Claro, também são bastante
comuns. A matriz das cascalheiras varia desde argilosa até arenosa grossa, com grânulos e
pequenos seixos. As cascalheiras também podem apresentar granodecrescência ascendente.
5.3
.6
–
Depósitos Quaternários
Segun
do Castro et al, (1995
apud
F
ERNANDES
, 1997) existem três níveis de terraços
que representam extensas planícies aluviais ao longo dos rios Atibaia e Jaguari. O nível T3,
mais antigo, corresponde a depósitos de areia média a grossa, com grânulos, pouco
sele
cionada, de coloração esbranquiçada, com 2 m de espessura. Os níveis T2 e T1, mais
jovens, representam camadas métricas de areias finas, siltosas a argilosas, micáceas e com
laminações horizontais, onde são observadas intercalações de areia média. Estes ní
veis
ocupam altitudes, respectivamente, de 540 a 566 e 529 a 560 m.
Os depósitos quaternários denominados Qfg por Fernandes (1997) são claramente
identificados em apenas alguns afloramentos, onde se assentam sobre rochas pré-cambrianas,
Subgrupos Itararé ou da Formação Rio Claro. Na descrição da autora, o Qfg está associado às
formas de rampa, que mergulham em direção aos vales atuais. Associa-se ao nível planáltico
de 550 a 650
m de altitude.
A constituição desta cobertura está vinculada à natureza das rochas subjacentes. As
ocorrências sobre a Formação Rio Claro correspondem a materiais avermelhados, argilosos a
argilo
-arenosos, com grânulos e seixos pequenos, esparsos e subangulosos, de quartzo. As
espessuras máximas observadas são da ordem de 7 m. Este material pode passar lateralmente
a lamitos e arenitos pelíticos, maciços, de cor acinzentada, com seixos e grânulos, de provável
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
44
retrabalhamento da fácies Laf da Formação Rio Claro. Depósitos fluviais (terraços) estão
presentes sobre as rochas pré-
cambrian
as e correspondem a cascalhos intercalados com areia
grossa a muito grossa. Os cascalhos contêm seixos de quartzo predominantemente angulosos
e, subordinadamente, subarredondados, e podem apresentar granodecrescência ascendente. A
areia, em camadas de espessuras decimétricas, apresenta matriz fina. Acima do cascalho, ou
intercalando
-se com ele, pode ocorrer material coluvial argilo-arenoso, ou arenoso pouco
argiloso, castanho
-
avermelhado, com grânulos de quartzo dispersos. Quando sobre arenitos do
Grupo Itararé, a Qfg é arenosa, com grânulos e pequenos seixos esparsos, além de seixos
basais.
O depósito Qfg sobrepõe-se à Formação Rio Claro segundo contatos erosivos, que é
marcado por um pavimento de clastos bastante contínuo e expressivo. Este pavimento é
co
nstituído por seixos de quartzo subangulosos a angulosos, e seixos de argilitos, siltitos,
arenitos grossos e conglomerados, todos ferruginizados, e provavelmente provenientes de
porções encouraçadas e desmanteladas da Formação Rio Claro. Este desmantelamento pode
ter sido anterior ou contemporâneo ao início da sedimentação dos depósitos Qfg, e teria se
dado sob clima tropical úmido ou árido (T
ARDY
1993,
apud
F
ERNANDES
, 1997). O
espessamento da Qfg em direção aos vales atuais, observados junto a drenagens i
mportantes
da região (e.g. o Rio Atibaia), aparentemente em continuidade com as atuais planícies
aluviais, indica sua formação em paisagem próxima da atual (F
ERNANDES, 1997).
5.4
-
Contexto
Hidrológico e
Hidrogeológico Regional
A
área de estudo encontra-se no limite das s
ub
-bacias dos rios Atibaia e Jaguari. Estas
duas
s
ub
-bacias, dada larga extensão que ocupam, apresentam variações hidrológicas
significativas ao longo de sua extensão.
A
Figura
20 ilustra a distribuição dos isovalores de precipitação acumulada anual
nestas sub-bacias. Verifica-se uma tendência de decréscimo de leste para oeste, sendo esta
variação reflexo das variações fisiográficas verificadas na região compreendida por estas sub-
bacias. Nas adjacências da área estudada, a precipitação acumulada anual média (média de
1992 a 2003) encontra-se em torno de 1383 mm. Como indicado na
Figura
21, os maiores
valores de precipitação concentram-
se
entre
dezembro e janeiro, e declinam progressivamente
até atingir, em alguns casos, valores nulos no
s meses de
junho e j
ulho.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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45
Figura 20 – Mapa de isoietas para as Bacias dos rios Jaguari e Atibaia, Bacias onde se insere a área de estudo. Fonte: Adaptado de
Comitês
das Bacias Hidrográficas dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundia
í
, 2004.
45
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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46
Em termos hidrogeológicos, coexistem na região 4 grandes sistemas aqüíferos:
Sistema Aqüífero Cristalino, Sistema Aqüífero Tubarão, Sistema Aqüífero Diabásio e Sistema
Aqüífero Cenozóico (
Figura
22). Estes sistemas aqüíferos possuem naturezas distintas, tanto
no que se refere à dinâmica de fluxo quanto em sua distribuição e características hidráulicas.
Sistema Aqüífero Cristalino – Este sistema apresenta porosidade secundária (de fraturas e
falhas), fator que induz a sua natureza fortemente anisotrópica e heterogênea. Este Sistema
Aqüífero compreende
, na região
,
rochas graníticas e metassedimentares.
Yoshinaga
-
Pereira
, Kimmelmann e Silva (2004) através da análise de 312 poços
somente nesta unidade aqüífera, encontraram valores de vazão
específica
com uma mediana
de 0,1 m
3
/h/m e média de 0,28 m
3
/h/m
, na região metropolitana de Campinas. Os valores de
transmissividade com base em testes de bombeamento realizados em 7 poços revelam uma
ampla variação, variando
de 0,13 a 6,85 m
2
/dia.
Sistema Aqüífero Tubarão – Representado na região por litotipos do Subgrupo Itararé,
este sistema possui características hidráulicas bastante variáveis, acompanhando a variação
litológica.
De maneira geral, a explotabilidade deste aqüífero mostra um desempenho modesto.
Os valores de capacidade específica possuem média de 0,11 m
3
/h.m (Y
OSHINAGA
-
PEREIRA
,
Pluviometria acumulada mensal na REPLAN (janeiro de 1992 a dezembro de 2003)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
jan/92 jan/93 jan/94 jan/95 jan/96 jan/97 jan/98 jan/99 jan/00 jan/01 jan/02 jan/03
Mês/ano
Precipitação acumulada mensal (mm)
Figura 21 – Gráfico com a distribuição das precipitações acumuladas mensais do
período compreendido
entre
janeiro de 1992 a janeiro de 2003. Dados coletados na
estação metereológica presente na área de estudo.
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47
K
IMMELMMANN
& SILVA, 2004) na região metropolitana de Campinas. Este fato reflete o
amplo predomínio de rochas pouco permeáveis como ritmitos e siltitos, tendo as lentes e
camadas arenosas espessuras sempre inferiores a 10 m.
Uma importante contribuição ao entendimento desta unidade aqüífera em sua porção
aflorante no Estado de São Paulo foi dada por Vidal (2002). Este autor apresenta uma
caracterização geoquímica das rochas do Subgrupo Itararé, além de elaborar um zoneamento
hidroquímico deste aqüífero em sua porção aflorante; mostra ainda uma tendência no
incremento de salinidade em direção oeste, em resposta ao aumento do confinamento deste
aqüífero.
O autor determinou ainda, com base na ocorrência de arenitos e parâmetros de
explotabilidade de poços tubulares profundos que a zona mais favorável à explotação deste
aqüífero, em sua zona aflorante, concentra
-
se
na região do munic
ípio de Tietê.
Na região de Paulínia, onde se localiza a área de estudo, este aqüífero tem espessura
média em torno de 100 m. Nesta região, o aqüífero Tubarão coexiste como um aqüífero livre
e confinado. Há, entretanto, predomínio do regime confinado, condição imposta por litologias
pouco permeáveis e sills de diabásio sobrepostas a
delgadas e descontínuas lentes
de arenitos.
Sistema Aqüífero Diabá
sio
– As rochas que compõem este aqüífero possuem, na área,
espessuras que variam desde alguns metros
a mais
de
200 m. Assim como o Sistema Aqüífero
Cristalino, este sistema aqüífero é do tipo fissural, com circulação de água restrita à suas
descontinuidades. A reologia estritamente rúptil das rochas que compõem este sistema
permite a freqüente presença de fratu
ras e juntas.
