A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr. Prof. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr. Prof. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr. Prof. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves Centro de Tecnologia-Ctec Águas Subterrâneas e hidráulica de poços

2 Sumário da aula Parte 1 – Águas subterrâneas O que são águas subterrâneas; O que são aquíferos; Tipos de aquíferos; Impactos ambientais sobre aquíferos; Propriedades hidrogeológicas dos aquíferos; Lei de Darcy; Exercícios Parte 2 – Hidráulica de Poços Tipos de poços; Elementos da hidráulica de poços; Dimensionamento de poços; Exercícios

3 Águas subterrâneas Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona saturada do solo é dita subterrânea zona saturada Em geral, exige menos tratamento antes do consumo do que a água superficial, em função de uma qualidade inicial melhor. Em regiões áridas e semi-áridas pode ser o único recurso disponível para consumo.

4 Águas subterrâneas Fatores limitantes porosidade do subsolo : a presença de argila no solo diminui sua permeabilidade, não permitindo uma grande infiltração; cobertura vegeta l: um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado; inclinação do terreno : em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo a possibilidade de infiltração; tipo de chuva : chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem

5 Percolação abastecimento dos aqüíferos (mantém vazão dos rios durante as estiagens); Redução do escoamento superficial: cheias, erosão É a passagem de água da zona não-saturada (zona de aeração) para a zona saturada

6 Águas subterrâneas

7 Distribuição de águas ReservatórioVolume (%) Tempo médio de permanência Oceanos anos Galerias e capas de gelo210 – anos Águas subterrâneas4 2 semanas a anos Lagos, rios, pântanos e reservatórios artificiais. < 0,012 semanas a 10 anos Umidade nos solos< 0,012 semanas a 1 ano Biosfera< 0,011 semana Atmosfera< 0,0110 dias

8 Ocorrência das águas subterrâneas No mundo Volume aprox. de km 3 (100 vezes mais abundante que as águas superficiais) Alguns especialistas indicam que a quantidade de água subterrânea pode chegar até 60 milhões de km 3, mas a sua ocorrência em grandes profundidades pode impossibilitar seu uso Por essa razão, a quantidade passível de ser captada estaria a menos de metros de profundidade, compreendendo cerca de 8 e 10 milhões de km 3

9 No Brasil as reservas de água subterrânea são estimadas em km 3 (112 trilhões de m 3 ) e a contribuição multianual média à descarga dos rios é da ordem de km 3 /ano (2 % do volume) Nem todas as formações geológicas possuem características hidrodinâmicas que possibilitem a extração econômica de água subterrânea para atendimento de médias e grandes vazões pontuais As vazões já obtidas por poços variam, no Brasil, desde menos de 1 m 3 /h até mais de m 3 /h Ocorrência das águas subterrâneas

10 Em Maceió Início da exploração das águas subterrâneas devido a uma séria crise de abastecimento na cidade até 1987 – a CASAL tinha perfurado 50 poços 1987 – Nova crise de abastecimento que culminou com a implantação de um programa emergencial de perfuração de poços profundos A estimativa atual é de 153 poços perfurados pela CASAL e muitos outros clandestinamente 80% do abastecimento provêm de águas subterrâneas Falta de gestão resultou na redução do N.E., salinização e poluição das águas

11 Qualidade das águas subterrâneas Durante o percurso no qual a água percola entre os poros do subsolo e das rochas, ocorre a depuração da mesma através de uma série 'de processos físico-químicos e bacteriológicos, tais como: troca iônica decaimento radioativo remoção de sólidos em suspensão neutralização de pH em meio poroso eliminação de microorganismos devido à ausência de nutrientes e oxigênio que os viabilizem Ou seja, as águas subterrâneas são filtradas e purificadas naturalmente no processo de percolação

12 Uso das águas subterrâneas A exploração de água subterrânea está condicionada a fatores quantitativos, qualitativos e econômicos: Quantidade: intimamente ligada à condutividade hidráulica e ao coeficiente de armazenamento dos terrenos Qualidade: influenciada pela composição das rochas e condições climáticas e de renovação das águas Econômico: depende da profundidade do aqüífero e das condições de bombeamento.

