Aluna de mestrado: Myrla de Souza Batista

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1 Aluna de mestrado: Myrla de Souza Batista
Universidade Federal de Campina Grande – UFCG DEC/CCT/UFCG – Pós-Graduação Área de concentração: Recursos Hídricos ESTÁGIO DOCÊNCIA Disciplina: Hidrologia Aplicada Águas Subterrâneas Aluna de mestrado: Myrla de Souza Batista

2 Águas Subterrâneas Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona saturada do solo, chamada de aqüífero, é dita subterrânea. Segundo Linsley, chama-se aqüífero a formação geológica que contém água e esta pode mover-se em quantidades suficientes para permitir um aproveitamento econômico. Aqüífero: Formação porosa (camada ou estrato) de rocha, areia capaz de armazenar e transmitir água através dos poros.

3 Águas Subterrâneas Os aqüíferos têm propriedades ligadas ao armazenamento de água no solo tais como a porosidade, a condutividade hidráulica, a umidade, etc. Chama-se porosidade efetiva a quantidade de água que pode drenar livremente de uma amostra saturada dividida pelo volume da amostra. O solo possui duas zonas distintas: a zona não saturada ou de aeração e a zona saturada

4 Origem das Águas Subterrâneas
Superfície do terreno Camada Impermeável Zona de aeração ou não saturada Zona saturada L. livre, com P = Patm  = saturado; K = Ks L. confinado, com P > Patm  = s; K = Ks Zona de transmissão Zona radicular Água do Solo  < s; K = K() Água Gravitacional  < saturado; K = K()  = umidade volumétrica; s = umidade na saturação ; Ks = condutividade na saturação

5 Lei de Darcy K H Q L Hipóteses: escoamento permanente (Q = constante)
meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e mesmas propriedades nas três direções – Kx = Ky = Kz = Ks = K) K Q L H

6 Lei de Darcy 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 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

7 Lei de Darcy 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.

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

9 Tipos de Aqüíferos Não-Confinado (Freáticos ou Livres): Aqüífero encerrado apenas por uma formação impermeável na parte de abaixo. A água num aqüífero livre é também dita lençol freático.. Confinado (Artesiano ou Cativo): Aqüífero encerrado entre formações impermeáveis ou quase impermeáveis. Ele está sob pressão maior do que a pressão atmosférica. A água num aqüífero confinado é também dita lençol artesiano.

10 Tipos de Aqüíferos

11 Aqüífero livre As cargas h1 e h2 são avaliadas através de piezômetros
A= l .h v = k . dh/dx Q = v. A Q = (k.dh/dx).(l.h) Q = k.l.h.dh/dx Integrando:  Q = k.l.(h12 - h22)/(L.2)

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

13 Exercício Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero livre. Dados: K= 1 x 10-3 m/s e l = 10m. 1 2 L= 780m 15m 18m Imper. Datum 10m 7m

14 Aqüífero confinado As cargas h1 e h2 são avaliadas através de manômetros l Q h1 h2 L Δh b Q = V. A Q =[ K . dh/dx] . A Como: A = l . b , então: Q = K . l . b dh/dx Integrando:  Q = k.l.b.(h1 - h2)/L

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

16 Algumas Propriedades Hidrogeologias
Trasmissividade T  taxa volumétrica de fluxo através de uma secção de espessura “b”. T = K . b Onde:T é a coeficiente de transmissividade (m2/s) K é a condutividade hidráulica (m/dia; m/s); b é a espessura do aqüífero confinado (m). b

17 Exercício Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero confinado. Dados: K= 1 x 10-3 m/s e l = 10m. Imper. Datum 1 2 L= 780m 10m 13m 5m

18 Hidráulica de Poços Poço é uma obra de engenharia regida por norma técnica destinada a captação de água do aqüífero; Quando iniciamos o bombeamento de um poço, ocorre um rebaixamento do nível da água do aqüífero, criando um gradiente hidráulico (uma diferença de pressão) entre este local e suas vizinhanças. Este gradiente provoca o fluxo de água do aqüífero para o poço, enquanto estiver sendo processado o bombeamento. A condição de exploração permanente (Q=cte) dá-se quando a vazão de exploração é igual a vazão do aqüífero para o poço; Se o bombeamento parar, o nível d’água retorna ao nível original (recuperação).

