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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nº 174325
Contaminação das águas subterrâneas em aquíferos livres. Tatiana Luiz dos Santos Tavares
Palestra apresentada no Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do Rio Sapucaí Mirim/Grande, 1., 2016, Franca
A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________
Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT
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São Paulo | SP | Brasil | CEP 05508-901 Tel 11 3767 4374/4000 | Fax 11 3767-4099
www.ipt.br
Franca, 18 de Março de 2016
CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS
SUBTERRÂNEAS EM
AQUÍFEROS LIVRES
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
Tatiana Tavares, Dra. (IPT)
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
2
Identificando Água
subterrânea
Water Table
Zona Insaturada
Zona Vadosa
Zona Saturada
Água Subterrânea
Partículas de solo
Ar com vapor de água
Ar com vapor de água
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Onde a água é armazenada e por onde ela anda?
Id
en
tifi
can
do
Ág
ua s
ub
terrân
ea e
A
qu
ífero
s
Arenito em Himachal Pradesh, norte da Índia
Conduto Cárstico em Vazante, norte de Minas
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Tipos de Porosidade
Tipos de Aquíferos
Identificando Água subterrânea e Aquíferos
Aquífero Livre
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Aquífero Livre x Aquífero Confinado
X
Y
Z
Tipos de Aquíferos
Identificando Água subterrânea e Aquíferos
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Aquífero Livre x Aquífero Confinado
Tipos de Aquíferos
Identificando Água subterrânea e Aquíferos
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
O que é contaminação das águas subterrâneas?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Quando a água subterrânea contém organismos
patogênicos, substâncias tóxicas e/ou radioativas
com teores prejudiciais à saúde do homem.
Contaminação do Aquífero Contaminação no Poço
• Causada por proteção inadequada de
aqüíferos contra emissões e lixiviados
provenientes de atividades humanas
• Evolução química e dissolução de
minerais, podendo ser agravada pela
poluição de atividades humanas e/ou
extração excessiva
• Poço ou captação cuja
construção/projeto inadequado
permite o ingresso direto de
água superficial ou água
subterrânea rasa poluída
• Intrusão Salina
Como se dá a contaminação das águas subterrâneas?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Spitz & Moreno (1996)
Como se dá a contaminação das águas subterrâneas?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Fluxo raso (dias)
Fluxo fundo (meses)
Fluxo profundo (ano)
Fluxo raso (dias)
Fluxo fundo (meses)
Fluxo profundo (ano)
ORIGEM DA POLUIÇÃO TIPO DE CONTAMINANTE
Atividade Agrícola nitrato; amônio; pesticidas; organismos fecais
Saneamento in situ nitrato; hidrocarbonetos halogenados; microorganismos
Garagens e postos de serviço hidrocarbonetos aromáticos e halogenados; benzeno; fenóis
Disposição de resíduos sólidos amônio; salinidade; hidrocarbonetos halogenados; metais pesados
Indústrias metalúrgicas tricloroetileno; tetracloroetileno; hidrocarbonetos halogenados; fenóis;
metais pesados; cianureto
Pintura e esmaltação alquilbenzeno; hidrocarbonetos halogenados; metais; hidrocarbonetos
aromáticos; tetracloretileno
Indústrias de madeira pentaclorofenol; hidrocarbonetos aromáticos; hidrocarbonetos halogenados
Limpeza a seco tricloroetileno; tetracloroetileno
Indústria de pesticida hidrocarbonetos halogenados; fenóis; arsênico
Despejo de lodo do esgoto nitrato amônio; hidrocarbonetos halogenados; chumbo; zinco
Curtumes cromo; hidrocarbonetos halogenados; fenóis
Extração/exploração de gás e
petróleo salinidade (cloreto de sódio); hidrocarbonetos aromáticos
Mineração de carvão e
metalíferos acidez; metais pesados; ferro; sulfatos Foster et al. (2006)
Quais os tipos de fontes de contaminação?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Spitz & Moreno (1996)
Fontes Pontuais Fontes Difusas
Quais os tipos de fontes de contaminação?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Fontes Pontuais e Difusas
Classificação das Fontes segundo POSH
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Foster et al. (2006)
Quais as fontes potenciais de contaminação na BH Sapucaí Mirim/Grande?