13 O que é um aquífero? Derivado do Latim, a palavra aqu í fero quer dizer: carregar água. Unidades rochosas ou de sedimentos, porosas e permeáveis, que armazenam e transmitem volumes significativos de água subterrânea passível de ser explorada

14 Em oposi ç ão ao termo aqu í fero, utiliza-se o termo AQUICLUDE para definir unidades geol ó gicas que apesar de saturadas e com grande quantidade de á gua absorvida lentamente, são incapazes de transmitir um volume significativo de água

15 AQUIFUGOS São unidades Geol ó gicas que não apresentam poros interconectados e não absorvem e nem transmitem a á gua.

16 Principais Aquíferos Formação Barreiras

17 O Aquífero Guarani O Aquífero Guarani é a maior reserva subterrânea de água doce do mundo, sendo também um dos maiores em todas as categorias Volume de aproximadamente 55 mil km³ e profundidade máxima por volta de m, com uma capacidade de recarregamento de aproximadamente 166 km³ ao ano por precipitação É dito que esta vasta reserva subterrânea pode fornecer água potável ao mundo por duzentos anos

18 O Aquífero Guarani No Brasil, o aquífero guarani integra o território de oito estados: Mato Grosso do Sul km² Rio Grande do Sul km² São Paulo km² Paraná km² Goiás km² Minas Gerais km² Santa Catarina km² Mato Grosso km²

19 Aquíferos em Maceió Exposição da Formação Barreiras em todo o domínio dos tabuleiros costeiros recobrindo a Bacia de Alagoas

20 Aquíferos em Maceió

21 Barreiras alimentação das águas subterrâneas do Marituba Sistema Aqüífero Barreiras – Marituba mais importante da área

22 AQUÍFEROS E TIPOS DE POROSIDADE

23 Tipos de aquífero

24

25 É aquele formado por rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados ou solos arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada Aquífero poroso ou sedimentar

26 Formado por rochas ígneas, metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas, abertas devido ao movimento tectônico Ex.: basalto, granitos, gabros, filões de quartzo, etc.. Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora Aquífero fraturado ou fissural

27 Formado em rochas calcáreas ou carbonáticas, onde a circulação da água se faz nas fraturas e outras descontinuidades (diáclases) que resultaram da dissolução do carbonato pela água. Essas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando, nesse caso, verdadeiros rios subterrâneos Aquífero cárstico (Karst)

28

29 Tipos de aquíferos Livres São aqueles cujo o topo é demarcado pelo nível freático, estando em contato com a atmosfera. Normalmente ocorrem a profundidades de alguns metros a poucas dezenas de metros da superfície Suspensos São acumulações de águas sobre aquicludes, na zona insaturada, formando níveis lentiformes de aqüíferos livres acima do nível freático principal Confinados ocorre quando um estrato permeável (aquífero) está confinado entre duas unidades pouco permeáveis (aquiclude) ou impermeáveis

30

31

32

33

34 Funções dos aquíferos Produção : consumo humano, industrial ou irrigação Estocagem e regularização : estocar excedentes de água que ocorrem durante as enchentes dos rios Filtro : corresponde à utilização da capacidade filtrante e de depuração bio-geoquímica do maciço natural permeável Transporte : é utilizado como um sistema de transporte de água entre zonas de recarga artificial ou natural e áreas de extração excessiva Estratégica : o gerenciamento integrado das águas subterrâneas Energética : aquecimento pelo gradiente geotermal como fonte de energia elétrica ou termal Mantenedora : mantém o fluxo de base dos rios

35 Qual são os impactos sobre os aquíferos? Os Impactos Ambientais diferenciam em sua causa e efeito Fontes de poluição

36 QUAIS SÃO OS IMPACTOS? Contaminação por agrotóxicos em solos que não favorece a degradação do agentes químicos, principalmente na zona de recarga dos aqüíferos Superexploração de aquiferos, que é a exploração da água subterrânea que ultrapassa os limites de produção das reservas reguladoras ou ativas do aqüífero, iniciando um processo de rebaixamento do nível potenciométrico do mesmo

