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UFSCENS 5115 - Hidrogeologia

Mecânica dos Poços e Hidroquímica da Água

Aula 4 - 28/08/2009

Coeficiente de armazenamento

Parâmetro hidrogeológico adimensional que corresponde aovolume de água liberado por uma coluna de aqüífero de alturaigual à sua espessura e secção unitária, ao diminuir a cargahidráulica (nível piezómetrico) de uma unidade.

Coeficiente de Armazenamento• O coeficiente de armazenamento (S) é definido como o

volume de água que um aqüífero libera ou armazena por unidade de área superficial do aqüífero e porpor unidade de área superficial do aqüífero e por unidade de variação em carga. O coeficiente de armazenamento é adimensional:

hAVSΔ

=V – volume de água drenada (L3)

A – área (L2)

Δh = variação da carga hidráulica

•O coeficiente de armazenamento da maioria dos aqüíferos confinados varia entre 10-5 a 10-3. Num aqüífero não confinado, o coeficiente de armazenamento é varia entre 0,02 e 0,3.

Análise de fluxo para poços em meios homogêneos

Poços de água subterrânea são usados para extraçãode água para abastecimento doméstico, municipal,industrial e da agricultura Podem ser utilizados paraindustrial e da agricultura. Podem ser utilizados paracontrole da intrusão salina, remoção de poluentes deaqüíferos, rebaixamento do lençol freático para execuçãode projetos, etc.

Através de métodos de análise de fluxo é possíveldeterminar os principais parâmetros hidráulicos dosp p psistemas de fluxo subterrâneo.

Os métodos de análise de fluxo para poços sãoescolhidos em função do tipo de aqüífero e do regime debombeamento.

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Tipo de aqüífero e do regime de bombeamento x Testes de bombeamento

Regime Aqüíferos ConfinadosAqüíferos Livres

Não Drenante Drenante

Estacionário Thiem De GleeHantush/Jacob

Dupuit & Forchheimer

Transiente TheisJ b

WaltonH h

Hantush & JacobB l & P i kTransiente Jacob Hantush Boulton & Pricket

Feitosa et al., 1997

Feitosa et al., 1997

Drenança - Entrada ou saída de um fluxo de água de um aqüífero, através de uma formação semi-permeável.

• REGIME ESTACIONÁRIO OU PERMANENTE - Regimeonde se verifica que o nível piezométrico permaneceinvariável ou praticamente invariável.

• REGIME TRANSIENTE, TRANSITÓRIO OU VARIÁVEL– Os parâmetros físicos do aqüífero (condutividadehidráulica, coeficiente de armazenamento) sãoconsiderados estáticos as condições de fronteira queconsiderados estáticos, as condições de fronteira, quedefinem as entradas e saídas do sistema (extrações erecarga) sofrem grandes variações ao longo do tempo,interferindo no nível piezométrico.

Tipo de aqüífero e do regime de bombeamento x Testes de bombeamento

RegimeAqüíferos Confinados

Aqüíferos LivresNão Drenante Drenante

Estacionário ThiemDe GleeHantush/Jacob

Dupuit & Forchheimer

Transiente TheisJacob

WaltonHantush

Hantush & JacobBoulton & PricketFeitosa et al., 1997

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Teste de BombeamentoTipos de Testes: Os testesde bombeamento podemser divididos em testes deaqüífero e teste de

d ãprodução.

Testes de Aqüífero –Determinar T, S e K;Testes de Produção –Perdas de Carga.

Além desses, também são tili ados para o est do deutilizados para o estudo de

aqüíferos os testes de injeção (Slug Tests), que são testes de aqüífero onde uma mudança instantânea é provocada.

Testes de BombeamentoTipos de Testes: Os testes de bombeamento podem serclassificados em testes de aqüífero e testes de produção.

Testes de AqüíferoTestes de AqüíferoBombeamento a Q constanteque tem por finalidadedeterminar T, S e K.

A evolução do rebaixamentoproduzido é observado por umpoço situado a uma distância r

l d b b dqualquer do poço bombeado.

Testes de ProduçãoBombeamento que tem porfinalidade a determinação davazão de explotação e asperdas de carga totais.

Equação de TheisDe modo geral, nos estudos de fluxo para poços, sãoempregados modelos de fluxo radial, bidimensional. A soluçãoda equação diferencial geral do fluxo subterrâneo é:

duue

TQhhs

u

u

or ∫∞ −

=−=π4

TtSru A

4

2

=

SA – coeficiente de armazenamento (adimensional)

T – transmissividade (L2/T)

Q – vazão de bombeamento (L3/T)

t – tempo (T))(uW

r – distância do poço bombeado ao poço de observação (L)

u – função auxiliar

sr – rebaixamento

W(u) – função poço

Theis desenvolveu a primeiraequação para incluir o tempo debombeamento como um fator quepoderia ser utilizado para analisaro efeito das retiradas de um poço.

Equação de Theis2

4rTtuSA =

TuQWhho π4

)(=−

SA – coeficiente de armazenamento (adimensional)

T – transmissividade (L2/T)

Q – vazão de bombeamento (L3/T)

sr – rebaixamento a uma distância r do poço bombeado (L)

rsuQWT

π4)(

=

t – tempo (T)

r – distância do poço bombeado ao poço de observação (L)

W(u) – função de poço de u

u – função auxiliar

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Desvantagens dos testes de bombeamento: gastoscom construção e ou funcionamento de poços debombeamento e observação envolvendo recursosfinanceiros, tempo e pessoal.