19 Hidráulica de Poços Ao nível em que se encontra a água dentro do poço quando este está sendo bombeado chamamos de nível dinâmico.

20 Hidráulica de Poços O rebaixamento do nível d’água possui a forma cônica, cujo eixo é o próprio poço. A formação deste cone responde à necessidade de a água fluir em direção ao poço para repor a que está sendo extraída. A forma do cone de depressão dependerá dos seguintes fatores: Do volume de água que está sendo bombeado: um mesmo poço apresentará cones de tamanhos diferentes em função do volume de água que está sendo extraída. Da permeabilidade do aqüífero: esta determinará a velocidade com que a água se movimenta para o poço.

21 Hidráulica de Poços A vazão que deve ser retirada do poço deve ser menor ou igual a vazão que chega ao poço, para que não ocorra uma depreciação até a exaustão do aqüífero. A estimativa da vazão de exploração através do poço é baseada na equação de Darcy considerando fluxo permanente (Q=cte). A equação de Darcy descreve o comportamento hidráulico dos poços, com base nas seguintes suposições: o poço é bombeado à taxa constante (Q = cte) o fluxo d’água para o poço é radial e uniforme (A = h.2..r) o poço penetra por toda a espessura do aqüífero; o aqüífero é homogêneo em todas as direções;

22 Hidráulica de Poços Aqüífero Livre Q = vazão
rp = raio do poço de produção r1 = distância ao poço de observação p1 r2 = distância ao pço de observação p2 h1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 Aqüífero Livre r2 r1 Q = cte rp Solo Linha Piezométrica Impermeável h1 h2 h r

23 Hidráulica de Poços Aqüífero Livre v = -K.dh/dr Q = v.A A = h.2..r
Logo: Q = (-K.dh/dr).(h.2..r) [Q/(K.2 )].dr/r = -h.dh integrando entre h1 e h2 quando r=r1 e r=r2 respectivamente, obtém-se Q = K. .(h12 – h22)/[ln(r1/r2)]

24 Hidráulica de Poços Aqüífero Confinado Q = vazão
rp = raio do poço de produção r1 = distância ao poço de observação p1 r2 = distância ao pço de observação p2 h1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 b = espessura da camada confinada Aqüífero Confinado r2 r1 Q = cte rp Solo Linha Piezométrica Impermeável h1 h2 b

25 Q = K. b.2..(h1 – h2)/[ln(r1/r2)]
Hidráulica de Poços Aqüífero Confinado v = -K.dh/dr Q = v.A A = b.2..r Logo: Q = -K.dh/dr (b.2..r) [Q./(K.2.b.)]dr/r = -dh integrando entre h1 e h2 quando r=r1 e r=r2 respectivamente, obtém-se Q = K. b.2..(h1 – h2)/[ln(r1/r2)]

26 Exercício: A vazão de produção de um poço em um aqüífero livre pode ser avaliada pela equação Q = K..(h12- h22)/[ln (r1/ r2)]. Com base nos seguintes dados Q = 63 l/s. As cargas de 3,6m e 60cm em poços de observação localizados a 120m e 12 m do eixo do poço produtor. Determinar a permeabilidade K no meio poroso. A vazão de produção de um poço em um aqüífero confinado pode ser avaliada pela equação Q = K.b.2..(h1- h2)/[ln (r1/r2)]. Calcule Q se as cargas são de 3,6m e 60cm em poços de observação localizados a 120m e 12 m do eixo do poço produtor e K do problema anterior. A espessura confinada é de 5m.

27 Boa semana e Bom estudo! Obrigada pela atenção!