Metodologias para a Delimitação
do Perímetro de Proteção de Poços (PPP)
- 2ª Parte
Na matéria da última
edição do ABAS INFORMA (edição de dezembro/2001)
foram discutidas metodologias para a delimitação de perímetros
de proteção de poços com um enfoque maior para
os modelos numéricos de fluxo e transporte. No texto a seguir,
serão apresentadas e discutidas outras metodologias mais simples.
Como comentado na matéria anterior, as principais metodologias
para a delimitação de perímetros de proteção
de poços (PPP), e, que são reconhecidas pela EPA (Environmental
Protection Agency - E.U.A.), são as seguintes:
1. Raio fixo arbitrário
2. Raio fixo calculado
3. Formas variáveis simples
4. Modelos analíticos
5. Modelos numéricos de fluxo e transporte
Neste texto serão abordados com
maior ênfase os modelos analíticos. Cabe lembrar, que nem
sempre todas estas metodologias podem ser aplicadas para um dado caso.
Todas possuem vantagens e desvantagens. A seguir as mesmas serão
descritas de maneira sucinta, indo-se da metodologia mais simples para
a mais complexa, que são os modelos numéricos de fluxo
e transporte.
1. Raio Fixo Arbitrário
Esta metodologia, bastante simples e barata,
consiste em traçar um círculo ao redor de um poço
de bombeamento ou nascente a uma distância fixa. Esta técnica
é utilizada para se definir a zona 1 (accident prevention zone
ou sanitary protection zone) para todos tipos de aqüíferos
existentes (livres, semi-confinados e confinados) e condições
de fluxo (fluxo poroso (aqüífero poroso), fluxo difuso (aqüífero
fraturado) ou fluxo tipo conduite (aqüífero tipo karst).
A grande desvantagem desta metodologia é o fato de se basear
em critérios científicos limitados levando consigo um
alto grau de incerteza (a área de proteção poderá
estar sendo subestimada ou exagerada).
2. Raio Fixo Calculado
Esta metodologia também é
bastante simplificada e é utilizada para a definição
de áreas circulares ao redor de poços e nascentes. O tempo
de trânsito depende do raio do círculo escolhido. Deve
ser aplicada para casos onde o fluxo é do tipo poroso ou difuso.
Também valem aqui as incertezas realçadas para a metodologia
anterior. Definem-se áreas onde o período de trânsito
de partículas hipoteticamente lançadas na borda da área
é de dois a cinco anos para que as mesmas alcancem o poço
ou nascente.
3. Formas Variáveis Simples
A metodologia baseia-se na geração
de formas, que representam as condições hidrogeológicas
e de bombeamento de uma dada área explorada. As áreas
são calculadas através da avaliação da extensão
longitudinal e lateral do fluxo de águas subterrâneas ao
redor de um poço de bombeamento. São utilizadas equações
analíticas e critérios de contorno para sua definição
(por exemplo equações de cálculo de fluxo uniforme).
Esta técnica não representa de
maneira adequada a variabilidade inerente à maioria dos sistemas
aquíferos, não considerando condições de
contorno, como canais de irrigação, rios, lagos, etc.
No entanto, ela se aproxima melhor à realidade do que as duas
outras metodologias apresentadas acima.
4. Modelos Analíticos
Esta metodologia utiliza consagradas
equações hidrológicas para modelar o fluxo e transporte
de águas subterrâneas. As inúmeras equações
utilizadas são relativamente simples e consideram que muitos
parâmetros de entrada sejam homogêneos por toda extensão
saturada do aqüífero. No caso de aqüíferos homogêneos,
esta técnica pode fornecer resultados muito bons a custos relativamente
baixos.
Apesar do aumento da confiabilidade nos resultados
de modelos analíticos, sempre existe um nível de incerteza.
Isto ocorre principalmente quando os PPP's elaborados são longos
e estreitos, tendo uma alta sensibilidade quanto ao posicionamento das
linhas equipotenciais. Um pequeno erro no mapa potenciométrico
pode gerar um deslocamento relativamente grande na zona de captura de
um poço. Por isso deve-se considerar sempre uma zona de segurança
ao redor das PPP's calculadas.
Existem vários programas que executam
cálculos analíticos baseadas no tempo de percurso de águas
subterrâneas. Os mais utilizados nos EUA são o WHPA e WhAEM,
ambos da EPA.
