Águas Subterrâneas

Aluna de mestrado: Myrla de Souza Batista

Universidade Federal de Campina Grande – UFCGDEC/CCT/UFCG – Pós-Graduação

Área de concentração: Recursos Hídricos

ESTÁGIO DOCÊNCIA

Disciplina: Hidrologia Aplicada

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.

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

Águas Subterrâneas

Origem das Águas Subterrâneas

Superfície do terreno

Camada Impermeável

Zona de aeraçãoou não saturada

Zona saturada

L. livre, com P = Patm

= saturado; K = Ks

L. confinado, com P > Patm

= s; K = Ks

Zona de transmissão

Zona radicularÁgua do Solo

< s; K = K()

Água Gravitacional

< saturado; K = K()

= umidade volumétrica; s = umidade na saturação ; Ks

= condutividade na saturação

Hipóteses:• escoamento permanente (Q = constante)• meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e mesmas

propriedades nas três direções – Kx = Ky = Kz = Ks = K)

Lei de Darcy

KQ

QL

H

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 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 saturadadh = variação de Carga Piezométricadx = variação de comprimento na direção do fluxodh/dx = perda de carga

dx

dhKV

Lei de Darcy 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 Porosidade razão entre o volume de vazios e o

volume de solo:

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:

totalVolume

vaziosVolume

totalVolume

águaVolume

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

A= l .hv = k . dh/dx

Aqüífero livre

dhhlKdxQ

Q = v. A

Q = (k.dh/dx).(l.h)

Q = k.l.h.dh/dx

Integrando:

l

Qh1 h h2

L

Δh

As cargas h1 e h2 são avaliadas através de piezômetros

2

10

h

h

LdhhlKdxQ

Q = k.l.(h12 - h2

2)/(L.2)

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 não-confinado, freático ou livre medida num poço de observação.

Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível de água no aqüífero freático.

1. Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero livre. Dados: K= 1 x 10-3 m/s e l = 10m.

1 2

L= 780m

15m 18m

Imper.

Datum

10m 7m

Exercício

Q = V. A

Q =[ K . dh/dx] . A

Como: A = l . b , então:

Q = K . l . b dh/dx

Integrando:

Aqüífero confinadoAs cargas h1 e h2 são avaliadas através de manômetros

l

Q

h1 h2

L

Δh

b

dhblKdxQ 2

10

h

h

LdhblKdxQ

Q = k.l.b.(h1 - h2)/L

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

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

2. Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero confinado. Dados: K= 1 x 10-3 m/s e l = 10m.

Imper.

Datum

1 2

L= 780m

10m 13m

5m

Exercício

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 PoçosQ = vazãorp = raio do poço de produçãor1 = distância ao poço de observação p1

r2 = distância ao pço de observação p2

h1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2

Aqüífero Livre

r2

r1

Q = cte

rp

Solo

Linha Piezométrica

Impermeável

h1 h2 hr

Hidráulica de PoçosAqüífero Livre

v = -K.dh/dr Q = v.A A = h.2..rLogo: Q = (-K.dh/dr).(h.2..r)

[Q/(K.2 )].dr/r = -h.dh

integrando entre h1 e h2 quando r=r1 e r=r2 respectivamente, obtém-se

Q = K. .(h12 – h2

2)/[ln(r1/r2)]

Hidráulica de PoçosQ = vazãorp = raio do poço de produçãor1 = distância ao poço de observação p1

r2 = distância ao pço de observação p2

h1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 b = espessura da camada confinada

Aqüífero Confinado

r2

r1

Q = cte

rp

Solo

Linha Piezométrica

Impermeável

h1 h2

b

Hidráulica de PoçosAqüífero Confinado

v = -K.dh/dr Q = v.A A = b.2..rLogo: Q = -K.dh/dr (b.2..r)

[Q./(K.2.b.)]dr/r = -dh

integrando entre h1 e h2 quando r=r1 e r=r2 respectivamente, obtém-se

Q = K. b.2..(h1 – h2)/[ln(r1/r2)]

3. A vazão de produção de um poço em um aqüífero livre pode ser avaliada pela equação Q = K..(h1

2- h22)/[ln (r1/

r2)]. Com base nos seguintes dados Q = 63 l/s. As cargas de 3,6m e 60cm em poços de observação localizados a 120m e 12 m do eixo do poço produtor. Determinar a permeabilidade K no meio poroso.

4. A vazão de produção de um poço em um aqüífero confinado pode ser avaliada pela equação Q = K.b.2..(h1- h2)/[ln (r1/r2)]. Calcule Q se as cargas são de 3,6m e 60cm em poços de observação localizados a 120m e 12 m do eixo do poço produtor e K do problema anterior. A espessura confinada é de 5m.

Exercício:

Boa semana e

Bom estudo!

Obrigada pela atenção!