Yoshinaga
-Pereira, Kimmelmann e Silva (2004) indicam que esta unidade aqüífera possui na
região metropolitana de Campinas, capacidade específica média de 0,6 m
3
/h/m.
Sistema Aqüífero Cenozóico – O Aqüífero Cenozóico é representado por depósi
tos
correlatos à Formação Rio Claro, somados a extensos depósitos terciário-quaternários e
depósitos aluvionares quaternários, nos vales dos principais rios da região. Este sistema
aqüífero possui espessuras pouco expressivas, alcançando apenas algumas dezenas de metros.
Grande parcela do influxo de água de recarga nas demais unidades aqüíferas deve
provir do Sistema Aqüífero Cenozóico, uma vez que este está sobreposto aos demais sistemas
aqüíferos.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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48
Figura
22 - Mapa com os principais sistemas aqüíferos regionais. Fonte:
Adaptado de Comitês das Bacias Hidrográficas dos Rios Piracicaba, Capivari e
Jundiaí
, 2005.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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49
6
–
CARACTERIZAÇÃO H
IDROGEOLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO
A caracterização do substrato que representa o aqüífero, a determinação dos
parâmetros hidrodinâmicos deste substrato e o acompanhamento das oscilações sazonais do
nível d’água, a partir de sua medição em poços de monitoramento, permitem um
entendimento satisfatório das características hidrogeológicas locais.
Para a elaboração deste trabalho foram dados coletados de 46 poços de
monitoramento
. Entretanto, foram descartados poços com informações de natureza geológica
pouco confiáveis e aqueles para os quais inexistiam informações de relevância,
tais
como
testes de
slug
e medições de carga hidráulica nos poços de monitoramento.
A localização destes poços está ilustrada na
Figura
23. A localização geográfica dos
poços foi feita por meio de um sistema de coordenadas arbitrárias, com alteração dos nomes
reais dos poços de monitoramento e
de bombeamento.
Figura
23 - Localização relativa dos poços de monitoramento e bombeamento
utilizada
s neste
trabalho.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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50
6.1
–
Potenciometria e fluxo de água subterrânea
A partir dos dados referentes às cargas hidráulicas adquiridas pela leitura periódica do
nível d’água dos poços de monitoramento, foi possível avaliar a variação temporal do nível
piezométrico do aqüífero local, oriundo de oscilações sazona
is
da mesma, e de variações
induzidas pelos poços de bombeamento. Deste modo, foram empreendidas leituras do nível
d’água com uma periodicidade média de 15 dias entre duas campanhas de leitura. A Tabela 1
ex
ibe dados de cota altimétrica da
carga hidráulica de parte do período
monitorado.
Comparando
-se o gráfico de oscilação do nível d’água com os valores de precipita
ção
acumulada mensais (
Figura
24
), nota-se que existe um descompasso de aproximadamente 4
meses entre o período em que se verificam os maiores valores de precipitação e a máxima
ascensão na hidró
grafa dos poços
de monitoramento.
A presença de poços multi-
nì
veis com filtros instalados em diferentes profundidades
permitiu
mensurar a diferença de carga hidráulica em profundidade e em camadas geológicas
distintas. Nestes poços, verificou-se que, a despeito das diferenças de condutividade
hidráulica
, não existem inflexões das superfícies equipotenciais, como esperado, ou estas,
Figura
24 – Gráfica com as comparações entre as precipitações acumuladas mensais e
hidrógrafa
s
de 3 poços de monitoramento.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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51
quando existem, são bastante discretas. Deste modo, demonstra-se que as superfícies
equipotenciais na área são aproximadamente verticais. Isto traz um indicativo que, apesar das
suposições iniciais, a presença de camadas métricas de siltitos argilosos com valores
reduzidos de condutividade hidráulica não impõe ao aqüífero, nas camadas inferiores, uma
condição de confinamento. É possível assim afirmar que o aqüífero, ao menos em sua porção
superior é do tipo livre em toda sua extensão.
A
Figura
25 representa os mapas potenciométricos gerados a partir de dados obtidos
de leituras de nível d’água de dois períodos distintos, um, em 20/12/2005 e outro, no dia
11/05/2006. Nestes mapas, é possível identificar um incremento elevado de gradiente
hidráulico na porção sul, resultado da ação conjugada de presença de litologias menos
permeáveis nesta região e da proximidade da zona de descarga, representada por um córrego
situado nas proximidades da área de estudo.
A comparação entre
a
estes mapas potenciométricos mostra mudanças pouco
significativas na conformação das curvas equipotenciais. No entanto, no mapa
potenciométrico do dia 11/05/2006, é visível uma importante distorção das curvas
equipotenciais nas proximidades dos poços de bombeamento. Neste mapa, é
nítido
que ação
conjunta dos quatro poços de bombeamento é responsável por um cone de rebaixamento de
direção SW
-
NE.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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52
Tabela 1
–
Valores de nível d’água mensurados em períodos distintos através de monitoramento periódico.
2/9/2005
19/9/2005
30/9/005
14/10/2005 27/10/2005 28/11/2005 20/12/2005
18/1/2006
13/2/2006
3/3/2006
20/3/2006
6/4/2006
19/4/2006 11/5/2006
PM-01
585,188 584,975 584,865 584,775
584,745 584,725
584,335 583,185
585,487 585,780
585,917 585,885
PM-02
584,703 584,542 584,452 584,332
584,262 584,212
583,662 582,957
584,577 584,860
584,971 585,017
PM-03
586,654 586,490 586,390 586,270
586,210 586,150
585,660 582,189
586,698 586,926
586,999 586,968
PM-04
583,794 583,647 583,547 583,447
583,377 583,327
582,877 583,472 582,957 581,724
583,959 584,232
584,329 584,342
PM-05
583,103 582,969 582,889 582,809
582,749 582,739
582,179 583,087 582,239 585,099
583,147 583,401
583,491 583,596
PM-06
585,130 584,864 584,774 584,714
584,654 584,554
584,474 583,266 582,324 584,167
585,494 585,846
585,846 585,948
PM-07
584,424 584,257 584,177 584,057
583,977 583,937
583,077 583,634 582,067 583,677
584,420 584,669
584,749 584,853
PM-08
583,939 583,787 583,697 583,607
583,547 583,527
583,397 583,609 582,047 583,795
583,991 584,224
584,343 584,507
PM-09
584,454 584,314 584,234 584,124
584,064 583,014
583,974 583,511 583,684 583,496
584,501 584,751
584,864 585,079
PM-10
583,818 583,677 583,587 583,487
583,427 583,387
582,907 583,196 582,997 583,902
583,824 584,073
584,183 584,342
PM-11
583,845 583,832 583,732 583,548
583,578 583,870
583,391 583,350 583,481 583,742
584,286 584,477
584,533 584,763
PM-12
583,636 583,458 584,385 583,337
583,495 583,309
583,248 583,175 583,243 583,460
583,983 584,191
584,279 584,475
PM-13
584,299 584,155 584,057 583,979
583,913 583,878
583,315 582,867 583,392 584,746
584,244 584,479
584,259 584,871
PM-14
584,701 584,591 584,481 584,411
584,341 584,321
584,171 584,525 584,239 584,104
585,130 585,341
584,701 585,691
PM-15
584,101 583,990 583,900 583,800
583,750 583,650
583,600 584,264 583,656 584,402
584,537 584,728
584,830 585,054
PM-16
584,641 584,237 584,147 584,047
583,987 583,877
583,837 582,163 582,871 585,015
584,810 585,059
585,119 585,413
PM-17
585,537 585,375 585,285 585,175
585,085 584,995
584,475 582,660 584,571 584,854
585,249 585,480
585,607 585,737
PM-18
584,752 584,634 584,544 584,454
584,394 584,314
584,234 582,748 584,324 582,697
585,196 585,381
585,482 585,739
PM-19
582,683 582,548 582,448 582,358
582,308 582,168
582,128 582,739 582,228 583,227
583,032 583,294
583,410 583,524
PM-20
583,158 583,020 582,950 582,860
582,810 582,680
582,660 582,937 582,710 583,257
583,602 583,857
583,940 584,112
PM-21
583,227 583,089 583,003 582,912
582,868 582,753
582,720 582,888 582,758 583,209
583,614 583,867
583,954 584,143
PM-22
583,266 583,106 583,030 582,941
582,899 582,899
582,720 582,739 582,705 583,209
583,583 583,831
583,926 584,267
PM-23
584,330 584,330 584,330 583,128
583,058 583,017
582,911 584,230 582,995 582,888
583,826 584,065
584,176 584,385
PM-24
583,424 583,297 583,207 583,107
583,047 582,947
582,857 584,402 582,967 584,230
583,830 584,062
582,211 584,362
PM-25
584,652 581,239 581,209 581,179
581,159 581,109
581,109 580,364 581,179 581,399
581,842 582,039
582,356 582,119
PM-26
585,784 581,184 581,114 581,044
581,034 580,934
580,904 581,738 580,984 580,859
581,781 581,992
581,718 582,079
PM-27
585,369 580,599 580,559 580,489
580,469 580,349
580,349 582,551 580,449 582,245
581,196 581,383
582,624 581,416
PM-28
584,708 582,030 581,970 581,880
581,830 581,740
581,730 581,800 583,087
582,638 582,848
583,919 583,022
PM-29
585,540 582,907 582,837 582,747
582,687 582,577
582,547 582,627 582,966
583,491 583,719
583.653 583,997
Poço
Cota altimétrica do nível d'água
52
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53
Figura 25
–
Mapas potenciométricos gerados a partir da mensuração das cotas do nível d’água nos dias 20/12/2005 e 11/05/2006.
