Curso de Especializao em Gerenciamento e Auditoria Ambiental

Curso de Especialização em Gerenciamento e Auditoria Ambiental Hidrologia e Qualidade da Água Prof. Eudes José Arantes Prof. Karina Querne de Carvalho

Ementa (Hidrologia) • • • Ciclo hidrológico, balanço hídrico, bacia hidrográfica e suas características fisiográficas, precipitação, interceptação, infiltração, evapotranspiração, escoamento superficial, águas subterrâneas e interrelações com águas superficiais, transporte de sedimentos, medição e interpretação de variáveis hidrológicas e sedimentométricas.

Ementa (Hidrologia) A ocorrência da água na natureza. Distribuição de água no planeta. Água como meio ecológico; Apresentar e discutir os conceitos e integração dos processos do ciclo hidrológico; • Caracterizar a bacia hidrográfica quanto as suas características geomorfológicas e seus recursos naturais clima, solo, cobertura vegetal e uso e ocupação; • Desenvolver atividades aplicadas com séries históricas (precipitação e escoamento) e analisar os resultados; • •

Ementa (Hidrologia) • Regionalização hidrológica, • eventos extremos (cheias e secas), • hidrologia estocástica, regularização de vazões e aplicações de técnicas de SIG, • otimização e modelagem computacional. • Impactos e medidas mitigadoras de atividades antrópicas sobre o ciclo hidrológico. • Apresentação de estudos de casos – hidrologia.

Bibliografia • Hidrologia para Engenharia e Ciências Ambientais W. Collischonn, F Dornelles • Hidrologia Aplicada Carlos Eduardo M. Tucci • Hidrologia – Ciência e Aplicação Carlos Eduardo M. Tucci – ABRH • Hidrologia Aplicada Carlos Eduardo M. Tucci • Engenharia Hidrológica ABRH • Hidrologia e Recursos Hídricos Antonio Marozzi Righetto

Definição • A Hidrologia é a ciência que trata da água da terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedade físicas e químicas, e suas reações como o meio ambiente, incluindo suas relações com a vida. (Def. Recomendada pelo United States Federal Council of Science and Technology, Committee for Scientific Hidrology, 1962).

Conceitos Básicos • Água / Recurso vital • Disponibilidade: – ponto diferentes de demanda Obras de Transportes (canais, dutos, bombeamento, etc) – Período diferentes de consumos Obras de reservação (reservatórios) • Necessidade de proteção contra as inundações. • Mantimento de vazão ecológica.

Conceitos Básicos • A atividade de planejamento de recursos hídricos tão antiga quanto a civilização. • Historicamente Uso Obras Caracteristica Atividades individuais básicos Beber, higiene pessoal, etc… Obras únicas p/ atender finalidade únicas Progresso Poluição, Tempo Uso coletivos Afastamento e diluição dos produtos e sua atividades, irrigação, industria, geração de energia elétrica… Obras para aproveitamento múltiplos Elevação do Padrão de vida Usos Múltiplos: Conflitos Obras de vulto de grande repercução, grande investimentos de capital Sistema de aproveitamento múltiplos

Conceitos Básicos • Dificuldades: incerteza envolvidas (aleatoriedade) – Probabilidade => Hidrologia não é uma ciência exata • Hidrologia – Abordagem • física: fenômenos físicos • probabilística: pressupõe que as variáveis são aleatórias Necessário ao planejamento do sistema

Ciclo Hidrológico

CICLO HIDROLÓGICO: ALVO DOS ESTUDOS HIDROLÓGICOS O ciclo hidrológico é o processo cíclico e contínuo de transporte das águas da Terra, interligando atmosfera, continentes e oceanos. Trata-se de um processo complexo, que tem como fonte de energia o Sol, contendo muitos subciclos. Como praticamente todo o abastecimento de água doce é resultante da precipitação proveniente da evaporação das águas marítimas, o ciclo hidrológico pode ser entendido basicamente como o processo de transferência da água dos mares para os continentes e seu retorno aos mares. O vapor d’água que tem origem na evaporação das águas dos mares é transportado para os continentes pelo movimento das massas de ar. Se o vapor for resfriado até o seu ponto de orvalho, ele se condensa na forma de pequenas gotas visíveis, vindo a constituir as nuvens, as quais, sob condições meteorológicas favoráveis, avolumam-se e, sob a ação da gravidade, e precipitam-se. À medida que as chuvas caem, parte delas é interceptada pela vegetação e evaporada. Parte da precipitação que atinge a superfície do solo é devolvida para a atmosfera por evaporação, a partir das superfícies líquidas, do solo e da vegetação, e da transpiração dos seres vivos. O restante retorna aos mares por vias superficiais, subsuperficiais e subterrâneas.

