introdução às águas subterrâneas
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Águas Subterrâneasconceitos e métodos
L í Rib iLuís Ribeiro
As águas subterrâneas são um recurso naturalimprescindível para a vida e para a integridade dosecossistemas representando mais de 9595%% das reservasecossistemas, representando mais de 9595%% das reservasde água doce exploráveis do globo.
A água subterrânea resulta da infiltração da água que provémA água subterrânea resulta da infiltração da água que provémda precipitação e da alimentação directa dos rios e lagos.
Furo
Furo artesianorepuxante
Rio Sumidouro
Área de recarga
Lago
Nível
artesiano
Nívelfreático
Nascentecársica
Nívelpiezométrico
Onde ocorre a água subterrâneaOnde ocorre a água subterrânea
Tempos de circulação
Definições ç• Aquífero – formação geológica que contêm água e
a pode ceder em quantidades economicamentea pode ceder em quantidades economicamente aproveitáveis.
• Aquitardo - formação geológica que contêm água• Aquitardo - formação geológica que contêm água mas a transmite água muito lentamente, não sendo por isso economicamente explorável.p p
• Aquicludo - formação geológica que embora contenha água não permite a sua circulação.
A LEI DE DARCY
Q/A = - K ∆h / ∆ l
q = - K i
Lei macroscópica
Validade da Lei de Darcy
Re – número de Reynolds
q = K im
CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E PERMEABILIDADE
• K – condutividade hidráulica – [ LT-1]
K = k ( ρ g / µ )
k - permeabilidade [L2]
k = C d2
Nível piezométricoNível piezométrico
datum
h = ψ + z [ L ]A pressão do fluido num ponto P é igual a P = P0 + ρ g ψ
Nível freático separa a a zona não saturada da zona saturada
Water table = nível freáticoWater table = nível freático
Zona não saturada (ou vadosa)Zona não saturada (ou vadosa)
Poros parcialmente ocupados com água
A pressão do fluido é menor que a pressãoatmosférica ; Ψ < 0;
K e θ são função de ψ
Furos artesianos e furos artesianos repuxantesFuros artesianos e furos artesianos repuxantes
Aquíferos livres e confinadosAquíferos livres e confinados
Iso-piezométricasIso piezométricas
POROSIDADEPOROSIDADE
• Razão entre os volume de vazios e o volume totalRazão entre os volume de vazios e o volume total da rocha. { % }
• Porosidade primária – meio rochoso não alteradop• Porosidade secundária – meio rochoso alterado
• Porosidade efectiva – razão entre o volume de poros disponível para a circulação da água e o p p p ç gvolume total da amostra
Porosidade em vários meios rochosos
Porosidade e escala de observação
VER – Volume Elementar Representativo
Valores de K e θ
θθ
Heterogeneidade
Condutividade hidráulica apresenta quase sempre uma distribuição lognormal
Hi d l d K d íf d T V d
Histogram: ceK-S d=.18063, p<.20 ; Lilliefors p<.01
Expected Normal16
Histograma de valores de K do aquífero de Torres Vedras
8
10
12
14
No.
of o
bs.
-1 0 1 1 2 2 3 3 4 40
2
4
6
N
X <= Category Boundary
Deve utilizar-se a média geométrica dos valores de K e trabalhar sobre os valores de log K
Propagação da pluma de poluição
I fl ê i d i bilid d d d i id d hid á liInfluência da variabilidade da condutividade hidráulica
K é um tensorK é um tensor
9 componentesp
3 componentes, d di õsegundo as direcções
principais
Heterogeneidade vs Anisotropiae e oge e d de vs so opKz
Kx
∑∑= ii
x mmK
K ∑∑= i
z Kmm
K/∑ im ∑ ii Km /
mi – espessura da camada i
Lei de Darcy a 3Dy
Transmissividade
• É o produto da condutividade hidráulica pela espessura saturada do aquíferop p q
• T = K x b [L2T-1]• T = K x bsat [L2T 1]
Num aquífero não confinado --- bsat = h – cota da base do aquífero
Num aquífero confinado -------- bsat = espessura do aquíferoNum aquífero confinado bsat espessura do aquífero
Coeficiente do armazenamento
• É a razão entre o volume da água cedido por uma coluna de aquífero de secção unitária, sob a acção de uma descida de nível piezométrico e o valor dessa descidade nível piezométrico e o valor dessa descida.
• Depende dos coeficientes de compressibilidade da água β d h α d id d θe da rocha α e da porosidade θ.
• S = ρ g (α + β θ) bsat [adim.]
S = {ρ g α } + {ρ g β θ } x bsat
Compactação do meio rochoso Expansão da água
Valores de referênciaValores de referência para aquíferos confinados
• T > 0.015 m2/s
• S entre 0.005 e 0.00005S entre 0.005 e 0.00005
Em aquíferos não confinados T é função de h=h (x,y,z,t)e S ≈ θ
DRENÂNCIA(leakage)
• Fenómeno de troca de água entre 2• Fenómeno de troca de água entre 2 aquíferos através de um aquitardo, ou entre um rio e um aquífero através da camadaum rio e um aquífero através da camada geológica que constitui o leito do rio
Medidas de drenância
• Parâmetro de drenância – Pd = Kaquit / baquit ---- [T-1]
• Resistência hidráulica do aquitardo – Rh = 1/ Pd --- [ T ]
• Factor de drenância – B = ( Rh x Taquif ) ½ ----- [ L ]
Caudal de drenância entre aquíferos através de um aquitardo
Q• Qdren = Pd X ( h1 – h2 ) x area
1 – aquifero não confinado ; 2 – aquífero confinado; 3 - aquitardo
h1h2
h1
h2
h21 1
3 3
2 2
h1 > h2 h1 < h2
Drenância como mecanismo do escoamento à escala regional
Caudal de drenância entre rio e aquíferoq
• Qdren = Pd X ( h1 – h2 ) x areaQ ( )
h1 – nível do rio h2 – nível freático
SISTEMA AQUÍFERO DE QUERENÇA- SILVES L li ã d t d ib i ã I fl t Efl tLocalização dos sectores onde as ribeiras são Influentes e Efluentes
Resultado obtido comparando potenciais hidráulicos calculados por modelo numérico com a cotano leito das ribeiras.
0m 5000m 10000m
AradeAlcantarilha
Quarteira
Balanços de água subterrânea num VERBalanços de água subterrânea num VER
Equações de escoamentoEquações de escoamento
Regime permanente
Regime transitório