37 Impactos Ambientais sobre os aquíferos

38 Subsidência de solos – movimento para baixo ou afundamento do solo causado pela perda de suporte subjacente, que leva ao colapso das construções civis Avanço da cunha salina – avanço da água do mar em superfície, sobre a água doce salinizando o aquífero Os aquíferos costeiros fluem quase sempre para o mar, em gradiente variável Impactos Ambientais sobre os aquíferos

39

40

41 No encontro subterrâneo da água doce com a água salgada forma-se uma interface denominada cunha salina. Por ser mais densa, a água salgada fica abaixo da água doce, permitindo que poços bem próximos à praia ainda captem água doce Só em casos de intensa explotação, a cunha salina pode avançar terra a dentro, salinizando os poços. Isto quase que acontece na praia de Boa Viagem, na cidade do Recife, exigindo a intervenção governamental, que proibiu a perfuração de novos poços naquela área Impactos Ambientais sobre os aquíferos

42 O avanço da cunha salina pode salinizar não só os poços, mas também as estruturas de aço e concreto de edifícios próximos ao mar o aqüífero Barreiras na zona urbana de Maceió, originalmente com águas de boa qualidade, vem sendo em algumas áreas gradativamente contaminadas por águas salinizadas da Formação Marituba, por meio da ascensão vertical de cones salinos, devido a explotação intensiva desse sistema Impactos Ambientais sobre os aquíferos

43

44

45 Índices de Vulnerabilidade: 0,0 – 0,1 DESPREZÍVEL 0,1 – 0,3 BAIXA 0,3 – 0,5 MODERADA 0,5 – 0,6 ALTA G D O MAPA DE VULNERABILIDADE Impactos Ambientais sobre os aquíferos

46 Área de cultivo Legenda: 0,0 – 0,1 DESPREZÍVEL 0,1 – 0,3 BAIXA 0,3 – 0,5 MODERADA 0,5 – 0,6 ALTA Zona medida Poços Zonas Críticas Impactos Ambientais sobre os aquíferos

47 Área sem informação Legenda – CLASSES DE USO DO SOLO Área Urbana Cana de açúcar Coco Corpos dágua Fragmento Florestal Mangue Outros Pastagem Solo exposto Várzea Delimitação das áreas críticas Situação Preocupante AVALIAÇÃO DOS RISCOS Situação Preocupante Impactos Ambientais sobre os aquíferos Lagoa da coca-cola, aterro, lixão, estruturas de saúde, postos de combustível

48 Porosidade razão entre o volume de vazios e o volume total Depende da forma, do grau de compactação e da distribuição do tamanho das partículas MaterialIntervaloMédia Limite inferiorLimite superior Argila0,340,570,42 Silte0,340,610,46 Areia fina0,260,530,43 Areia grossa0,310,460,39 Cascalho fino0,250,380,34 Cascalho grosso0,240,360,28 Propriedades Hidrogeológicas

49 Umidade ou retenção ou conteúdo volumétrico da água razão entre o volume de água e o volume total; para condições saturadas, todos os vazios estão preenchidos com água e, portanto, a umidade é dita saturada e se aproxima do valor da porosidade: Varia de zero (meio poroso completamente seco) até o valor máximo (porosidade) curva de retenção tende para um valor constante, quando a pressão capilar aumenta indefinidamente. O valor de para o qual d /dc 0 é chamado retenção específica r Propriedades Hidrogeológicas

50 Umidade = 0 meio Poroso completamente seco = r retenção específica = todos os poros preenchidos por água r parâmetro razoavelmente constante, sobretudo para areias e cascalhos Propriedades Hidrogeológicas

