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Águas Subterrâneas Aluna de mestrado: Myrla de Souza Batista Universidade Federal de Campina Grande – UFCG DEC/CCT/UFCG – Pós-Graduação Área de concentração:

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1 Águas Subterrâneas 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

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 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 Águas Subterrâneas

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

5 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) Lei de Darcy K Q Q L H

6 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 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

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 A= l.h v = k. dh/dx Aqüífero livre 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 )/(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 1.Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero livre. Dados: K= 1 x m/s e l = 10m. 12 L= 780m 15m18m Imper. Datum 10m7m Exercício

14 Q = V. A Q =[ K. dh/dx]. A Como: A = l. b, então: Q = K. l. b dh/dx Integrando: Aqüífero confinado 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

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 (m 2 /s) K é a condutividade hidráulica (m/dia; m/s); b é a espessura do aqüífero confinado (m). b

17 2.Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero confinado. Dados: K= 1 x m/s e l = 10m. Imper. Datum 12 L= 780m 10m13m 5m Exercício

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 dágua 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 dágua 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: 1.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. 2.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 dágua 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 Q = vazão r p = raio do poço de produção r 1 = distância ao poço de observação p 1 r 2 = distância ao pço de observação p 2 h 1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 Aqüífero Livre

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 h 1 e h 2 quando r=r 1 e r=r 2 respectivamente, obtém-se Q = K..(h 1 2 – h 2 2 )/[ln(r 1 /r 2 )]

24 Hidráulica de Poços Q = vazão r p = raio do poço de produção r 1 = distância ao poço de observação p 1 r 2 = distância ao pço de observação p 2 h 1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 b = espessura da camada confinada Aqüífero Confinado r2r2 r1r1 Q = cte rprp Solo Linha Piezométrica Impermeável h1h1 h2h2 b

25 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 h 1 e h 2 quando r=r 1 e r=r 2 respectivamente, obtém-se Q = K. b.2..(h 1 – h 2 )/[ln(r 1 /r 2 )]

26 3.A vazão de produção de um poço em um aqüífero livre pode ser avaliada pela equação Q = K..(h h 2 2 )/[ln (r 1 / r 2 )]. 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. 4.A vazão de produção de um poço em um aqüífero confinado pode ser avaliada pela equação Q = K.b.2..(h 1 - h 2 )/[ln (r 1 /r 2 )]. 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. Exercício:

27 Boa semana e Bom estudo! Obrigada pela atenção!


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