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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.44.1999.tde-16082013-125326
Documento
Autor
Nombre completo
Mara Akie Iritani
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 1999
Director
Tribunal
Reboucas, Aldo da Cunha (Presidente)
Chang, Hung Kiang
Cunha, Rodrigo César de Araújo
Hirata, Ricardo
Loureiro, Celso de Oliveira
Título en portugués
Modelação Matemática Tridimensional para a Proteção das Captações de Água Subterrânea
Palabras clave en portugués
Hidrogeologia.
Resumen en portugués
Este trabalho objetivou mostrar a viabilidade de utilização da modelação matemática tridimensional como uma metodologia a ser aplicada para a definição das Zonas de Contribuição das captações de água subterrânea. A área piloto escolhida foi o município de Caçapava, localizado na porção leste do Estado de São Paulo, sendo 99% abastecido por água subterrânea. O entendimento do sistema hidrogeológico, obtido através da interpretação dos dados geológicos, hidrológicos e dos poços existentes, permitiu a construção do modelo conceitual da área modelada, que foi, então, traduzido para uma forma matemática, dando origem ao modelo matemático. Na área foram identificados dois tipos de aquíferos: o Sedimentar e o Cristalino. O Aquífero Sedimentar foi subdividido nas unidades hidrogeológicas Superior, de menor produtividade, e Inferior, principal aquífero da área. O fluxo regional da água subterrânea é em direção ao rio Paraíba, com as drenagens secundárias atuando como áreas de descarga local. Os mapas potenciométricos construídos para diferentes períodos mostraram que a superfície potenciométrica, a partir da década de 80, vem se alterando formando um extenso cone de depressão causado pela concentração de poços de grande vazão (acima de 1000 m³/d) na porção sul da zona urbana. O balanço hídrico calculado para as bacias hidrográficas dos córregos Caçapava Velha e Divisa forneceram valores de escoamento básico de 7.193 m³/d e 17.147 m³/d, respectivamente. A partir deste modelo conceitual da área, foi construído o modelo matemático utilizando o programa tridimensional de diferenças finitas MODFLOW (desenvolvido por McDonald & Harbaugh 1988). A área modelada concentrou-se apenas na porção sul do município, em função da distribuição das informações existentes. A calibração do modelo matemático foi efetuada considerando dois cenários. Na situação 'sem bombeamento' foi simulada a superfície potenciométrica sem a interferência de poços, utilizando os níveis de água de poços antigos e o valor do escoamento básico dos córregos Caçapava Velha e Divisa como parâmetros de calibração. A outra situação simulada foi 'com bombeamento', onde utilizou-se para a calibração, os níveis dinâmicos dos poços de abastecimento e de alguns poços particulares isolados. A definição das Zonas de Contribuição dos poços de abastecimento, considerando a taxa de bombeamento medida em maio/1996, foi obtida utilizando-se o programa MODPATH (desenvolvido por Pollock 1989). As Zonas de Contribuição definidas apresentam uma interferência entre si devido à proximidade dos poços, sendo que abrangem grande parte da porção sul do município, adotando-se, portanto, os tempos de trânsito de 10 e 50 anos para a avaliação do risco de contaminação. Apenas os poços SA13, SA20, SA21, SA23, SA24 e SAVM1 apresentam maiores riscos de contaminação provenientes de áreas com tanques de armazenamento de combustíveis, de uma indústria e por acidentes na ferrovia ou na rodovia, devendo ser implantados poços de monitoramento para avaliar a qualidade da água subterrânea. A aplicação da modelação matemática tridimensional, utilizando dados existentes, mostrou-se viável para a definição da Zona de Contribuição das captações de água subterrânea, permitindo considerar as heterogeneidades do meio e mudanças nos cenários de bombeamento, além de possibilitar a avaliação de diferentes tempos de trânsito para a delimitação dos Perímetros de Proteção. A modelação matemática permite uma maior precisão na determinação da Zona de Contribuição quando comparado a outras metodologias mais simples, promovendo uma proteção mais eficaz da água subterrânea. Portanto, a modelação matemática tridimensional é uma ferramenta que deve ser aplicada em outros locais para fins de delimitação dos Perímetros de Proteção de Poços e Outras Captações e também para subsidiar o gerenciamento dos recursos hídricos subterrâneos.
Palabras clave en inglés
Not available.
Resumen en inglés
The present work had the purpose of demonstrating the viability of using the threedimensional mathematical modeling as a methodology to be applied for the definition of Zone of Contribution of groundwater sources. The chosen area was the Municipality of Caçapava on the East region of São Paulo State, supplied with 99% of groundwater. The understanding of the hydrogeologic system, acquired through the interpretation of geological and hydrological data and from the existing wells, allowed the construction of the conceptual model of the area, what was converted into a mathematical form originating the three-dimensional mathematical model. Two types of aquifers were identified in the area: the Sedimentary and the Crystalline. The Sedimentary Aquifer was subdivided into the Superior hydrogeologic unit of lower productivity and the Inferior hydrogeologic unit, the main aquifer in the area. The regional flux of groundwater is toward Paraíba river, with the secondary drainage acting as areas of local discharge. The potentiometric maps built for different periods showed that the water table, from the years 80, are being altered forming a large cone of depression, caused by the concentration of wells of high pumping rate (above 1000 m³/d) in the South area of urban zone. The calculated water balance for the hydrographical basins of Caçapava Velha and Divisa streams supplied baseflow values of 7193 m³/d and 17147 m³/d, respectively. From the conceptual model of the area, a mathematical model was constructed using the three-dimensional finite difference computer code MODFLOW (McDonald & Harbaugh 1988). The model domain is concentrated only in the South area of the Municipality of Caçapava due to the distribution of the existing data. The calibration of the mathematical model was done considering two situations. In the 'pre-stressed' situation it was simulated a water table without the interference of wells, using the water level of old wells and the baseflow values of Caçapava Velha and Divisa streams as calibration parameters. The other setting was called 'stressed' situation, and the dynamic level of supplying wells and some isolated wells were used for the calibration. Considering the pumping rate measured in May/1996, the definition of the Zones of Contribution for the supplying wells was obtained through the use of MODPATH computer code (Pollock 1989). The defined Zones of Contribution spread over a large area in the South of model domain and show an interference between themselves due to wells proximity. To risk assessment of groundwater contamination, it was adopted Zones of Transport of 10 and 50 years. Only the wells SA13, SA20, SA21, SA23, SA24 and SAVMl showed higher contamination risks originated from storage tanks areas, from an industry and from railway and road accidents, making necessary to install monitoring wells to assess the groundwater quality. The three-dimensional mathematical modeling application, using existing data, showed its viability for the definition of the Zones of Contribution of groundwater supplies. This tool permits to consider the heterogeneities of the hydrogeological system and changes in the pumping rates. lt also allows the assessment of the diferent time-of-travel for delineation of Protection Areas. The mathematical modeling is more accurate in the Zone of Contribution delineation when compared to other simpler methodologies, promoting a more effective protection of groundwater. The three-dimensional mathematical modeling is a tool that should be applied in other areas with the purpose of delimiting Wellhead Protection Areas and also to subsidize the management of groundwater resources.
 
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Fecha de Publicación
2013-08-20
 
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