Situações específicas como bombeamento emaqüíferos contaminados ou com característicasaqüíferos contaminados ou com característicashidrogeológicas desfavoráveis podem representardificuldades adicionais.

Como uma alternativa aos testes de bombeamento o Slug Teste o Bail-Down Test podem ser realizados em poços demonitoramento de pequeno diâmetro.

Estes testes podem ser realizados para determinar osparâmetros hidráulicos da formação nas vizinhanças do poçoparâmetros hidráulicos da formação nas vizinhanças do poçode monitoramento.

Consistem em elevar ou rebaixar rapidamente um volume deágua no poço (testes Slug e Bail-Down, respectivamente),procedendo-se em seguida a medição e análise da taxa comque este volume é drenado através do aqüífero.

T t d b b t t ã d tTestes de bombeamento possuem uma extensão de centenasde metros, o teste “Slug” apenas alguns metros.

Slug Test- Introdução ou retirada de um corpo de volumeconhecido (tarugo) causando a elevação (slug test)ou queda (bail test) instantânea do nível de águaou queda (bail test) instantânea do nível de água.- É o teste mais usado para a determinação dacondutividade hidráulica no mundo.- O corpo de volume é um cilindro fechado, maisdenso que a água.

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Slug Test• Criação instantânea de diferença hidráulica pela introdução ou retirada do

cilindro no poço;

• O nível da água é medido ao longo do tempo;

• A altura que a água atinge logo após a decida do tarugo é o h0. A alturasseguintes medidas em um tempo t é h;

Os dados são plotadoscom a razão h/h0 emfunção do tempo empapel semi-log resultadouma linha reta;

Poços com altaçpermeabilidaderecuperam a estabilidadeem até 30 segundos; jáos piezômetros de baixapermeabilidade podemlevar de horas a diaspara se recuperar.

Técnicas de interpretação do Teste Slug

Hvorslev (1951) mais utilizadaHvorslev (1951) – mais utilizada

Bouwer & Rice (1976)

Cooper Bredehoeft PapadopoulosCooper-Bredehoeft-Papadopoulos(1967)

Método de Hvorslev (1951)

• Aqüífero: confinado e livre, extensão qpraticamente infinita,

homogêneo, isotrópico, espessura uniforme,

Baixa declividade (baixo gradienteBaixa declividade (baixo gradiente hidráulico).

Teste do piezômetro de Hvorslev

(Le/R) > 8

oe

e

TLR

LrK

2

)ln(2

=

K – condutividade hidráulica

r –raio do piezômetro (ex=0,025 m)

R – raio do filtro (ex=0,05 m)

Le- comprimento do filtro (ex= 3m)

To- tempo necessário para o nível da água subir ou descer 37% da mudança inicial

6

scmxsmxTL

RLr

Koe

e

/1037,2/1037,28,1)3(2

)05,0/3ln()025,0(2

)ln(24

22−− ====

Hidroquímica Ramo da hidrogeologia que trata dacaracterização e migração das substânciasquímica presentes nas águas subterrâneasquímica presentes nas águas subterrâneas.

A qualidade da água é definida por suacomposição e pelo conhecimento dos efeitosque podem causar os seus constituintes.

Classificação do tipo de água•É feita com base nas espécies mais abundantes – Na+,Ca2+, K+, Mg2+, SO4

2-, Cl-, HCO3- e CO3

2- que representammais de 90% dos sólidos dissolvidos em águassubterrâneas;subterrâneas;

•Como é classificada?

•A água pode ter tipologiaúnica (cloretada, sódica,carbonatada) ou ter

Classificação Hidrogeoquímica

carbonatada) ou tertipologia mista .•A soma dos cátions deveser equivalente à somados ânions.

Representação dos Resultados das análises químicas

Diagrama de PiperDiagrama de Piper

O diagrama de Piper é utilizado quando o número deanálises químicas da água é elevado. Serve paraclassificar e comparar distintos tipos de águas quanto aosíons dominantes: Cl- (cloretada), Na+ (sódica), CO32-(carbonatada), Mg2+ (magnesiana), etc.(carbonatada), Mg (magnesiana), etc.

Para plotar no diagrama, transforma-se os valores decada íon expressos em meq/L, em percentagem do totalde ânions e do total de cátions separadamente.

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Medição dos íons e transformação de unidades para utilização do diagrama

A medição dos íons é feita em mg/L dos compostos eA medição dos íons é feita em mg/L dos compostos etransformadas em unidades de miliequivalentes por litro(meq/L);Para a construção do diagrama de Piper é necessárioque se faça a transformação das unidades deconcentração mg/L para meq/L.Isto pode ser efetuado multiplicando-se a concentraçãoIsto pode ser efetuado multiplicando se a concentraçãoda espécie iônica de interesse pela valência do íon e,em seguida, dividindo-se o produto da multiplicaçãopelo peso molecular do íon.

Medição dos íons e transformação de unidades para utilização do diagrama

lê i

Ca²⁺

Mg²⁺ 50%

molecularpesovalênciaLmgLmeq_

*]/[/ =

Na⁺+K⁺

CO₃²ˉ+HCO₃ˉ

SO₄²ˉ

Clˉ

50%

Diagrama de Piper

Converter unidades dos íons maiores em meq/LCalcular % de cada cátion e ânionCalcular % de cada cátion e ânion

Plotar cátions e ânions nos diagramas ternários

Percentual:Cátions: Sódio=10/20=50%

Magnésio e Cálcio=5/20=25%Ânions: Bicarbonato=10/20=50%

Cloreto e sulfato=5/20=25%Na + K = 50+ 0=50%

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Diagrama de Piper