51 Armazenabilidade coeficientes de armazenamento Aquífero freático porosidade efetiva ou eficaz ou produção específica ou ainda capacidade específica (η e ) volume drenável por gravidade / volume total porosidade aparente ou coeficiente de armazenamento (S) volume retirado / redução de volume devido ao rebaixamento Propriedades Hidrogeológicas

52 Porosidade efetiva (η e ) Onde: η e = porosidade efetiva V D = volume de água drenada por gravidade V t = volume total 1 m 0,1 m Nível de saturação inicial Nível de saturação final Volume drenado Propriedades Hidrogeológicas

53 Q VbVb V b = Q. t V b volume bombeado no tempo t VrVr V r volume rebaixado por causa do bombeamento Aquífero freático porosidade aparente ou coeficiente de armazenamento (S) Propriedades Hidrogeológicas S = V b / V r

54 Aquífero freático Nos aquíferos livres o valor do coeficiente de armazenamento coincide praticamente com o valor da porosidade eficaz, seu valor costumando oscilar entre 0,01 e 0,04. Propriedades Hidrogeológicas

55 Aquífero confinado Armazenamento específico ou armazenabilidade específica (S S ) volume retirado por unidade de volume do aquífero, resultante do decréscimo de carga piezométrica de 1 m.c.a. Coeficiente de armazenamento (S) semelhante ao anterior aquífero de área unitária e espessura constante b Armazenabilidade coeficientes de armazenamento

56 Aquífero confinado S S e S dependem dos coeficientes de compressibilidade da água ( ) e da estrutura de sedimento que compõe o meio poroso ( ) S S = g. ( + ) S = S S. b β para a faixa de temperaturas de água subterrâneas usualmente encontradas constante e igual a 4,4 x m 2 /N Propriedades Hidrogeológicas

57 Coeficiente de Armazenamento (S) Volume de água liberado por uma unidade de área do aqüífero quando a linha piezométrica abaixa 1m 1m a) freáticos aqüiclude 1m A=1m 2 aqüífero Nível da água A=1m 2 Superfície potenciométrica b) confinado S = S s. b Propriedades Hidrogeológicas

58 Exercício Na figura, dois aquíferos estão superpostos, sendo que o aquífero 1 é livre, formado por areias limpas e com coeficientes de porosidade iguais a: Porosidade total = 30% Porosidade eficaz ou efetiva e = 20% Calcular o volume total de água armazenada no aquífero 1 e o volume total de água extraível por bombeamento deste aquífero

59 Exercício Aquífero livre Se = 30%, significa que, no volume total saturado V t, 30% é composto por água V t = = 10 9 m 3 V água = 0, = m 3 Por outro lado, se e = 20%, significa que, em V t, 20% é composto por Água que pode ser drenada por gravidade V d = 0, = m 3 Vol. retido após drenagem por gravidade: V r = V água - V d = 10 8 m 3 Este volume retido representa a capacidade de campo Observe que V r /V t = 10 8 / 10 9 m 3 / m 3 = 0,1 = 0,3 – 0,2 = – e

60 Através de um poço de bombeamento, retirou-se vazão constante Q = 100 m 3 /h. Observou-se o rebaixamento do nível da água com 2 poços de observação a 50 e 100m do primeiro. Inicialmente a superfície piezométrica estava na cota 100m; após 20 horas de bombeamento as cotas nos poços de observação estabilizaram nas cotas 99,3 e 99,8m. Admitindo que o cone de depressão pode ser expresso por uma função exponencial, determine S. s = s 0. a -r Exercício

61 Durante 20 horas, foram bombeados 100 m 3 /h. 20 h = m 3 Volume dV = dA. s = 2.. r. s dr da equação s = s 0. a -r : Volume rebaixado Os valores dos coeficientes a e s 0 são obtidos com os pontos (s,r): (0,70m, 50,0m) e (0,20m, 100,0m) a = 1,025 e s 0 = 24,1m Assim, V = m 3 S = m 3 / m 3 = 0,158