O programa WHPA foi desenvolvido para a EPA
(Office of Groundwater Protection) com o intuito de auxiliar municipalidades
na definição de seus PPP's. O programa WHPA pode ser visto
como uma metodologia adequada para muitas situações onde
o produto tóxico considerado tem comportamento conservativo.
Em outras palavras, isto significa, que o fluxo de água subterrânea
é similar ao fluxo do contaminante dissolvido em um aqüífero
livre e onde o nível de água encontra-se próximo
à superfície. A Figura 1 exibe um exemplo para a delimitação
de um PPP com o programa WHPA para uma região nos EUA.
O programa WHPA consiste de quatro módulos.
São eles: (1) RESSQC, (2) Multiple Well Capture Zone Module MWCAP
(módulo para a definição do PPP para vários
poços), (3) General Particle Tracking Module GPTRAC (módulo
para definição das linhas de fluxo com partículas)
e (4) Montec (módulo de Monte Carlo). Montec é utilizado
para avaliações estocásticas.
O módulo RESSQC é utilizado
para delinear PPP's temporais para fluxos estacionários, podendo-se
incluir poços de bombeamento e de injeção. Definem-se
neste módulo também condições de contorno
do tipo barreira e rio. Interferências entre poços são
determinadas através do princípio de superposição.
A principal desvantagem deste módulo é que os parâmetros
de fluxo, como o gradiente hidráulico e a direção
de fluxo, são considerados constantes.
O módulo MWCAP é utilizado para
delinear PPP's temporais em aquíferos homogêneos, onde
as situações de bombeamento ocorrem em regime estacionário.
As condições de contorno como rios ou barreiras são
consideradas lineares e extendendo por toda profundidade do aquífero.
As interferências entre os poços são desconsideradas,
sendo que cada poço é considerado individualmente. Este
módulo oferece uma flexibilidade maior que o RESSQC, pois os
parâmetros de cada poço podem ser definidos individualemente.
Os dados de entrada necessários incluem: gradiente de fluxo regional,
direção de fluxo, condutividades hidráulicas, espessura
saturada do sistema aqüífero, porosidade, tipo de condição
de contorno e distância perpendicular da mesma ao poço
de bombeamento.
O módulo GPTRAC possui dois componentes:
um componente analítico e um componente numérico. A principal
vantagem da opção numérica é que pode-se
utilizá-la em aqüíferos heterogêneos com condições
de contorno complexas. Os aqüíferos considerados podem possuir
zonas de diferentes porosidades, diferentes espessuras e transmissividades.
Esta opção é utilizada para delinear PPP's ao redor
de poços de bombeamento em regime estacionário. Uma das
desvantagens desta opção é que os resultados para
curtos períodos são bastante inexatos. A opção
analítica considera um sistema de bombeamento com poços
de injeção e bombeamento, sendo que os mesmos precisam
atingir a base do aqüífero. O sistema aqüífero
é considerado homogêneo e o fluxo estacionário.
É possível definir condições de contorno
do tipo carga constante e fluxo zero. As interferências entre
os poços são determinadas através do princípio
de superposição de soluções.
5. Modelos Numéricos de Fluxo e
Transporte
Modelos numéricos permitem considerar
e representar de maneira mais apropriada aspectos complexos de sistemas
aqüíferos de subsuperfície, requerendo uma quantidade
relativamente grande de informações. O custo de modelos
númericos é maior que nos casos anteriores.
Dentre os modelos numéricos de fluxo
de águas subterrâneas que tem tido uma aceitação
mundial exepcional figura o MODFLOW (desenvolvido pela USGS) para o
qual foram desenvolvidos pré- e pós-processadores (VISUAL
MODFLOW PRO (Waterloo Hydrogeologic Inc.), PMWIN (W.H. Chiang), GMS
( Department of Defense, Department of Energy, U.S. Environmental Protection
Agency, Cray Research), etc.). (vide matéria de Dezembro 2001
- ABAS INFORMA).
Figura 1 - Exemplo de determinação de PPP com o programa
WHPA para uma região nos EUA.
Dr. Michel W. Kohnke é consultor senior da
Waterloo Hydrogeologic Inc.
Tel: 1 (519) 746-1798 R.241 (Waterloo, Canada)
(11) 3030-9344 (São Paulo)
E-mail: mkohnke@flowpath.com
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