Principais atividades econômicas4: A indústria calçadista de Franca. Distingue-se também a indústria alimentícia,
principalmente de laticínios, além do crescente número de loteamentos. Na agricultura, predomina os cultivos da braquiária,
cana-de-açúcar e soja.
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BH Sapucaí Mirim/Grande?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Fontes de Contaminação x Comportamento de Contaminantes
Única Fase - Miscível
MultiFase - Imiscível Conservativo
Não- Conservativo
Sem ≠ de densidade
≠ densidades
Spitz & Moreno (1996)
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Contaminação por composto Imiscível Leve
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
1º Seminário de Águas Subterrâneas da Bacia Hidrográfica do rio Sapucaí Mirim/Grande
Contaminação por composto Imiscível Denso
Como os contaminantes se movimentam?
o Advecção
n = q = -Ki ne ne
Transporte de massa causado pelo volume do movimento de
fluxo da água subterrânea;
A força motriz é o gradiente hidráulico;
A velocidade real (velocidade de transporte) é:
x
Cv
t
C
C/ t = mudança no armazenamento;
-n C/ x= fluxo advectivo in/out
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Mecanismos de Transporte
o Difusão Molecular
É o fluxo de contaminante de uma zona de alta concentração
para uma zona de baixa concentração;
A força motriz é o movimento randômico de constituintes
iônicos e moleculares sob influência de sua atividade cinética;
O movimento do soluto ocorre na direção do gradiente de
concentração e é expresso pela Lei de Fick:
x
CDq
00
q0 = fluxo de massa difusivo;
D0 = coeficiente de difusão (10-9m2/s);
C/ x= gradiente de concentração
Como os contaminantes se movimentam?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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Mecanismos de Transporte
o Dispersão
Espalhamento dispersivo ocorre devido à heterogeneidades
do meio de diferentes escalas (poro → escala de campo);
A força motriz é o gradiente hidáulico ao longo das
heterogeneidades;
Causa gradual diluição da pluma e aumenta o volume de água
contaminada.
x
CDq L
0
q0 = fluxo de massa difusivo e dispersivo;
DL = coeficiente de difusão + dispersão;
C/ x= gradiente de concentração
Como os contaminantes se movimentam?
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Mecanismos de Transporte
L > TH > TV
Difusão (D*) [L2/T] – usualmente insignificante
Dispersividade Longitudinal (aL) [L]
Tipicamente: 0.1 m < aL < 100 m;
aL = 0.03 a 0.05 x comprimento da
pluma;
Dispersiv. transversal: Razão aT/aL– Tipicamente: aT = 0.1 aL
Dispersiv. Vertical: Razão aV/aL– Tipicamente: aV = 0.01 aL
Como os contaminantes se movimentam?
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Mecanismos de Transporte
o Dispersão
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o Dispersão
Spitz & Moreno (1996) L > TH > TV
Pode variar de cm a
métrica, dependendo
da escala
Como os contaminantes se movimentam?
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Mecanismos de Transporte
Mecanismos de Transporte
o Sorção
Adsorção descreve a adesão de moléculas ou íons na
superfície do grão no aquífero;
A força motriz são reações químicas (p.ex. troca iônica) e
forças físicas (eletroestáticas como Força de Van der Waals);
Pode causar diminuição nas concentrações (adsorção
irreversível) e retardação do contaminante com relação à
velocidade da água.
R
vv L
LC C
C
nR
e
b
*
1
R = coeficiente de retardação;
b= densidade da matriz sólida (M/L3);
C* = massa sorvida por unidade de
massa do aqüífero (M/M).