53
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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54
6.2
–
Cara
cterização do Substrato Geológico
6.2.1
–
Caracterização dos litotipos em sondagens
Durante as perfurações das sondagens os litotipos que compõem o aqüífero local foram
individual
izados e caracterizados quanto a sua composição textural e distribuição rel
ativa.
Independente das unidades litoestratigráficas a que pertencem, o objetivo nesta etapa foi
identificar e analisar a distribuição espacial dos litotipos, agrupando-as em u
nidades
h
idroestratigráficas com características texturais e hidráulicas semelha
ntes.
Foram identificadas 7 unidades hidroestratigráficas na área, conforme descrições a seguir.
Unidade A
–
Aterro/Solo superficial
Esta unidade, correspondente à porção não-saturada do aqüífero,
sendo
representada por
solos de aterros e solos superficiais. Texturalmente, são solos
argilo
-
arenosos
a areno-
argilosos
(
Figura
26 e 27), com espessuras que variam de 4 m a
11
m. A importância desta unidade é
bastante restrita, uma vez que não representa a porção saturada do aqüífero.
Curva Granulométrica - Unidade A
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001
0.01
0.1
1
10
Diâmetro das Partículas (mm)
P o r c e n ta g e m q u e P a s s a (% )
P M 2 2 ( 7.4 m )
P M 2 4 ( 11.0 m )
F ig u ra 2 6 – C u rv as g ra n u lo m é tric as d e
sedimentos da Unidade A. Porções mais rasas.
Figura 27 – Curvas granulométricas de
sedimentos da Unidade A. Porções mais
profundas.
Curva Granulométrica - Unidade A
0
10
PM 24 (11.0 m)
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55
Unid
ade B
–
Silte arenosos com clastos de siltitos laterizados
Esta unidade agrega sedimentos sil
to
-argilosos (
Foto
3) a silto-arenosos friáveis (
Figura
28), de coloração acinzentada ou ocre freqüentemente com seixos provenientes do
desmantelamento de couraças lateríticas. Esta unidade está em contato lateral
com
camadas de
arenito (unidade D) e são produtos de retrabalhamento por processos coluvionares dos siltitos da
Unidade D, fato este, evidenciado pela presença de fragmentos laterizados de siltitos (
Fo
to
8).
Foto 7 – Silte argiloso.
Amostra recuperada do p
oço
PM
-28 a profundidade de 10
m.
.
Foto 8 – Clastos de siltitos laterizados,
dispersos em uma matriz silto-
argilosa.
Amostra recuperada do PM 29 a
profundidade de 12 m.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
56
Unidade C
–
Areia muito argilosa
Esta unidade corresponde a areias médias a grossas, argilosas, por vezes com grânulos e
fragmentos de siltito (
Foto
s 9 e 10). Sua espessura é bastante modesta, com aproximadamente
1,2 m.. Sua importância é bastante limitada para o entendimento de fluxo local, pois na maioria
dos casos não perfazem as porções saturadas do aqüífero, assentando-se erosivamente sobre as
Unidades C, D e E.
Curvas Granulométricas - Unidade B
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1
10
Diâmetro das Partículas (mm)
Porcentagem que Passa (%)
PM-31 (10,0 m)
PM-32 (12,0-12,2 m)
PM-32 (15,0-152 m)
Silte
Pedregulho
Fino Grosso
Argila
Areia
Fina
Média
Grossa
F
igura 28
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade
B.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
57
Unidade D
–
Arenitos médios
a
grossos
Foto 9 – Areia muito argiloso
.
Amo
stra recuperada do poço PM-
27,
à profundidade de 10,8
-
11,2
m.
Foto
10
– Arenito muito argiloso
.
Amo
stra recuperada do poço PM-27, à
profundidade de 11,4
m.
Curvas Granulométricas - Unidade C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1
10
Diâmetro das Partículas (mm)
Porcentagem que Passa (%)
PM-29 (10,8-11,0 m)
PM-41 (10,6-10,8 m)
Silte
Pedregulho
Fino
Grosso
Argila
Areia
Fina
Média
Grossa
Figura
29
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade
C.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
58
Esta unidade compreende are
ias
finos ou ar
enitos médios a grossos (
Figura
30;
Foto
s 11 e
12
) que gradam lateralment
e na direção norte para a unidade areias médias
a
gross
as argilosas da
Unidade E. São friáveis, textura e mineralogicamente imaturos, normalmente com presença de
seixos subangulares de quartzo e de siltitos e arenitos laterizados. As espessuras de arenito
variam de pouco menos de 1 metro a mais de 3 m; interdigitam-se lateralmente com depós
itos
sílticos pertencentes
à
unidade B.
Os
sedimentos desta unidade dispõem-se em sentido aproximadamente leste-oeste, como
uma faixa delgada, sugerindo em conjunto com suas caracteristicas texturais, que se trata de um
depósito de natureza fluvial. É ainda difícil precisar sua idade relativa, entretanto, é mais jovem
que os depósitos da Forma
ção Rio Claro, sobre os quais
assenta
-
se
em contato erosivo.
Foto 11 – Areia média a grossa.
Amostra recuperada do poço
PM
-
26,
à profund
idade de 13,5 m.
Foto 12 – Areia média a grossa. Amostra
recupe
rada do poço PM-
43
, à
profundidade de
14,2
m.
Curvas Granulométricas - Unidade D
60
70
80
90
100
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
59
Unidade E
–
Are
ia
argilosa/areia silto
-
argilosa
Esta unidade corresponde a sedimentos arenosos argilosos e
siltoso
-
argilosos
e (
Figura
31) de coloração cinza, vermelha e amarela (
Foto
13), interdigitado com os sedimentos arenosos
da Unidade D. Os litotipos desta unidade dispõe-
se
em contato lateral com os arenitos
da
Unidade D a norte da mesma.
Foto 13 – Areia média a grossa argilosa. Amostra recuperada
do poço
PM
-
40, à profundidade de 13,6
m.
Curvas Granulométricas - Unidade E
60
70
80
90
100
Porcentagem que Passa (%)
Figura 30
–
Análises gran
ulométricas de sedimentos da Unidade D.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
60
F
–
Argila arenosa
Congrega sedimentos argilo-arenosos de coloração cinza, branca, vermelha e amarela
sem estrutura aparente, interdigitadas com os litotipos pertecentes à Unidade E. Esta Unida
de
está restrita à regiões à norte da área de estudo.
As rochas pertencentes a esta Unidade não foram amostradas, sua presença é indicada
pela descrição de poços de monitoramento existentes na área e por ensaios geofísicos, associados
às
zonas
de baixa re
sistividade.
G –
Siltito/Argilitos
Esta unidade congrega predominanentemente siltitos argilosos (
Foto
14 e 15 e
Figura
32)
(
Foto
16), ostentando um grau de litificação bastante brando, podendo ou não apresen
tar indícios
de laterização.
Por
vezes são verificados nas rochas pertencentes a esta unidade grande números
de fraturas.
A esta Unidade estão ainda
inclusos
argilitos com laminação plano-
paralela
(
Foto
16), de
colorações róseas e brancas, que estão lateralmente interdigitados com os siltitos
.
Figura
31
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade
E.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
61
Durant
e a perfuração dos poços de monitoramento, esta unidade foi encontrada em
profundidades que variam de 13,5 a 15 m de profundidade, em contato erosivo com sedimentos
das Unidades D (
Foto
14
), E e F. Em uma amostra recup
erada durante a amostragem com
h
ollow
stem auger foram en
contrado
s fósseis vegetais em uma amostra laterizada, embora não tenha
sido possível identificar as espécies destes fósseis.
