Aula hidráulica de poços

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Águas Subterrâneas e hidráulica de poços
Águas subterrâneas
Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona saturada do solo é dita subterrânea
zona saturada
Em geral, exige menos tratamento antes do consumo do que a água superficial, em função de uma qualidade inicial melhor.
Em regiões áridas e semi-áridas pode ser o único recurso disponível para
consumo.
Percolação
abastecimento dos aqüíferos (mantém vazão dos rios durante as estiagens);
Redução do escoamento superficial: cheias, erosão
É a passagem de água da zona não-saturada (zona de aeração) para
a zona saturada
Qualidade das águas subterrâneas
Durante o percurso no qual a água percola entre os poros do subsolo e das rochas, ocorre a depuração da mesma através de uma série 'de processos físico-químicos e bacteriológicos, tais como: 
troca iônica
remoção de sólidos em suspensão
neutralização de pH em meio poroso
eliminação de microorganismos devido à ausência de nutrientes e oxigênio que os viabilizem
Ou seja, as águas subterrâneas são filtradas e purificadas naturalmente no processo de percolação
Uso das águas subterrâneas
A exploração de água subterrânea está condicionada a fatores quantitativos, qualitativos e econômicos:
Quantidade: intimamente ligada à condutividade hidráulica e ao coeficiente de armazenamento dos terrenos
Qualidade: influenciada pela composição das rochas e condições climáticas e de renovação das águas
Econômico: depende da profundidade do aqüífero e das condições de bombeamento.
Principais Aquíferos
Formação
Barreiras
O Aquífero Guarani
O Aquífero Guarani é a maior reserva subterrânea de água doce do mundo, sendo também um dos maiores em todas as categorias
Volume de aproximadamente 55 mil km³ e profundidade máxima por volta de 1.800 m, com uma capacidade de recarregamento de aproximadamente 166 km³ ao ano por precipitação
É dito que esta vasta reserva subterrânea pode fornecer água potável ao mundo por duzentos anos
O Aquífero Guarani
No Brasil, o aquífero guarani integra o território de oito estados:
Mato Grosso do Sul
213 200km²
Rio Grande do Sul
157 600km²
São Paulo
155 800km²
Paraná
131 300km²
Goiás
55 000 km²
Minas Gerais
51 300 km²
Santa Catarina
49 200 km²
Mato Grosso
26 400km²
AQUÍFEROS E TIPOS DE POROSIDADE
É aquele formado por rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados ou solos arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada
Aquífero poroso ou sedimentar
Formado por rochas ígneas, metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas, abertas devido ao movimento tectônico
Ex.: basalto, granitos, gabros, filões de quartzo, etc.. Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora
Aquífero fraturado ou fissural
Formado em rochas calcáreas ou carbonáticas, onde a circulação da água se faz nas fraturas e outras descontinuidades (diáclases) que resultaram da dissolução do carbonato pela água. Essas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando, nesse caso, verdadeiros rios subterrâneos
 Aquífero cárstico (Karst)
 Aquífero cárstico (Karst)
Tipos de aquíferos
Livres  São aqueles cujo o topo é demarcado pelo nível freático, estando em contato com a atmosfera. Normalmente ocorrem a profundidades de alguns metros a poucas dezenas de metros da superfície
Confinados  ocorre quando um estrato permeável (aquífero) está confinado entre duas unidades pouco permeáveis (aquiclude) ou impermeáveis
Funções dos aquíferos
Produção: consumo humano, industrial ou irrigação
Estocagem e regularização: estocar excedentes de água que ocorrem durante as enchentes dos rios
Filtro: corresponde à utilização da capacidade filtrante e de depuração bio-geoquímica do maciço natural permeável
Transporte: é utilizado como um sistema de transporte de água entre zonas de recarga artificial ou natural e áreas de extração excessiva
Estratégica: o gerenciamento integrado das águas subterrâneas
Energética: aquecimento pelo gradiente geotermal como fonte de energia elétrica ou termal
Mantenedora: mantém o fluxo de base dos rios
Qual são os impactos sobre os aquíferos?
Os Impactos Ambientais diferenciam em sua causa e efeito
Fontes de poluição
QUAIS SÃO OS IMPACTOS?
Contaminação por agrotóxicos em solos que não favorece a degradação do agentes químicos, principalmente na zona de recarga dos aqüíferos
Superexploração de aquiferos, que é a exploração da água subterrânea que ultrapassa os limites de produção das reservas reguladoras ou ativas do aqüífero, iniciando um processo de rebaixamento do nível potenciométrico do mesmo
Subsidência de solos – movimento para baixo ou afundamento do solo causado pela perda de suporte subjacente, que leva ao colapso das construções civis
Avanço da cunha salina – avanço da água do mar em superfície , sobre a água doce salinizando o aquífero
Os aquíferos costeiros fluem quase sempre para o mar, em gradiente variável
Impactos Ambientais sobre os aquíferos
Impactos Ambientais sobre os aquíferos
Porosidade   razão entre o volume de vazios e o volume total
Depende da forma, do grau de compactação e da distribuição do tamanho das partículas
Material
Intervalo
Média
Limite inferior
Limite superior
Argila
0,34
0,57
0,42
Silte
0,34
0,61
0,46
Areia fina
0,26
0,53
0,43
Areia grossa
0,31
0,46
0,39
Cascalho fino
0,25
0,38
0,34
Cascalhogrosso
0,24
0,36
0,28
Propriedades Hidrogeológicas
Umidade ou retenção ou conteúdo volumétrico
 da água   razão entre o volume de água e o volume total; para condições saturadas, todos os vazios estão preenchidos com água e, portanto, a umidade é dita saturada e se aproxima do valor da porosidade:
Varia de zero (meio poroso completamente seco) até o valor máximo (porosidade)  curva de retenção
Propriedades Hidrogeológicas
Armazenabilidade  coeficientes de armazenamento
Aquífero freático
 porosidade efetiva ou eficaz ou produção específica ou ainda capacidade específica (ηe) volume drenável por gravidade / volume total
 porosidade aparente ou coeficiente de armazenamento (S)  volume retirado / redução de volume devido ao rebaixamento
Propriedades Hidrogeológicas
Porosidade efetiva (ηe)
Onde:
ηe = porosidade efetiva
VD = volume de água drenada por gravidade
Vt = volume total
1 m
1 m
1 m
0,1 m
Nível de saturação inicial
Nível de saturação final
Volume drenado
Propriedades Hidrogeológicas
Q
Vb
Vb = Q.t
Vb  volume
bombeado no tempo t
Vr
Vr  volume rebaixado por
causa do bombeamento
Aquífero freático  porosidade aparente ou coeficiente de
armazenamento (S)
Propriedades Hidrogeológicas
S = Vb / Vr
Propriedades Hidrogeológicas
Aquífero confinado
 Armazenamento específico ou armazenabilidade específica (SS)  volume retirado por unidade de volume do aquífero, resultante do decréscimo de carga piezométrica de 1 m.c.a.
 Coeficiente de armazenamento (S)  semelhante ao anterior  aquífero de área unitária e espessura constante b
Armazenabilidade  coeficientes de armazenamento
Propriedades Hidrogeológicas
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
Propriedades Hidrogeológicas
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
A= l .h
v = k . dh/dx
Q = v. A 
Q = (k.dh/dx).(l.h)
Q = k.l.h.dh/dx
Integrando:
l
Q
h1h
h2
L
Δh
As cargas h1 e h2 são avaliadas através de piezômetros