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Física: Forças de Van der Waals
Química: Reação reversível ou não
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Mecanismos de Transporte
o Adsorção / Retardação
Mecanismos de Transporte
o Decaimento
Reações relativamente lentas em comparação com o tempo
de transporte são descritas pela cinética, como a equação de
primeira ordem:
Ct
C
= constante de
decaimento (T-1);
Reações de primeira ordem são também aplicadas para
descerver decaimento radioativo e/ou simples processo de
degradação:
teCC 02
1
2ln
t
C = concentração no tempo t (M/L3);
C0 = concentração inicial (M/L3);
= constante de decaimento (T-1);
t1/2 = tempo de meia vida (T-1).
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Como os contaminantes se movimentam?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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Exemplos de
Mecanismos de
Transporte
Sabendo como ocorre a contaminação de um aquífero
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Como estão os nossos aquíferos em relação à contaminação?!
Tratamento de Dados Questionários • 44% dos questionários enviados foram respondidos
pelos órgãos ambientais
• RS, SC, PR, SP, MG, RJ, ES, BA, SE, RN e PI
• Para os Estados que não responderam o questionário:
utilizou-se dados levantados por ARAÚJO (2014);
informações fornecidas por telefone (contato direto
com órgão ambiental) e;
internet (site oficial do órgão). • Nenhum contato foi conseguido com os órgãos do AC
e RO, nem informações de outras fontes
• TOTAL: 5.351 áreas cadastradas
• 5.148 catalogadas pela CETESB (até 2014)
• 203 áreas cadastradas pela PMSP
• Informação verbal que esse número passou para 450 em
2015
São Paulo
7.2%
1.6%
0.7%
0.3% 0.1% 0.1% 0.1% 0.00%
Postos de Abastecimento
Indústria
Comércio
Resíduos
Desconhecidas
Residencial
Acidentes
Agricultura
Atividades
Classificação GAC
• Áreas ainda em estudo: 34%
• Áreas já estão aptas para uso: 12.6%
• Áreas em processo de remediação e
encerramento: 54%
METODOLOGIA
Fluxograma da metodologia para
obtenção dos mapas
Malha regular com células de 5 x 5 km
Peso 0,4 para as duas primeiras bases e
0,2 para a terceira (demanda hídrica)
METODOLOGIA
Cadastro de Áreas Contaminadas da CETESB (2013)
Solventes Clorados
alta solubilidade e toxicidade;
baixo coeficiente de adsorção
Alto potencial de
impacto das Águas
Subterrâneas
Total AC’s = 4771
(2013)
Total AC’s = 5148
(2014)
BH Sapucaí Mirim/Grande?
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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METODOLOGIA Demanda subterrânea em relação às reservas exploráveis (%) por UGRHI (PERH, 2013)
TJ
42% 2007;
52% 2010 AT
34% 2007;
45% 2010
PCJ
11% 2007;
42% 2010
PARDO
32% 2007;
36% 2010
TG
27% 2007;
36% 2010
TB
13% 2007;
25% 2010
SMG
4% 2007;
5.4% 2010
RESULTADOS CRITICIDADE 1
Baixo baixo Baixo alto
Médio Alto
Com Classificação Vulnerabilidade Estado + BAT
UGRHIs 6 (AT)
13 (TJ)
UGRHI 2 (PS) 5 (PCJ)
9 (MOGI)
4 (PARDO)
15 (TG)
RESULTADOS
Baixo baixo Baixo alto
Médio Alto
CRITICIDADE 2
Com Classificação Vulnerabilidade Média Aq Fraturados
6 (AT)
13 (TJ)
2 (PS) 5 (PCJ)
9 (MOGI)
4 (PARDO)
15 (TG)
CONCLUSÕES / RECOMENDAÇÕES
A utilização de SIG para a Gestão conjunta das áreas contaminadas e águas subterrâneas é imprescindível.
O cruzamento das informações possibilitou a espacialização das áreas mais susceptíveis à contaminação
dos aquíferos, mostrando ser uma ferramenta apta a esta aplicação.
A falta de dados e seu impacto é visto na comparação dos resultados obtidos, sendo necessários maiores estudos
para ampliação destas bases.