Baseando
-se em descrições levantadas por Fernandes (1997) é possível afirmar que os
siltitos correspondem à fác
ies Si
e os argilitos à fácies Ag da
Formação Rio Claro, definidas pela
referida autora.
contato
Foto
14 – Areia média a grossa em contato
erosivo com siltitos argilosos. Amostra
rec
uperada do Poço PM-41, à profundidade
de 13,90 m.
Foto
15 – Siltito maciço róseo. Amostra
recuperada do Poço PM-46, à
profundidade de 12,4 m.
Foto
16 – Argilito avermelhado e branco, com
laminação plano-
para
lelo incipiente. Amostra
recuperada do Poço PM-41, à profundidade de
14,4 m.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
62
6.2.2
–
Distribuição das Unidades Hidroestratigráficas
A partir da identificação e classificação dos grupos litológicos presentes em sub-
superfície através das sondagens e com auxílios dos resultados das SEVs foram elaborados
mapas geológicos da porção superior do aqüífero, que corresponde à porção investiga (
Figura
33). Visando entender a distribuição destas Unidades em profundidade, foram também
elaboradas
seções
hidrofaciológicas (
Figura
34), cujas localizações estão indicados na
Figura
33.
Curvas Granulométricas - Unidade G
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1
10
Diâmetro das Partículas (mm)
Porcentagem que Passa (%)
PM-28 (13,4-13,6 m)
PM 42 (15,4-15,6 m)
PM-26 (13,5-13,7 m)
Silte
Pedregulho
Fino
Grosso
Argila
Areia
Fina
Média
Grossa
Figura
32
–
Curvas granulométricas de sedimentos da Unidade G.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
63
Figura 33
–
Mapa Geológico da porção superior do aqüífero.
63
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
64
Figura 34
–
Seções Hidrofaciológicas da área de estudo.
SW
B
A
NE
Cota Altimétrica (m)
Distância (m)
Seção A-B
Exagero vertical de 7,7 X
574
577
580
583
586
589
592
595
598
0
50
100
150
200
250
300
350
P
M
-
2
4
P
M
-
1
4
P
B
-
0
1
P
B
-
0
2
P
M
-
1
3
P
M
-
1
6
P
M
-
1
7
Seção C-D
C
D
W
E
575
580
585
590
595
600
0
100 200 300 400
500
600
Areia argilosa, com grânulos e seixos sub-angulares, maciços.
Areia muito argilosa cinza e vermelha, sem estrutura aparente com seixos e grânulos
sub-angulares dispersos.
Argila arenosa ou argila muito arenosa, cinza, vermelha e amarela
Aterro e solos superficiais areno-siltosos ou areno-argilosos de coloração
vermelhada
Silte arenoso de coloração ocre, com seixos angulosos de siltito laterizado
Siltito arenoso ou siltito argiloso sem estrutura aparente ou com laminação
plano paralelo, ocre ou cinza, com indícios de laterização, por vezes muito fraturada
Unidades Hidroestratigráficas
Arenitos fino a grossos, por vezes conglomeráticos, com fragmentos de siltitos
e arenitos laterizado, com granodecrescencia ascendente.
Unidade A Unidade B
Unidade C
Unidade D
Unidade E
Unidade F
Unidade G
Litologias
Distância (m)
Cota Altimétrica (m)
64
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
65
6.2.2
–
Caracterização dos litotipos por métodos geofísicos
Visando complementar a investigação do substrato geológico local, foram executadas
sondagens elétricas verticais em toda a área de estudo (
Figura
35).
As sondagens elétricas verticais (SEVs) permitiram a investigação em profundidades
superiores aos métodos de investigação direta, auxiliando no entendimento do substrato aqüífero. A
partir da comparação de dados obtidos das sondagens e SEVs, foi possível atribuir classes de
resistividade a litotipos específicos, como ilustrado na tabela 2. Deste modo, foi possível encontrar
uma correspondência entre os modelos geoelétricos e litologias encontradas em sub-superfície
(
Figura
35).
Com estes dados, foi ainda possível verificar a distribuição dos valores de resisitividade
em
diferentes
regiões
do aqüífero, como ilustrado na
Figura
36, onde se encontra a distribuição dos
valores de resistividade na porção superior da zona saturada do aqüífero. N
esta
Figura
, é possível
verificar que os maiores valores de resistividade encontram-se na porção sul da área, onde se
regist
ra a maior ocorrência de sedimentos arenosos da Unidade D, em oposição à porção norte,
caracterizada por baixos valores de resistividade, que estão vinculados à presença de sedimentos
argilosos pertencentes à Unidade F.
Deste modo, as SEVs permitiram uma investigação em porções mais profundas do aqüífero,
o que possibilitou a identificação do topo do diabásio, representado no modelo conceitual como o
base impermeável do aqüífero local. As SEVs ainda forneceram informações adicionais, no que diz
respeito à distribuição litológica em
sub
-superfície, auxiliando na elaboração do mapa geológico da
porção superior do aqüífero (
Figura
33).
Material Geológico
Resistividade (ohm.m)
argila siltosa/argila arenosa
0-30
silte argiloso
30-70
areia argilosa
70-150
areia média a grossa
150-500
diabásio
>500
Tabela
2 – Valores de resistividade atribuídos a tipos litológicos
específicos.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
66
r=1060
r=3840
r=78
Porção não saturada
Diabasio
Areia argilosa
570,36
580,72
595,18
SEV - 77
r=12420
r=1504
r=7,4
Diabasio
Argila
561,29
583,44
595,18
SEV - 59
Porção não saturada
Figura 35
-
Ilustração com os perfis com os modelos geoelétri
cos obtidos
pelas SEVs
.
9800
10050 10300 10550 10800 11050
9800
10050 10300 10550 10800 11050
600
850
1100
1350
1600
600
850
1100
1350
1600
SEV-01
SEV-02
SEV-03
SEV-04
SEV-05
SEV-06
SEV-07
SEV-08
SEV-09
SEV-10
SEV-11
SEV-12
SEV-13
SEV-14
SEV-15
SEV-16
SEV-17
SEV-18
SEV-19
SEV-20
SEV-21
SEV-22
SEV-23
SEV-24
SEV-25
SEV-26
SEV-27
SEV-28
SEV-29
SEV-30
SEV-31
SEV-32
SEV-33
SEV-34
SEV-35
SEV-36
SEV-37
SEV-38
SEV-39
SEV-40
SEV-41
0
25
50 75
100
125 150 175
200 225 250 275 300 325
350 375
0
100 200 300
SEV-01
Sondagem Elétrica Vertical
Escala Gráfica
Escala de Resistividade
Figura 36
-
Mapa de resistividade do primeiro horizonte saturado.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
67
565
570
575
580
585
590
595
600
0
200 400 600 800
1000
1200 1400
S
e
v
5
7
S
e
v
3
4
S
e
v
3
5
S
e
v
2
2
S
e
v
3
7
S
e
v
3
9
S
e
v
3
8
S
e
v
4
0
883
155
719
39
11
603
56
13
750
2
772
24
43
1469
180
500
3
615
47
13
Seção A-B
Seção C-D
A B
C D
E W
SW
NE
S
e
v
3
4
719
39
11
550
555
560
565
570
575
580
585
590
595
600
0
200 400
600 800 1000 1200
1400
S
e
v
7
5
S
e
v
5
9
12420
1504
7.4
S
e
v
3
6
218
6
S
e
v
2
2
2
S
e
v
0
5
29723
16073
79
S
e
v
2
3
221
25
S
e
v
0
7
941
49
1600
1047
240
534
750
19
328
Argiloso
Silto-argiloso
Areno-argiloso
Arenoso
Diabásio
Sondagem Elétrica
Vertical
Sondagem Elétrica
Vertical
Resistividade
Distância (m)
Distância (m)
Cota altimétrica (m)
Cota altimétrica (m)
Exagero vertical de 20 x
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
Figura 37
–
Seções geoelétricas na área de estudo.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
68
6.3
–
Caracterização Hidráulica do Substrato
Os testes de
slug
permitiram mensurar valores de condutividade hidráulica nas porções
adjacentes à seção filtrante dos poços de monitoramento. Deste modo, é possível afirmar que os
testes de slug fornecem uma amostra dos valores de condutividade hidráulica das rochas onde es
tá
inserida a seção filtrante, na porção adjacente
a
esta.
A compreensão da distribuição das diferentes litologias que compõem o aqüífero e seus
valores de condutividade hidráulica permite determinar a variação espacial das velocidades de
escoamento
.
Os
poços de monitoramento, em sua maior parte possuem a seção filtrante situada de 1 a 3
metros na porção saturada. Assim, os testes de slug fornecem valores de condutividade hidráulica
situadas nesta porção superior do aqüífero. No caso de poços multi-
níveis
, foi possível determinar
os valores de condutividade hidráulica de porções mais profundas do aqüífero (profundidades de 15
a 18 m)
.