Ciclo Hidrológico v Do total de 1360 quatrilhões de toneladas de água do planeta

CICLO HIDROLÓGICO ÁREAS DA HIDROLOGIA (Recursos Hídricos) • • • HIDROMETEOROLOGIA: água na atmosfera. Limnologia: água nos lagos e reservatórios. Potamologia: água nos arroios e rios. Glaciologia: água nas geleiras e neve. Hidrogeologia: águas subterrâneas.

CICLO HIDROLÓGICO: DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NO PLANETA. • OCEANOS E MARES. . 97, 206% • ÁGUA SUBTERR NEA. . . 0, 625 • CALOTAS POLARES E GLACIARES(ÁGUA DOCE). . . 2, 150 • UMIDADE ATMOSFÉRICA(ÁGUA DOCE). . . 0, 001 • RIOS E LAGOS(ÁGUA DOCE). . 0, 018

Ciclo de Energia (solar: 1360 W/m 2)

Bacia Hidrográfica

Bacia Hidrográfica • A Bacia hidrográfica ou bacia de drenagem de uma seção de um curso d’água é a área geográfica coletora de água de chuva que escoa pela superfície do solo e atinge a seção considerada. (limitada pela divisor topográfico) • Importante para obtenção de dados para dimensionamento de pontes, bueiros, barragens, galerias de águas pluviais, etc.

700 700 695 700 690 695 695 680 690 680 700 675 680 685 670 680 665 685 Exutório 655 660 665 670 Divisor de Águas

Exemplo de delimitação de B. H.

Características Fluvio-morfológicas • A forma da bacia hidrográfica é importante devido ao tempo de concentração, definido como o tempo, a partir do início da precipitação, para que toda a bacia correspondente passe a contribuir com a vazão na seção em estudo

Bacia Hidrográfica

Rede de Drenagem • Ordem do curso d’água: A ordem dos rios é uma classificação que reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia. Normalmente designase o afluente que não se ramifica como de primeira ordem, sem levar em conta se ele deságua no rio principal ou não. Quando dois rios de primeira ordem se juntam é formado um rio de segunda ordem. Dois rios de ordem n dão lugar a um rio de ordem n+1.

Características Fluvio-morfológicas • Fator de Forma ou Coeficiente de conformação, kf Mais sujeito a enchentes • Coeficiente de conformidade, kc Mais irregular é a bacia, kc = 1 (bacia circular)

Rede de Drenagem • É constituída pelo rio principal e seus afluentes. A disposição em planta dos cursos d’água é uma característica muito importante. Tal importância se deve: • I) Eficiência da drenagem – quanto mais eficiente for a drenagem maior e mais rápido se formará a enchente. • II) Indicação da natureza do solo e das condições superficiais que existem na bacia. (Arenoso – infiltração elevada, só caudal principal; argiloso – rede bem ramificada).

Rede de Drenagem • Densidade de drenagem • É a relação entre o comprimento total dos cursos d’água (efêmeros, intermitentes e perenes) de uma bacia hidrográfica e a área total da bacia. • Extensão média do escoamento superficial

Características do relevo de uma bacia • O relevo de uma bacia hidrográfica tem grande influência sobre os fatores meteorológicos e hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial é determinada pela declividade do terreno, enquanto que a temperatura, a precipitação, a evaporação, etc, são funções da altitude da bacia.

Características do relevo de uma bacia • Declividade de Álveo S 1 S 2 S 3

Precipitação • PRECIPITAÇÃO é o nome que se atribui a toda forma de umidade que, proveniente da atmosfera, deposita-se sobre a superfície da Terra. • Ocorre na forma de chuva, granizo, neve, neblina, orvalho e geada.

