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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