O histograma (Figura 38) representa a distribuição dos valores logarítmicos de
condutividade hidráulica ln(
K
), notando
-
se c
laramente a presença de uma distribuição bimodal.
As classes mais freqüentes de ln(K) são aquelas situadas entre -8 e -7 e -5 a -4, o que
corresponde respectivamente a valores de condutividade hidráulica de 3,35x10
-4
a 9,12x10
-4
e
6.74x10
-3
a 1.83x10
-2
cm
/s.
A
Figura
39 ilustra a distribuição das classes de valores de condutividade hidráulica para a
porção superior do aqüífero estudado. Os maiores valores
de
condutividade hidráulica concentram-
se
em uma faixa contínua, vinculada a locais com oco
rrência
de arenitos da Unidade D. Esta zona
mais condutiva é delimitada a sul e a norte por valores de condutividade hidráulica d
a ordem de
10
-4
cm/s, em con
cordância com a ocorrência de sedimentos siltosos
arenosos da Unidade F.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
69
Tabela 3
–
Valores de cond
utividades hidráulicas mensuradas através de testes de
slug
.
-11 -10
-9 -8 -7 -6
-5
-4 -3 -2 -1
Classes de valores de ln(k - cm/s)
0
2
4
6
8
F
r
e
q
u
ê
n
c
i
a
Histograma com os valores de ln(k - cm/s)
Figura
38
–
Histograma com os valores logarítmicos de condutividade hidráulica.
Poço
K (cm/s)
PM-01
2,54E-03
PM-03
3,86E-04
PM-04
1,95E-02
PM-05
4,20E-04
PM-06
2,59E-02
PM-07
5,91E-05
PM-08
4,05E-05
PM-09
1,32E-04
PM-10
3,84E-04
PM-11
1,09E-02
PM-12
1,21E-04
PM-13
1,21E-04
PM-14
4,45E-04
PM-15
1,11E-02
PM-16
3,35E-04
PM-17
1,46E-03
PM-18
2,81E-02
PM-19
1,58E-02
PM-20
7,70E-04
PM-21
4,17E-05
Poço
K (cm/s)
PM-22
1,08E-02
PM-23
5,45E-05
PM-24
1,85E-02
PM-25
2,69E-03
PM-26
1,15E-02
PM-27
5,00E-02
PM-28
2,48E-03
PM-29
1,03E-02
PM-30
2,46E-04
PM-31
3,72E-04
PM-32
4,24E-04
PM-33
5,08E-04
PM-34
1,07E-02
PM-35
6,72E-02
PM-36
6,87E-03
PM-38
8,30E-04
PM-40
1,46E-02
PM-42
2,01E-03
PM-44
3,72E-04
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
70
A regressão multivariada permite estabelecer a relação existente entre uma determinada
variável dependente e outras variáveis independentes. A fim de estimar a dependência dos valores
de condutividade hidráulica com a natureza textural dos sedimentos que compõe a porção saturada
local, foram realizadas regressões múltiplas entre os parâmetros retirados das curvas
granulométricas de amostras recuperadas de furos de sondagens e os valores de condutividade
hidráu
lica, de vários locais situados nas proximidades da área estudada. Visando manter a
representatividade desta análise, foram selecionados poços com seção filtrante situadas em
lito
logias relativamente homogêneas. Deste modo assegurou-se que os testes de slug amostraram
valores de condutividade hidráulica de uma litologia específica.
Uma vez obtidos os valores de condutividade hidráulica em poços instalados em litologias
verticalmente pouco variáveis, foram realizados ensaios de curva granulométrica do inte
rvalo
correspondente à seção filtrante dos poços de monitoramento. Sob a suposição de que a natureza
hidráulica dos sedimentos inconsolidados é função do diâmetro de seus grãos, foi realizada a
regr
essão dos valores logarítmicos de condutividade hidráulica (variável dependente) e
de
parâmetros retirados das curvas granulométricas (variáveis independentes).
Figura 39 – Mapa com a distribuição dos valores das classes em escala
logarítmica
de valo
res de condutividade hidráulica.
10200 10450
10200 10450
600
850
1100
1350
600
850
1100
1350
10-2 cm/s - 10-1 cm/s
10-3 cm/s - 10-2 cm/s
10-4 cm/s - 10-3 cm/s
10-5 cm/s - 10-4 cm/s
Classes de K
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
71
A partir destas análises, obteve-se a seguinte expressão, que exprime os valores de
condutividade hidráulica em função do diâmetro de seus grãos:
Ln(K)
=
2,532*X1 + 0,503*X2
-
3,841*X3
-
2.944*X4 + 3.17
6*
X5
-
4.055*X6
–
0,583*X7 + 2,677
*X8
(29)
onde
:
X1 é a Diâmetro do grão correspondente a 60% (extraído da c
urva granulométrica),
X2
é a percentual de argila
X3
é a percentual de silte,
X4 é
um
fator categórico, 0 para amostras friáveis e 1 para amostras compactas,
X5 é a percentual de areia média,
X6
é a percentual
de areia fina
,
X
7 é a percentual de areia g
rossa,
X
7 é a percentual de cascalhos.
O coeficiente de determinação R
2
, obtido nesta análise, foi de
98,45
% (
Figura
40
) e um
coeficiente de correlação R
foi
de 99,2 %, indicando assim uma estimativa segura dos valores de
condutividade hidráulica a partir das características texturais das litologias presentes na porção
saturada do aqüífero local. Contudo, deve-se salientar que as relações aqui obtidas são válidas
apenas para o local de estudo.
y = x - 2E-14
R
2
= 0.9845
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-13 -11 -9 -7 -5 -3
ln (K (cm/s) estimado)
ln (K (cm/s) real)
Figura
40 – Gráfico com a dispersão dos valores logarítmicos de condutividade
hidráulica mens
urados em campo e os valores estimados pela equação 29.
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
72
7 –
SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO
7.1
–
Modelo Conceitual
A partir da análise de dados de cunho geológico contido nos resultados de investigações
di
retas e indiretas
, foram elaborados modelos geológicos conceituais.
Os furos de sondagens executados durante a perfuração dos poços de monitoramento
permitiram determinar as litologias presentes apenas na porção superior do aqüífero, atingindo
Tabela 4 – Valores de condutividade hidráulica atribuídos a litologias com texturas especifica
s
na área de estudo
.
Silte argiloso
Areia média a grossa
Solo
Camada 1
Camada 2
Sucessão litológica idealizada
Representação no modelo matemático
Na
Silte argiloso
Areia média a grossa
Diabasio
Figura 41
–
Transferência de informações do Modelo Conceitual para o Modelo
Matemático.
Textura
K
médio
(cm/s)
K
minimo
(cm/s)
K
máximo
(cm/s)
Nº de ensaios
areia média a grossa 1,67E-02
2,590E-02
1,08E-02
10
areia argilosa
1,94E-03
2,543-03
1,09E-03
6
silte argiloso
3,46E-04 7,70E-04 1,21E-04
12
argila arenosa
4,98E-05 4,05E-05
4,053-05
2
siltito
4,51E-05 5,45E-05 5,91E-05
2
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
73
profundidades máximas de 18 metros. Informações geológicas mais profundas advêm de dados
indiretos, obtidos de investigação geofísica com métodos geoelétricos, empreendidas em outras
campanhas realizadas na área. Deste modo, foi possível inferir, com boa margem de segurança, as
litologias presentes em profundidade.
A compilação de dados de investigação direta e indireta permitirem segmentar o substrato
geológico em 2 camadas
,
a partir da variação das propriedades em profundidade.
A primeira destas camadas é representada pela porção superior do aqüífero, marcada por
ampla heterogeneidade litológica. A segunda camada é representada pelo predomínio de rochas
peliticas (silitos), com alternância de camadas pouco expressivas de areia.
Foi adotada a cota altimétrica de 570 m para a base impermeável do aqüífero, uma vez que
este valor representa o valor médio das profundidades do topo das soleiras de diabásio, medidas por
meio de métodos geoelétricos.
A
Figura
41 ilustra a transposição das informações do modelo geológico conceitual para o
modelo matemático, a partir da adoção de simplificações do modelo geológico.
7.2
–
Configuração
do
Domínio Simulado
A área simulada possui aproximadamente 765000 m
2
, que foi discretizada em 100 linhas,
100 colunas e 2 camadas. Inicialmente foram adotados espaçamentos regulares para as linhas e
colunas, com espaçamento de 11,832 m para as linhas e 9,92 para as colunas. A discretização do
domínio, simulado em 2 camadas, foi norteado pelo modelo geológico conceitual, descrito no
tópico referente ao
m
odelo
c
onceitual. Posteriormente
,
na porção central do domínio a ser simulado,
foi realizado refinamento, em 2 vezes (
Figura
42), para melhor representação dos poços de
bombeamento.