Tipos de Chuvas (Precipitações Pluviométricas) • Frontais:

Tipos de Chuvas (Precipitações Pluviométricas) • Orográficas:

Tipos de Chuvas (Precipitações Pluviométricas) • Convectivas:

Estudo da precipitação. Análise de dados e tratamento estatístico

Evaporação e Evapotranspiração

Medida da Precipitação Pluviômetro Pluviógrafo

Grandezas características • Altura de Precipitação ou Altura pluviométrica: É a altura de água precipitada, h, em mm. Trata-se, portanto, de uma medida pontual representativa da água precipitada por unidade de área horizontal. • Intensidade de chuva: É a relação entre a altura pluviométrica e a duração da precipitação, expressa em geral em mm/h ou mm/min ou l/s*ha. • Duração: Período de tempo contado desde o início até o fim da precipitação.

Grandezas características

Precipitação Média Sobre uma Bacia • Método Aritmético • Método de Thiessen • Método das Isoietas

Precipitação • Verificação da Homogeneidade do Dados • Preenchimento de Falhas

Evapotranspiração A evaporação é o processo físico no qual um líquido ou sólido passa para o estado gasoso (vapor). A transpiração é o processo pelo qual as plantas retiram a umidade do solo e a libertam no ar sob a forma de vapor. Os processos só ocorrem se houver introdução de energia no sistema, proveniente do sol, da atmosfera, ou de ambos Mais da metade da precipitação que cai sobre os continentes volta à atmosfera através da ação conjunta desses dois processos, a evapotranspiração.

Fatores que Afetam a Evaporação • • • Temperatura do ar Pressão Atmosférica Pressão de vapor Radiação solar Velocidade do vento

Mensuração da Evaporação • • • Transferência de Massa (difícil aplicação) Balanço Hídrico (imprecisos) Empíricas Balanço Energético Evaporímetros (Classe A e Russo)

Evapotranspiração • A evapotranspiração é considerada como a perda de água por evaporação do solo e transpiração das plantas. A evapotranspiração é importante para o balanço hídrico de uma bacia como um todo e, principalmente, para o balanço hídrico agrícola, que poderá envolver o cálculo da necessidade de irrigação.

Evapotranpiração • Evapotranspiração potencial (ETP): quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, na unidade de tempo, de uma superfície extensa completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água. • Evapotranspiração real (ETR): quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, nas condições reais (existentes) de fatores atmosféricos e umidade do solo. A

Medidas de Evapotranspiração • • • medidas diretas; métodos baseados na temperatura; métodos baseados na radiação; método combinado; balanço hídrico.

Infiltração • A Infiltração é o processo pelo qual a água penetra nas camadas superficiais do solo e se move para baixo, em direção ao lençol freático d’água

Infiltração

Medidas da Infiltração • Infiltrômetros

Medidas da Infiltração Lisímetro

Medidas da Umidade no Solo Tensiômetro

Medidas da Umidade no Solo Sonda de Neutron

Capacidade de Infiltração • O conceito de capacidade de infiltração é aplicado ao estudo da infiltração para diferenciar o potencial que o solo tem de absorver água pela superfície, em termos de lâmina por tempo, da taxa real de infiltração que acontece quando há disponibilidade de água para penetrar no solo.

Infiltração

Dados Hidrometeorológicos • • • Estações Climatológicas Estações Pluviométricas Estações Fluviométricas Radar meteorológico Sensoriamento Remoto

Estações Climatológicas • • • • Actinógrafo Heliógrafo Geotermômetro ou termógrafo de solo Termômetro de máxima e mínima e termógrafos Psicrômetro Higrômetro Barômetro Anemômetro de canecas Anemógrafo Universal Pluviômetro, Pluviógrafo Evaporímetro Anemômetro de Piche Evapotranspirômetro

ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO Prof. Eudes José Arantes

Estimativa da Evapotranspiração A Evapotranspiração pode ser estimada por: • Equações com base na temperatura do ar: • Método de Thornthwaite, • Método de Blaney-Criddle; • Equações com base nos dados do tanque classe A; • Equações com base na evaporação potencial: • Método do Balanço de Energia; • Método Aerodinâmico; • Método Combinado.