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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O que é necessário para proteger a água subterrânea da contaminação?
Restringir - tanto no presente como no futuro -
O uso do solo;
A emissão de efluentes e;
As práticas de despejo de resíduos
Isso é real?!!
Foster et al. (2006): zoneamento territorial como estrutura geral para o
desenvolvimento e implementação das políticas de proteção da água subterrânea
Utilização da capacidade de atenuação natural
Estabelecimento de zonas simples e robustas (com base na
vulnerabilidade do aquífero à contaminação e nos perímetros de
proteção da captação)
Indicação de quais atividades são possíveis e onde elas representam
um perigo aceitável para a água subterrânea
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O que é necessário para proteger a água subterrânea da contaminação?
Prevenção de Contaminação Futura
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O que é necessário para proteger a água subterrânea da contaminação?
Manejo de Fontes Potenciais de Contaminação Existentes
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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O que é necessário para proteger a água subterrânea da contaminação?
Método da Investigação do Passivo Ambiental
Divisor de águas
Chegada a um ponto conhecido (backward) no
período de 05 anos
Modelo de Fluxo / Traçado de Partículas
Avanço (forward) da contaminação no período de 05
anos Tavares (2003)
Levantamento do Passivo - Exemplos de Aplicações
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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Pluma no tempo t=810 Pluma no tempo t=11760
30 a
nos d
epois
....
.
Modelo de Transporte / Prognósticos de plumas
Tavares (2008)
Levantamento do Passivo - Exemplos de Aplicações
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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Prognósticos de Remediação
Walter et al. (1994)
Pré Barreira Reativa Pós 04 anos de BPR Pós 20 anos de BPR
Levantamento do Passivo - Exemplos de Aplicações
Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande
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O que é necessário para proteger a água subterrânea da contaminação?
Escolhendo Novas Áreas para Abastecimento com Água Subterrânea
MANCUSO M.A., Ferreira J.P.L. ALBUQUERQUE J.L. Using GIS and modelling for the
evaluation of groundwater discharge into Santos Estuary, Brazil. XXXV IAH
Congress. Lisbon, Portugal. 2007. p 416-422.
Referências Bibliográficas
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Monografia de Trabalho de Formatura - Instituto de Geociências da Universidade de
São Paulo, 2002, 54p.
HIRATA, R. (2009). Notas de Aula – Hidrogeologia (IGc – USP).
VIVIANI, J. B.; HIRATA, R.; MAXIMIANO, A. (2004). Modelamento numérico de fluxo de
águas subterrâneas como subsídio para tomada de decisões com base no risco. XIII
Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas.
SPITZ, K. & MORENO, J. A (1996). Practical guide to groundwater and solute transport
modeling. New York, John Willey & Sons, Inc., 1996, 461p.
RAPANTOVÁ, N.; GRMELA, A.; VOJTEK, D.; HALIR, J.; MICHALEK, B. (2007).
Groundwater flow modeling applications in mining hydrogeology. IMWA Symposium
2007: Water in Mining Environments, R. Cidu & F. Frau (Eds), Cagliari, Italy.
ZHENG, C. Numerical Simulation of Groundwater Ages in Ordos Basin, China. Issues in
Model Calibration and Implications for Groundwater Management.
WALTER, A.L., FRIND, E.O., BLOWES, D.W., PTACEK, C.J., AND MOLSON, J.W., 1994.
Modeling of multicomponent reactive transport in groundwater. 1. Model
development and evaluation. Water Resources Research, 30(11): 3137-3148.
Módulo 01 - 51
Referências Bibliográficas
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Monografia de Trabalho de Formatura - Instituto de Geociências da Universidade de
São Paulo, 2002, 54p.
SPITZ, K. & MORENO, J. A (1996). Practical guide to groundwater and solute transport
modeling. New York, John Willey & Sons, Inc., 1996, 461p.
CONICELLI, B. – Gestão das Águas subterrâneas na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê. Sp, IG/USP, 2014 – tese de
doutoramento.