introdução às águas subterrâneas

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