Método de Thornthwaite O Método de Thornthwaite foi desenvolvido com base em dados de evapotranspiração medidos e dados de temperatura média mensal, para dias com 12 horas de brilho solar e mês com 30 dias.

Método de Thornthwaite O método de Thorntwaite é calculado da seguinte forma: Onde: • ETP = Evapotranspiração potencial (mm/mês) • Fc = Fator de correção em função da latitude e mês do ano; • a = 6, 75. 10 -7. I 3 – 7, 71. 10 -5. I 2 + 0, 01791. I + 0, 492 (mm/mês) • I = índice anual de calor, correspondente a soma de doze índices mensais; • T =Temperatura média mensal (o. C)

Método de Thornthwaite

Método de Thornthwaite Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura Kc: ETPcultura = Kc. ETP Onde: ETPcultura = Evapotranspiração potencial da cultura (mm/mês); ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês). Kc = coeficiente de cultura.

Coeficiente de Cultivo Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

Exercício Para uma latitude de 7º S , calcule o valor da ETP pelo Método de Thornthwaite para cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. Fator T (°C) Jan 26, 9 Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 26, 1 25, 7 27, 3 26, 2 25, 6 25, 5 24, 9 25, 0 26, 7 27, 5 27, 1

Método de Blaney-Criddle Foi desenvolvido originalmente para estimativas de uso consutivo , e utiliza a seguinte equação: ETP = (t - 0, 5. T). p Onde: ETP = evapotranspiração mensal (mm/mês); T = temperatura média anual em o. C t = temperatura média mensal em o. C p = percentagem de horas diurnas do mês sobre o total de horas diurnas do ano

Método de Blaney-Criddle

Método de Blaney-Criddle Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura Kc: ETPcultura = Kc. ETP Onde: ETPcultura = evapotranspiração potencial da cultura (mm/mês); ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês); Kc = coeficiente de cultura.

Coeficiente de Cultivo Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

Exercício Para uma latitude de 7º C , calcule o valor da ETP pelo Método de Blaney-Criddle para cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. Fator T (°C) Jan 26, 9 Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 26, 1 25, 7 27, 3 26, 2 25, 6 25, 5 24, 9 25, 0 26, 7 27, 5 27, 1

Estimação da Evapotranspiração pelo Tanque Classe A A Evapotranspiração Potencial pode ser estimada a partir da evaporação potencial medida pelo Tanque Classe A. Ou seja, só é necessário corrigir os valores da evaporação com o coeficiente de cultura Kc: Ou seja, ETP = Kc. EP ETP = Kc. (Kt. Etanque) Onde: ETP = evapotranspiração potencial (mm/dia) E = evaporação do tanque classe A (mm/dia) Kt = coeficiente do tanque (No semi-árido, adotar-se Kt = 0, 75).

Coeficiente de Cultivo Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

Exercício Calcule o valor da ETP através do Tanque Classe A para cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. Fator Jan Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez ETanque 231, 9 159, 5 283, 3 301, 9 164, 0 138, 9 202, 8 194, 5 234, 1 291, 7 285, 1 275, 6

Equações com base na evaporação potencial Para estimar os valores da evapotranspiração potencial através da evaporação potencial, é preciso multiplicar a EP pelo coeficiente de cultura Kc. Ou seja, é necessário acrescentar o coeficiente de cultura (Kc) em cada equação dos métodos de estimativa de evaporação citados abaixo: • Método do Balanço de Energia; • Método Aerodinâmico; • Método Combinado.

Método do Balanço de Energia Onde: ETP = Evapotranspiração potencial diária (mm/dia) RL = Radiação líquida (W/m 2); lv = Calor latente de vaporização (J/kg) lv = 2, 501. 106 – 2370. T ; ρw = massa específica da água (ρw = 977 kg/m 3); T = Temperatura do ar (°C); Kc = Coeficiente de Cultivo.