Foram representados na simulação, ainda, os 3 poços de bombeamento operantes na área,
com vazões médias de 5 m
3
/dia.
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
74
7.3
–
Distribuição Inicial dos
V
alores de Condutividade Hidráulica
A partir dos dados de natureza direta e indireta, foi possível estimar a distribuição espacial
das diversas litologias que compõem o aqüífero na área de estudo, como ilustrado na Figura 33
.
Testes de
slug
permitiram atribuir um valor médio de condutividade hidráulica para cada um destes
grupos litológicos. Deste modo para estas litologias, foram atribuídos valores de
condutividade
hidráulica médios para a área de estudo, como indicado na Tabela 4. Deste modo para a ocorr
ência
de um determinado grupo litológico foram atribuídos valores correspondente de condutividade
hidráulica extraído da Tabela 4 e gerado a distribuição inicial dos valores iniciais de K (cm/s)
dentro do Modelo (Figura 43).
Figura 42
–
Malha de diferenças finitas com espaçamento variável segmentando
o domínio simulado.
9800
10050 10300 10550 10800 11050
200
450
700
950
1200
1450
1700
Células inativas
Células ativas
9800
10050 10300 10550 10800 11050
200
450
700
950
1200
1450
1700
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
75
7.4
–
Condições de Contorno
A inexistência de elementos hidrológicos de natureza física, tais como rios, lagos e córregos,
nas adjacências da área de estudo, imped
em
a utilização destes como condições de contorno.
Diante desta realidade, foram adotadas condições de contorno
retiradas
de maneira estrita,
em informações contidas no mapa potenciométrico, baseado em medidas do nível d’água do dia
19/07/2005. Com base no mapa potenciométrico, foi estabelecido, na porção norte, uma condição
de contorno do Tipo 1 (Dirichlet), com carga especificada de 586,4 m. Na porção sul, também foi
adotado uma condição de contorno do Tipo 1, com carga especificada de 581 m. Nos contornos
situados a leste e oeste da área simuladas, foram adotadas condições de contorno do Tipo 2
500
1000
1500
1500
10000 10500
10000 10500
500
1000
1,67E-2
1,95E-3
3,46E-4
4,98E-5
Valores de K (cm/s)
4,52E-5
Figura
43 - Distribuição inicial de c
ondutividade
hidráulica na cam
ada
superior do domínio simulado
.
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76
(Ne
umman), com contornos de fluxo nulos, a partir da delineação de linhas de fluxo
perpendiculares aos contornos de carga especific
ada citada
s acima.
A localização das condições de contorno utilizada na simulação está ilustrada na
Figura
44
.
Estes contornos foram replicados e utilizados similarmente em todas
as
camadas do modelo,
admitindo
-
se
, de maneira simplificada, contornos com equipotenciais verticais. Esta simplificação
decorre da inexistência de dados hidrogeológicos de porções profundas do aqüífero.
Figura
4
4 -
Localização das condições de contorno adotadas no modelo
.
0 100 200 m
200
450
700
950
1200
1450
1700
9800
10050
10300
10550 10800
11050
200
450
700
950
1200
1450
1700
9800
10050
10300
10550 10800
11050
Células inativas
Células ativas
Escala Gráfica
H = 586,4 m
H = 581,0 m
Dh/dn = 0
Dh/dn = 0
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
77
7.5
–
Simulação em Regime Permanente
Após a formulação de um modelo conceitual e sua representação computacional nos
modelos matemáticos foram realizadas simulações em regime permanente. Esta etapa tem por
objetivo determinar os valores e a distribuição relativa das diferentes zonas de condutividade
hidráulica presentes na área simulada. A determinação destes valores é considerada satisfatória
na medida em que gere, na simulação, uma distribuição das linhas isopotenciométricas simi
lar
àquela verificada na condição real. Outro objetivo desta etapa é buscar a distribuição de cargas
hidráulicas iniciais para sua posterior utilização em simulações em regime transiente.
Os valores de cargas hidráulicas reais, utilizados como referencias para a calibração do
modelo, foram
àquelas
obtidas pela mensuração do nível d’água no dia 09/09/2005. Dos 40
poços existentes na referida data, foram utilizados 26 poços. Foram ainda
inseridos
no modelo,
dois poços de bombeamento operante no período consi
derado.
Para a convergência da solução das simulações foram adotados
critério
s de tolerância de
0,001
, tendo sido necessário cerca de 10 a 20 iterações para a convergência da simulação. O
reduzido número de iterações revelou um modelo com parâmetros bastante consistentes e
matematicamente
compatíveis.
7.6
–
Calibração do Modelo em Regime Permanente
Para a calibração do modelo em regime permanente, foi empregada a metodologia da
“tentativa e erro” (trial and error). Nesta metodologia, parâmetros
hidroge
ológicos
que
compõem o modelo são alterados, sendo em seguida geradas simulações para avaliação dos
resultados frente a estas modificações. Este processo prossegue até que exista uma
correspondência em nível satisfatório entre os parâmetros hidrogeológicos mensurados em
campo, neste caso a carga hidráulica, e aquelas calculadas pela simulação.
Os parâmetros alterados durante o processo foram os valores de condutividade hidráulica,
sua distribuição, espessuras de camadas e valores de recarga.
A dist
ribuição
e valores de condutividade hidráulica foram inicialmente
adotados
pelos
valores deste parâmetro mensurados em campo, respeitando sua distribuição espacial, como
mencionado anteriormente. Salienta-se, contudo, que os valores de condutividade hidráulica
era
m modificados até determinado patamar, evitando-se que destoassem demasiadamente dos
valores obtidos em campo. Quando se atingia um determinado grau de modificações nos valores
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
78
de condutividade hidráulica, outros parâmetros eram ajustados, tais como recarga e a vazão nos
poços de bombeamento.
Estes parâmetros foram modificados de maneira sucessiva, até que alcançasse níveis
considerados adequados nos critérios de calibração.
O coeficiente de correlação entre os valores de carga hidráulica, calculados pela
simulação
, e aquelas mensurados nos poços de monitoramento foi de 0,992 (
Figura
45), o que
indica elevada correspondência entre ambos, com um resíduo médio de 0,103 m e
erro
normalizado quadrático de 3,067%. A tabela 5 ilustra a comparação dos valores de
carga
hidráulica reais e aquelas calculadas pela simulação e a diferença entre ambas.
Tabela
5 – Comparação entre os valores de carga hidráulica mensurados nos poços de
monitoramento e aquelas calculadas pela simulação na local onde
estão inseridos os poços.
Poço
h real (m)
h calculado (m)
Resíduo
(m)
PM
-
02
584,54
584,69
0,15
PM
-
04
583,65
583,41
-
0,24
PM
-
05
582,97
582,
90
-
0,07
PM
-
06
584,86
584,78
-
0,08
PM
-
07
584,26
584,39
0,13
PM
-
08
583,79
583,92
0,13
PM
-
10
584,31
584,32
0,01
PM
-
11
583,68
583,46
-
0,22
PM
-
12
583,78
583,93
0,14
PM
-
13
583,83
583,85
0,02
PM
-
14
583,46
583,35
-
0,11
PM
-
16
584,16
584,18
0,03
PM
-
17
584
,59
584,70
0,11
PM
-
18
583,99
583,90
-
0,09
PM
-
19
584,24
584,11
-
0,13
PM
-
20
585,38
585,25
-
0,12
PM
-
21
584,63
584,67
0,04
PM
-
22
582,55
582,54
-
0,01
PM
-
23
584,02
583,69
-
0,33
PM
-
24
583,09
583,21
0,12
PM
-
25
583,11
583,29
0,19
PM
-
26
584,33
583,98
-
0,35
PM
-
29
581,24
581,11
-
0,13
PM
-
31
581,18
581,15
-
0,03
PM
-
33
582,03
582,04
0,01
PM
-
34
582,91
582,93
0,03
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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79
A partir da comparação dos dois conjuntos de valores,
verifica
-se uma forte
correspondência entre ambas, sugerindo que as condutividades hidráulicas encontrados na
calibração do modelo (
Figura
46) são compatíveis com aquelas adotadas no modelo conceitual
proposto (
Figura
4
3
).