Q = k.l.(h12 - h22)/(2.L)
Lei de Darcy (Aquífero Livre)
Algumas Definições Importantes
Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso)
Para o aquífero livre (ou freático):
Nível Freático ou Nível de Água (NA): Altura da água de um aquífero não-confinado, freático ou livre medida num poço de observação.
Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível de água no aquífero freático.
Calcule a vazão no aqüífero livre. 
 Dados: K= 1 x 10-3 m/s e
 I = 10m
1
2
L= 780m
15m
18m
Impermeável
Datum
10m
7m
Exercício
Q = k.l.(h12 - h22)/(2.L)
h1 = 10m
h2 = 7m
Q = 0,00032 m3/s
 
Q = V . A
Q =[ K . dh/dx] . A
Como: A = l . b , então:
Q = K . l . b . dh/dx
Integrando:
As cargas h1 e h2 são avaliadas através de manômetros
l
Q
h1
h2
L
Δh
b

Q = k.l.b.(h1 - h2)/L
Lei de Darcy (Aquífero Confinado)
Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso).
Para o Aquífero Confinado:
Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica: Altura da água de um aquífero confinado medida num piezômetro em relação ao fundo do aqüífero (z + P/).
Superfície Piezométrica: Superfície cujos pontos estão em elevação igual à altura piezométrica
Algumas Definições Importantes
Calcule a vazão no aqüífero confinado.
 Dados: K= 1 x 10-3 m/s 
 l = 10m
Impermeável
Datum
1
2
L= 780m
10m
13m
5m
Exercício
Q = k.l.b.(h1- h2)/L
h1 - h2 = 3m
b = 5m
Q = 0,0019 m3/s
thypha sp