Método Aerodinâmico Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); Kc = Coeficiente de Cultivo; es = Pressão de vapor saturado (Pa) ea = Pressão de vapor atual (Pa) ea = U R. e s ; u = Velocidade do vento na altura z 2 (m/s); z 2 = Altura da medição da velocidade do vento (geralmente é adotado 2 m a partir da superfície); z 1 = Altura de rugosidade da superfície natural.

Método Combinado ou de Penmam Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); Kc = Coeficiente de Cultivo; Er = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia (mm/dia); Ea = Evaporação calculada pelo método aerodinâmico (mm/dia); ∆ = 4098. es / (237, 3 + T)2 (Pa/°C) = 66, 8 Pa/°C

Método de Priestley - Taylor Onde: ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia) Er = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia (mm/dia); ∆ = 4098. es / (237, 3 + T)2 (Pa/°C) = 66, 8 Pa/°C = 1, 3

Coeficiente de Cultivo Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento.

Exercício Para um albedo igual a 0, 3 e a altura da rugosidade natural igual a 0, 41 cm, e sabendo que a bacia é coberta por pasto, calcule o valor da ETP pelos métodos: - Balanço de Energia para cada mês; - Aerodinâmico; - Combinado ou Penmam; - Priestley – Taylor. Fator Jan Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez T 26, 9 26, 1 26, 2 25, 6 25, 5 24, 9 25, 0 25, 7 26, 7 27, 3 27, 5 27, 1 Ri 488 499 482 464 424 399 410 501 527 553 537 506 UR 60, 3 67, 7 72, 1 71, 4 68, 4 64, 6 60, 3 55, 8 54, 0 53, 3 54, 8 56, 0 u 1, 33 1, 04 1, 05 1, 07 1, 29 1, 73 1, 75 2, 14 2, 04 2, 11 1, 73 1, 44 T (o. C); Rl (cal / cm 2 / dia); UR (%) ; u (m/s)

Bacias Hidrográficas • Fenomenologia da Bacia Hidrográfica – Uso e ocupação do solo – Infra-estrutura hidráulica – Precipitações – Aspectos Fisiográficos

Bacias Hidrográficas • Fenomenologia da Bacia Hidrográfica – Uso e ocupação do solo • Primeiros subsídios sobre extração e produção de água • Suscetibilidade a processos como evapotranspiração, infiltração, deflúvio e erosão

Uso e ocupação do solo (cont. ) • Combinação de fatores propicia – Maior produtividade de água – Maior produtividade econômica – Perdas econômicas e danos.

Fonte: Tucci (2000)

Infra-estrutura hidráulica • Armazenamento • Aumento da velocidade

Fonte: Tucci (2000)

• Precipitação é resultado do contexto climático e micro-climático da bacia – processos convectivos – sistemas frontais – menores durações possuem maiores intensidades – deslocamento de uma chuva pode produzir dois picos descarga distintos

Fonte: Tucci (2000)

Aspectos Fisiográficos • O aspecto fisiográfico é avaliado pela associação dos índices: – Declividade – Densidade de drenagem – Forma

Talvegues de uma Região Montanhosa Ilhas de uma Região de Planície

Delimitação da bacia

Escoamento Superficial

Fonte: Tucci (2000)

Águas Subterrâneas Eudes José Arantes 116

Importância das Águas Subterrâneas 117

Ciclo Hidrológico 118

Formações Geológicas Rochas Ígneas Rochas Sedimentares Rochas Metamórficas Arenito Folhelhos Argilosos Granito Rochas Calcárias Quartzito Filitos e Micaxistos Gnaisse Mármore 119

Formações Geológicas Isotrópico e Homogêneo Anisotrópico e Homogêneo Isotrópico e Heterogêneo Anisotrópico e Heterogêneo 120

Formações Geológicas (porosidade) 121

Tipos de Aqüíferos 122

Aqüífero Freático. 123

Zonas de Aeração e Saturação 124

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

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.

Águas Subterrâneas • 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

Lei de Darcy Hipóteses: • escoamento permanente (Q = constante) • meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e mesmas propriedades nas três direções – Kx = Ky = Kz = Ks = K) K H Q L Q

Lei de Darcy Condutividade Hidráulica [L/T]129

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 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 q 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.

Algumas Propriedades Hidrogeologias q Porosidade razão entre o volume de vazios e o volume de solo: q 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:

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.