62 Propriedades Hidrogeológicas Condutividade Hidráulica K medida da habilidade de um aqüífero conduzir água através do meio poroso; é expressa em m/dia, m/s, mm/h [K = v/(dh/dx)]. Condutividade Hidráulica é a não resistência ao fluxo, por exemplo: Na areia a velocidade do fluxo é maior, então K é maior Na argila a velocidade do fluxo é menor, então o K é menor

63 Propriedades Hidrogeológicas Trasmissividade T taxa volumétrica de fluxo através de uma secção de espessura b T = K. b Onde: T é a coeficiente de transmissividade (m 2 /s) K é a condutividade hidráulica (m/dia; m/s); b é a espessura do aqüífero confinado (m). b

64 Lei de Darcy Hipóteses: escoamento permanente (Q = constante) meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e mesmas propriedades nas três direções K x = K y = K z = K s = K K Q Q L H

65 Lei de Darcy Perda de carga = decréscimo na carga hidráulica pela dissipação de energia devida ao atrito no meio poroso. O sinal negativo denota que a carga diminui a medida que x aumenta A Lei de Darcy rege o escoamento da água nos solos saturados e é representada pela seguinte equação: Onde: V = velocidade da água através do meio poroso; K = condutividade hidráulica saturada dh = variação de Carga Piezométrica dx = variação de comprimento na direção do fluxo dh/dx = perda de carga

66 Q = fluxo de água (m 3 /s) A = área (m 2 ) H = carga (m) L = distância (m) K = condutividade hidráulica (m/s) Lei de Darcy

67 Q Nível constante L ΔhΔh h 1 = carga hidráulica no piezômetro 1 [L] h 2 = carga hidráulica no piezômetro 2 [L] Z 1 = carga hidráulica no piezômetro 1 [L] Z 2 = carga hidráulica no piezômetro 2 [L] Q = vazão constante que passa pelo cilindro [L 3 T -1 ] A = área da seção transversal do cilindro[L 2 ] Δh = variação de carga hidráulica entre os piezômetros 1 e 2 [L] L = distância entre os piezômetros 1 e 2 [L] K = coeficiente de proporcionalidade, chamado de condutividade hidráulica [L/T] Lei de Darcy

68 A= l. h v = k. dh/dx Q = v. A Q = (k. dh/dx). (l. h) Q = k. l. h. dh/dx Integrando: l Qh1h1 h h2h2 L ΔhΔh As cargas h 1 e h 2 são avaliadas através de piezômetros Q = k. l. (h h 2 2 )/(2. L) Lei de Darcy (Aquífero Livre)

69 Algumas Definições Importantes Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso) Para o aquífero livre (ou freático): Nível Freático ou Nível de Água (NA): Altura da água de um aquífero não-confinado, freático ou livre medida num poço de observação. Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível de água no aquífero freático.

70 1. Calcule a vazão no aqüífero livre. Dados: K= 1 x m/s e I = 10m 12 L= 780m 15m18m Impermeável Datum 10m7m Exercício Q = k. l. (h h 2 2 )/(2. L) h 1 = 10m h 2 = 7m Q = 0,00032 m 3 /s

71 Q = V. A Q =[ K. dh/dx]. A Como: A = l. b, então: Q = K. l. b. dh/dx Integrando: As cargas h 1 e h 2 são avaliadas através de manômetros l Q h1h1 h2h2 L ΔhΔh b Q = k. l. b. (h 1 - h 2 )/L Lei de Darcy (Aquífero Confinado)

72 Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso). Para o Aquífero Confinado: Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica: Altura da água de um aquífero confinado medida num piezômetro em relação ao fundo do aqüífero (z + P/ ). Superfície Piezométrica: Superfície cujos pontos estão em elevação igual à altura piezométrica Algumas Definições Importantes

73 2. Calcule a vazão no aqüífero confinado. Dados: K= 1 x m/s l = 10m Impermeável Datum 12 L= 780m 10m 13m 5m Exercício Q = k. l. b. (h 1 - h 2 )/L h 1 - h 2 = 3m b = 5m Q = 0,0019 m 3 /s