Na segunda camada, foi adotado um valor único de 4,6 x 10
-5
cm/s. Estes valores
sugerem que em porções mais profundas do aqüífero existe o predomínio de litologias pouco
permeáveis, o que é respaldado pelos ensaios geofísicos que indicam o franco predomínio, em
profundidade, de materiais geológicos com baixa resistividade, o que evidencia sua natureza
pelítica. Isto é coerente com a suposição de que em sub-superfície predominam
rochas
pertencem as
fácies
Si e Ag, descritas por Fernandes (1997).
Figura
45
– Gráfico de correlação entre os valores reais de carga
hidráulica e aquelas calculadas pela simulação em regime permanente.
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80
Figura 46
–
Distribuição dos valores de condutividade hidráulica
para a primeira camada
resultantes da calibração do
m
odelo.
4,50E-2
1,10E-2
1,90E-3
4,50E-4
4,60E-5
Valores de K (cm/s)
0
50
100 150 200 250
9800 10050 10300
10550
11050
200
450
700
950
1200
1450
1700
10800
200
450
700
950
1200
1450
1700
9800
10050
10300 10550
11050
10800
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81
7.7
–
Análise de
Sensibilidade
Após a calibração do modelo, foram efetuadas análises de
sensibilidade
, fazendo-se uso
das relações expressas nas equações 28 e 29. A análise de
sensibilidade
avalia o grau de
dependência dos resultados da simulação frente às incertezas contidas dentro do modelo. Estas
incertezas decorrem do fato de não ser possível precisar o valor exato e a distribuição dos
parâmetros hidrogeológicos dentro do domínio simulado. Tendo em vista que o modelo
calibrado
é influenciado por incertezas,
faz
-se necessária a análise de sensibilidade a fim de
ponderar a influência no modelo de parâmetros incertos e assim estipular o grau de
confiabilidade dos diversos parâmetros inseridos no modelo. Assim, foram realizadas
modificações de
20%
do valor original dos valores dos diversos par
âmetros u
tilizados no modelo
9800
10050 10300 10550
11050
200
450
700
950
1200
71,5
57,5
7,0
12,0
Valores de recarga
(mm/ano)
0
250
500
Escala Gráfica
7,5
1450
1700
200
450
700
950
1200
1450
1700
10800
9800
10050 10300 10550
11050
9,0
10800
Figura 47
–
Distribuição dos valores de
recarga encontrado
s
na calibração do modelo.
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82
e submetidos a novas simulações, s
endo
adotado, neste caso, o critério de calibração RMS como
ponderador de
sensibilidade
.
Condutividade hidráulica
Valor
Valor
Alterado
RMS
RMS
(alterado)
Coeficiente de
Sensibilidade
K
1
(cm/s)
1,10E
-
02
1,32E
-
02
0,128
0,134
0,030
K
2
(cm/s)
4,30E
-
04
5,16E
-
04
0,128
0,137
0,045
K
3
(cm/s)
6,50E
-
05
7,80E
-
05
0,128
0,13
0,010
K
4
(cm/s)
1,80E
-
03
2,16E
-
03
0,128
0,129
0,005
K
5
(cm/s)
4,70E
-
03
5,64E
-
03
0,128
0,15
0,110
K
6
(cm/s)
4,50E
-
05
5,40E
-
05
0,128
0,129
0,005
Recarga
Valor
Valor
Alterado
RMS
RMS
(alterado)
Coeficiente de
Sensibilidade
R1(mm)
71,5
85,800
0,128
0,131
0,015
R2(mm)
57,5
69,000
0,128
0,207
0,395
R3(mm)
12
11,400
0,128
0,129
0,005
R4(mm)
9,5
14,400
0,128
0,13
0,010
R5(mm)
7,5
9,000
0,128
0,14
0,060
R6(mm)
7
8,400
0,128
0,129
0,005
Taxa de bombeamento
Valor
Valor
Alterado
RMS
RMS
(alterado)
Coeficiente
dee
Sensibilidade
Pb
-
01 (m
3
/dia)
-1
,240
-
1,178
0,128
0,129
0,020
Pb
-
02 (m
3
/dia)
-
0,400
-
0,398
0,128
0,128
0,000
Pb
-
03 (m
3
/dia)
-
3,950
-
3,753
0,128
0,130
0,040
Tabela
6 -
R
esult
ados de análise de sensibilidade
para os valores de condutividade hidráulica, com
alteração de 20% nos valores obtidos na calibração do modelo
.
Tabela
7 - R
esult
ados de análise de sensibilidade para os valores de
recarga,
com alteração de 20%
nos valores obtidos na calibração do modelo
.
Tabela
8 - R
esult
ados de análise de sensibilidade
para os valores de
bombeamento nos poços,
com alteração de 20% nos valores ob
tidos na calibração do modelo
.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
83
Verifica
-se nas tabelas 6,7 e 8, que o modelo em geral é pouco dependente dos diversos
parâmetros de entrada do modelo, predominando valores de coeficiente de
sensibilidade
de 0
,000
e 0,005 m. Destaca-se que os maiores valores de
sensibilidade
estão vinculados aos valores de
recarga
aos
valores de condut
ividade hidráulica, chegando a alcançar o valor de 0,395 na zona de
recarga R2. Embora exista a proximidade com diversos poços de monitoramento, os poços de
bombeamento possuem coeficientes de sensibilidade bastante reduzidos. A zona condutiva 5
também possui um coeficiente de
sensibilidade
destoante, em virtude de seus valores a serem
bastante discrepante aos demais valores de condutividade hidráulica e de afetar diretamente
poços nas adjacências desta zona.
Visando complementar a análise de sensibilidade, foram realizadas simulações, após a
supressão dos valores de bombeamento, e, posteriormente, de recarga para avaliar a importância
desses parâmetros na solução do modelo.
Figura 48 -
Gráfico
ilustrando
os coeficientes de
sensibilidade
do critério de
calibração RMS dos resíduos, encontrados na simulação, com a modificação dos
diversos parâmetros de entrada do modelo.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
Pb-02 (m3/
di
a)
Pb-01 (m3/dia)
K4 (cm/s)
K6
(cm/s)
R3(m
m)
R
6(
m
m)
K3
(c
m/s
)
R4(m
m)
Pb-03 (m3/dia)
R1(m
m
)
K1
(cm/s)
K
2
(cm/s)
R5(
m
m)
K5 (cm/s
)
R2(m
m)
Parâmetros
Coeficiente de Sensibilidade
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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84
A figura 49 ilustra o gráfico de dispersão dos valores de carga hidráulica calculadas pela
simulação
, em relação aos valores reais de carga. Verifica-se neste gráfico que a ausência de
bombeamento promove um incremento de carga hidráulica, elevando o valor de RMS para 0,297
m e
gerando
erro de 7,086%.
Ao serem realizadas simulações com supressão de recarga do modelo (Figura 50),
são
observados desvios bastante significativos da solução considerada ideal. Neste caso, o valor de
RMS alcança 1,125 m e o erro o valor de 26,836%. Este fato indica que os valores de recarga são
parâmetros essenciais para a solução do modelo e sua ausência induz a um crescimento bastante
acentuado do erro.
Figura
49 – Gráfico de correlação entre os valores reais de carga
hidráulica e aquelas calculadas pela simulação com a supressão dos poços
de bombeamento.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
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85
A
c
onfiguração
do m
ode
lo simulado torna a solução do m
odelo
fortemente
dependente
das condições de contorno de primeiro tipo, presentes nos limites norte e sul do domínio
simulado. A fim de avaliar o
grau em que
estes contornos restringem a solução do modelo
, foram
adotados
para
analises com alterações em graus diversos nos valores de carga hidráulica destes
contorn
os para
avali
ar
a
influência sobre os valores de resíduos médios
, M.
In
crementos de carga hidráulicas nas condições de primeiro tipo de valor H
cont
,
promovem
um aumento de carga hidráulica h em cada uma das células do modelo e, deste
modo
,
induzem a um
acréscimo de
M
nos valores de resíduo médio.
Se a solução do modelo for
integralmente
dependente das condições de contorno de primeiro tipo, o valor de h e M
deve
m
ser similares a
H
cont
e a razão
M/
H
cont
deveria ser próximo de 1.
A partir da alteração sucessiva dos valores de carga hidráulica nas 2 condições de
primeiro tipo, foram implementadas e verificadas as
modificações
nos valores dos resíduos
médios
, a fim de ponderar a influência na solução do modelo destas alterações. Como indicado
na tab
ela
9,
para alterações de 0,1 m
é verificado um incremento no
valor de
resíduo
de 0,014 m
.
D
este modo
,
a relação entre
incremento nos v
alores de resíduo
dos valores de carga
hidráulica
de
e, portanto a razão
M/
H
cont
é de 0,14. Isto indica que pequenas alterações nos valores de
carga, repercutem de maneira bastante reduzida na solução do Modelo.