Tipos de Aqüíferos

Aqüífero livre As cargas h 1 e h 2 são avaliadas através de piezômetros A= l. h v = k. dh/dx l Δh h 1 h h 2 Q = v. A Q = (k. dh/dx). (l. h) Q = k. l. h. dh/dx Integrando: L Q = k. l. (h 12 - h 22)/(L. 2) Q

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 nãoconfinado, freático ou livre medida num poço de observação. § Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível de água no aqüífero freático.

Exercício 1. Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero livre. Dados: K= 1 x 10 -3 m/s e l = 10 m. 1 2 15 m 10 m 18 m L= 780 m 7 m Imper. Datum

Aqüífero confinado As cargas h 1 e h 2 são avaliadas através de manômetros l Δh Q = V. A h 1 Q =[ K. dh/dx]. A Como: A = l. b , então: Q = K. l. b dh/dx b Integrando: L h 2 Q = k. l. b. (h 1 - h 2)/L Q

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.

Algumas Propriedades Hidrogeologias q 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

Exercício 2. Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero confinado. Dados: K= 1 x 10 -3 m/s e l = 10 m. 1 2 10 m 5 m 13 m L= 780 m Imper. Datum

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 d’água retorna ao nível original (recuperação).

Hidráulica de Poços • Ao nível em que se encontra a água dentro do poço quando este está sendo bombeado chamamos de nível dinâmico.

Hidráulica de Poços • O rebaixamento do nível d’água 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.

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 d’água 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;

Hidráulica de Poços Aqüífero Livre Q = vazão rp = 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 Q = cte Solo Linha Piezométrica rp r r 2 Impermeável h 2 r 1 h h 1

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 12 – h 22)/[ln(r 1/r 2)]

Hidráulica de Poços Q = vazão rp = 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 Q = cte Solo Linha Piezométrica rp b Impermeável h 2 r 2 h 1 r 1

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)]

Exercício: 1 Um poço de 50 cm de diâmetro penetra totalmente em um aqüífero não confinado com espessura de 30 m. O rebaixamento no poço bombeado é de 10 m e a permeabilidade doaqüífero de pedregulho é de 6, 4 x 10 -3 m/s. Se o escoamento é permanente e a vazão bombeada é 0, 414 m 3/s, determine o rebaixamento da linha freática em um ponto distante 100 m do poço. 2 Um aqüífero artesiano de 10 m de espessura com uma superfície piezométrica de 40 m acima do fundo da camada confinante está sendo bombeado por um poço totalmente penetrante. O aqüífero é um meio arenoso com permeabilidade de 1, 5 x 10 -4 m/s. Dois poços de observação alinhados com o poço tem rebaixamentos observados de 5 e 1 m e estão distanciados, respectivamente, a 20 e 200 m do poço bombeado. Determine a vazão.

Parâmetros de Aqüíferos • Transmissividade (T) [L 2/T] É a capacidade de um aqüífero de transmitir água horizontalmente. • Coeficiente de Armazenamento (S) As capacidades dos meios recebedores de água em armazenarem transmitir água. • Difusividade Hidráulica (X) [L 2/T] É um parâmetro pouco utilizado, este representa o transporte de uma onda mecânica através do aqüífero. 151

Parâmetros de Aqüíferos Coeficiente de Armazenamento • Aqüífero Confinado S 0 = Armazenamento específico • Aqüífero Livre 152

Parâmetros de Aqüíferos Determinação dos Parâmetros Métodos de campo. • Teste de Bombeamento: Determinação de K, T e S. • Infiltração: Determinação de K • Open-end-test: Determinação de K • Infiltrômetros: Determinação de K Métodos de Laboratório. • Ensaios de Permeabilidade (transiente ou permanente): Determinação de K • Granulometria: Estimativa de K 153

Redes de Fluxos 154

O Aqüífero Guarani. Características Extensão: 1, 2 milhões de Km 2 Profundidade média ≈ 250 m Profundidade máxima ≈ 1500 m Formações Geológicas: Formação Botucatu e Pirambóia. Área de Afloramento ≈ 150000 Km 2 Taxa de recarga estimada ≈ 166 km 2/ano 155