74 Propriedades Hidrogeológicas de aquíferos nacionais

75 Bacia sedimentar do Paraná grande volume armazenado formação Botucatu é o principal aquífero K entre 0,03 a 0,10 m/h T entre 12 e 40 m 2 /h S entre e 10 -5

76 Aquíferos em Maceió RMM domínio fraturado ocorrência na parte oeste e noroeste da RMM nos municípios de Messias, rio Largo e Pilar Sistema Aqüífero Fissural 1.Produtividade baixa Q média de 3,985 m 3 /h e Q específica média inferior a 0,380 m 3 /h/m; 2.A qualidade físico-química da água em geral é muito boa; 3.caráter anisotrópico não permite uma definição local da superfície potenciométrica área de ocorrência dela é controlada pela topografia e localmente orienta-se segundo os vales das drenagens superficiais; 4.nível estático médio de 5,78 metros, com profundidades que variam entre 0,36 e 33 metros; 5.Alimentação realizada por infiltração direta da chuva, por contribuição das águas acumuladas nas coberturas inconsolidadas, e por infiltração a partir da rede de drenagem superficial; 6.Saídas evapotranspiração (principal natural), pequenos córregos e as descargas de base após os períodos de chuva. Artificial poços tubulares existentes.

77 Aquíferos em Maceió O domínio intersticial ou poroso é composto pelos Sistemas Aqüíferos da Bacia de Alagoas, Formação Barreiras e Sedimentos de Praia e Aluvião. Bacia de Alagoas: Coqueiro Seco, com baixa potencialidade com transmissividade média de 6,7 x m 2 /s; Maceió, com valores predominantemente baixos de T média de 2,7 x m 2 /s e condutividade hidráulica (K) média de 5,0 x m/s; Poção, com baixa potencialidade com T média de 1,116 x m 2 /s; Marituba, com média a baixa potencialidade, com T = 2,0 x m 2 /s e K = 4,0 x m/s. Recarga do Sistema Aqüífero Marituba é exclusivamente por percolação vertical, através da Formação Barreiras e dos Sedimentos de Praia e Aluvião

78 Aquíferos em Maceió O domínio intersticial ou poroso é composto pelos Sistemas Aqüíferos da Bacia de Alagoas, Formação Barreiras e Sedimentos de Praia e Aluvião. Formação Barreiras: sistema de potencial médio Apresenta níveis de K elevada (10 -3 m/s) e níveis muito menos permeáveis (10 -8 m/s). T = 4,7 x 10-3 m 2 /s, K = 1,3 x m/s e S = 2,9 x as águas são consideradas doces, não apresentando problemas de potabilidade a nível regional e predominando o tipo cloretada sódica. Aqüíferos Barreiras e Marituba em amplas áreas em estado de comunicação permanente único sistema hidráulico Sistema Aqüífero Barreiras – Marituba Sedimentos de Praia e Aluvião: baixa potencialidade, grande variação dos parâmetros hidrodinâmicos

79 Cavalcante et al (1992) aqüífero Barreiras isolado apresentou apenas 57,4% das transmissividades acima de 36 m 2 /h 18% dos poços testados com transmissividade inferior a 0,36 m 2 /h INTERVALO DE T (m 2 /s) Aqüífero ou Sistema Aqüífero* BARBAR/PIAmtBAR/MURCS < ,60 2,04 0, – ,40 4,08 8,71100, – ,60 8,1630,43 0, – ,9071,4330,43 0,0 > ,5014,2930,43 0,0 Quadro 4.1/1 – Correlação Transmissividade x Aqüífero No trabalho original esse título foi designado apenas como Formações Geológicas; BAR = Barreiras; PIAmt = Piaçabuçu membro Marituba; MUR = Muribeca; CS = Coqueiro Seco Fonte: Plano Diretor Paraíba, Sumaúma e Remédios

80 Propriedades Hidrogeológicas de aquíferos nacionais

81

82


Carregar ppt "Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr. Prof. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves"

Apresentações semelhantes


Anúncios Google