Esta
relação cresce com
o incremento nos valores de alteração de carga nos contornos, alcançando um valor de 0,735
para alterações de 1,5 m.
Demonstra
-se assim que para alterações de 1,5 m, 73,5 % na variação
Figura
50 – Gráfico de correlação entre os valores reais de carga
hidráulica e aquelas calculadas pela simulação com taxas de recarga nula.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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86
média de carga dentro da simulação é vinculada a mudanças na carga hidráulicas dos contornos
de primeiro tipo e 26,5% relacionadas a outros fatores presentes dent
ro do modelo.
A partir desta analise, foi possível verificar que a solução do modelo não é totalmente
dependente dos valores de carga hidráulica presentes nos contornos de primeiro e que parcela
significativa da solução está
vinculada
a outros fatores com
o
as taxas de bombeamento e
,
sobretudo
,
os
valores de recarga.
H
cont
M (m)
M
alterado
(m)
M (m)
M/
H
cont
0,1
0,09
0,104
0,014
0,140
0,3
0,09
0,234
0,144
0,480
0,5
0,09
0,382
0,292
0,584
0,7
0,09
0,540
0,450
0,643
1,0
0,09
0,779
0,689
0,689
1
,5
0,09
1,193
1,103
0,735
7.8
–
Potenciometria Simulada e Balanço de Fluxo
Na
Figura
50
, que ilustra a sobreposição dos mapas potenciométricos real e simulado é
possível verificar uma forte correspondência entre ambos, respaldando os resultados ilustrad
os
pelos critérios de calibração do
m
odelo.
A tabela
10
indica o balanço de entrada e saída de água
,
no domínio do modelo. Ressalta
-
se que, apesar dos baixos índices de recarga utilizados no modelo, estas representam
aproximadamente 85 % da entrada de água no modelo, com o contorno de carga constante
representando o restante do montante de água que entra no modelo. Os poços de bombeamento,
neste balanço, são responsáveis por 12 % da água que saem no modelo, o que representa uma
quantidade altamente signif
icativa, dada
às
dimensões do modelo.
Tabela
9 – Resultado dos incrementos dos resíduos gerados pelo acréscimo de carga
hidráulica nos contornos
de primeiro tipo.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
87
Figura
51
– Sobreposição das linhas das curvas equipotenciais observadas (linhas
tracejadas) e calculadas (linhas contínuas).
35,882
6,257
42,139
36,788
5,3
42,088
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Recarga Carga constante Poços de
bombeamento
TOTAL (m3/dia)
ENTRADA (m3/dia)
SAÍDA (m3/dia)
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
88
7.9
–
Segunda Simulação em Regime Permanente
Para testar uma nova configuração no modelo conceitual adotado, foi realizada uma nova
simulação em regime permanente, mantendo-se constantes os valores de condutividade
hidráulica encontrad
o
s na simulação anterior.
As condições de contorno foram extraídas do mapa
potenciométrico do dia 11/05/2006.
Os valores de recarga e extração de água dos poços de bombeamento são parâmetros
sazonalmente variáveis. Deste modo, nesta segunda simulação, os valores referentes a estes
parâmetros foram progressivamente readequados durante o processo de calibração do
m
delo.
Figura 52
-
Resultado do balanço de entrada de saída de
água no domínio simulado.
FONTE
ENTRADA
(m
3
/dia)
S
AÍDA
(m
3
/dia)
TOTAL
(m
3
/dia)
Recarga
35
,
882
35
,
882
Carga constante
6,
257
-
36
,
788
-
30
,
531
Poços de bombeamento
-5,
300
-5,
300
42
,
139
-
42
,
088
0,
051
Discrepância entre saída e entrada = 0
,
121 %
Tabela
10
-
R
esultados
com o balanço de entrada e saída de água no domínio simulado.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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89
A
c
onfiguração
do domínio simulado, assim como a po
siçã
o das condições de contorno,
foi
mantida inalterada. Contudo, foram realizadas alterações nos valores de carga hidráulica do
contorno de primeiro tipo,
n
os valores de recarga e taxas de bombeamento
.
Após
a calibração desta simulação, verifica-se uma correspondência entre os valores de
carga
hidráulica calculada e aqueles mensurados nos poços de monitoramento. Esta
correspondência está
ilustrada
na
Figura
53, onde pode ser observado um coeficiente de
correlação de 99,2 % entre os valores de carga
hidrá
ulica real e calculada pela simulação, com
um resíduo absoluto médio de 10,9 cm e erro quadrático médio de 3,627 %.
A
Figura
54 ilustra a comparação entre as linhas equipotenciais reais e aquelas geradas
pela simulação,
confirmando
os bons resultados obtidos nesta segunda simulação em regime
permanente.
Na
Figura
55,
estão
ilustra
das
as distribuições de recarga que forneceram a melhor
resposta ao modelo.
Figura
53
–
Gráfico de correlação entre as cargas reais e calculadas no
segundo período simulado em regime permanente.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
90
Figura
54
– Sobreposição das linhas das curvas equipotenciais observadas (linhas
tracejadas) e calculadas (linhas contínuas) pela segunda simulação realizada em regime
permanente
.
Tabela
10 - com os resultados com o balanço de entrada e saída de água no domínio simulado
calculado pela segunda simulação em regime permanente.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
91
8 –
CON
SIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES
O estudo aqui empreendido visou
primeiramente
à compilação de dados pré-existentes e
da
dos
obtidos sucessivamente com a evolução do trabalho de investigação na área, seguida da
FONTE
ENTRADA
(m
3
/dia)
SAÍDA
(m
3
/dia
)
TOTAL
(m
3
/dia)
Recarga
178
,
504
178
,
504
Carga constante
211
,
264
-
348
,
860
-
137
,
596
Poços de
bombeamento
-
40
,
300
-
40
,
300
389
,
768
-
389
,
160
0,
608
Discrepância entre saida e entrada = 0
,
156 %
Figura 55
– Distribuição dos valores de
recarga encont
rado
s
na calibração do segundo
modelo simulado em regime permanente.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
92
interpretação conjunta destas informações para a formulação de um m
odelo hidrogeológico
conceitual
. A etapa final visou a simulação numérica de fluxo, por meio do método de
d
iferenças
f
initas para a validação do
modelo
conceitual
concebido.
A integração de informações geológicas provenientes de dados diretos, representados por
furos de sondagens, e dados indiretos, obtidos por SEVs, permitiu esboçar de maneira
satisfatória a distribuição litológica de sub-superfície, sobretudo na porção superior do aqüífero
estudado.
Os valores de condutividade hidráulica estão diretamente associados à natureza textural
dos litotipos que compõe o arcabouço do aqüífero. Os testes de
slug
permitiram estimar esses
valores e associá-los à litologias específicas correspondentes à seção filtrante dos poços de
monitoramento
onde foram realizados os ensaios. Deste modo, foi possível identificar a
distribuição esboçar satisfatoriamente a distribuição dos diferentes tipos litológicos em sub-
superfície e atribuir a cada um deles propriedades hidráulicas distintas.
A quantidade e a qualidade das informações existentes permitiram um entendimento
satisfatório da área estudada e a formulação de um m
odelo
c
onceitual
consistente. Este fato é
demonstrado pela elevada correspondência entre o m
odelo
h
idrogeológico
conceitual
previamente concebido pelos processos descritos acima e aquele obtido pelo ajuste de
parâmetros de
entrada nos
modelo
s simulados.
Salienta
-se que os resultados dos
modelo
s em regime permanente, obtidos neste trabalho,
são representativos para as condições reais, pois
agregam as seguintes características:
elevado coeficiente de correlação entre os valores de carga hidráulica mensuradas em
campo e aquelas calculadas pela simulação;
a conformação das linhas equiponteciais assemelha-
se
àquelas mensuradas em campo,
podendo
-se assim afirmar que estes dados são representativos para as condições reais;
os valores de coeficiente de
sensibilidade
mostraram-se reduzidos, evidenciando que as
incertezas associadas aos diversos parâmetros de entrada do
modelo
, como valores de
condut
ividade hidráulica, recarga e bombeamento e a dependência do resultado da
simulação frente a estes, são reduzidas.
Ao mesmo tempo em que o
modelo
serve para testar e validar o m
odelo
c
onceitual
,
também auxilia no direcionamento das investigações adicionais e subsidia etapas seguintes de
investigação da área tal como simulação de transporte, uma vez que as heterogeneidades
hidráulicas podem ser adequadamente representadas.
CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FLUXO EM UMA REGIÃO SITUADA NO DISTRITO INDUSTRIAL
DE PAULÍNIA (SP)
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
93
9 –
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