INTERPRETAC O ES BA SICAS E AVANC ADAS DE TESTES DE BOMBEAMENTO EM AQUI FEROS. Ingo Wahnfried Universidade Federal do Amazonas

Transcrição

1 INTERPRETAC O ES BA SICAS E AVANC ADAS DE TESTES DE BOMBEAMENTO EM AQUI FEROS Ingo Wahnfried Universidade Federal do Amazonas iwahnfried@ufam.edu.br

2 O que é? Técnica de campo para determinação dos parâmetros hidráulicos do aquífero Execução: Bombeamento de poço com vazão (Q) constante (mais comum) ou variável (escalonado) Monitoramento do nível dinâmico de água (ND) em função do tempo (t)

3 Objetivos: parâmetros hidráulicos Transmissividade (T) Armazenamento (S s ou S y ) K horizontal / K vertical K de aquitarde (drenança)

4 Objetivos Determinar a vazão limite dos sistemas aquíferos Determinar o raio do cone de rebaixamento dos poços Determinar a eficiência do poço (escalonado) Coletar amostras de água para análise Possibilitar inferências sobre o tipo de aquífero

5 Tipos de aquíferos Livres Porosidade primária Semi-confinados Porosidade secundária Confinados Dupla porosidade

6 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

7 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

8 Confinado Semi-confinado Livre Presença de barreiras Modificado de FREEZE & CHERRY (1979)

9 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

10 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

11 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

12 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

13 Tipos de aquíferos Kruseman e de Ridder 1994

14 Qual é a duração ideal? Tipo de aquífero Semi confinado 15 a 20h Confinado 24 h Livre 72 h Precisão desejada: no início do bombeamento rebaixamento e mudança da vazão são rápidos Vale a pena economizar algumas horas de campo depois de ter organizado e deslocado toda a equipe?

15 Pressupostos gerais Aquífero infinito, homogêneo, isotrópico e com espessura constante* O NA é horizontal e estático antes do teste** Poço é bombeado com vazão constante* Armazenamento de água dentro do poço é desprezível* Poço total ou parcialmente penetrante* Aquífero livre, semi-confinado ou confinado * Existem outras soluções analíticas que abordam situações distintas das apresentadas ** Variações de NA causadas por outros poços, maré, pressão atmosférica, etc., podem ser corrigidas, dependendo do caso

16 Critérios de seleção da área As condições hidrogeológicas devem ser representativas do aquífero a ser testado A geologia local deve ser bem conhecida Não devem haver poços de bombeamento próximos ao local (interferências) Caso existam, e possam ser desligados, é uma grande vantagem, pois podem ser usados para monitoramento do ND Acesso a energia Segurança no local, inclusive à noite

17 Estudos preliminares Reunir a maior quantidade possível de informação a respeito da geologia do local (empresas de perfuração, estudos anteriores, etc.) Determinar o tipo de aquífero e a existência de camadas confinantes, e espessuras das camadas Conhecer bem o perfil construtivo do poço Determinar a extensão lateral das unidades, e a presença de limites negativos (zonas impermeáveis) ou positivos (zonas de recarga) Obter dados sobre o sistema de fluxo de água: gradiente hidráulico, existência de fluxo vertical, variações naturais de NA e suas causas

18 Preparação do teste Dimensionar equipamento de bombeamento: diâmetro do poço, profundidade do NE e ND, vazão Determinar equipamento de medição da vazão (erro <5%): < 20 m 3 /h = tambor aferido ou hidrômetro aferido > 20 m 3 /h = orifício calibrado ou hidrômetro aferido ou Hidrômetro adequado à vazão a ser usada qual? Registro para controle da vazão Medidor de NA compatível com o ND esperado

19 Vazão: orifício calibrado O que medir e como astm.nufu.eu

20 O que medir e como

21 Teste de vazão escalonado Kruseman e de Ridder 1994

22 Início do teste de Q constante Medição do nível d água antes do início do bombeamento Posicionamento das pessoas: medição de NA anotação do NA e cronômetro medição, anotação e regulagem da vazão Início do bombeamento: alta frequência de medições e de regulagem da vazão

23 Início do teste de Q constante Tempo decorrido Intervalo entre medições 0 2 min 10 s* 2 5 min 30 s 5 15 min 1 min min 5 min min 10 min 100 min 5 h 30 min 5 48 h 60 min * No início as medições podem ser feitas em função de variação do NA, para agilizar a anotação. 48 h 6 dias 8 h Kruseman e de Ridder 1994

24 Traduzido de FREEZE & CHERRY (1979) Tipos de poços

25 Tipos de poços

26 Alguns métodos de interpretação Método de Interpretação Tipo de Aquífero Estado Estacionário* Estado Transiente Confinado Thiem (1906) Theis (1935) Semi-confinado De Glee (1951) Walton (1962), Hantush (1956) Livre Dupuit (1863) Neuman (1975) * ou pseudo-estacionário

27 Confinado,estacionário: Thiem (1906) Q PM1 PM2 Pelo menos dois piezômetros s 1 s 2 Camada confinante r 1 r 2 Aquífero (confinado) b Aquiclude

28 Confinado,estacionário: Thiem (1906) Q PM1 PM2 s 1 s 2 r 1 r 2 b ( ) Q = 2pKb s - s m1 m2 æ 2,3log r ö 2 ç è ø r 1

29 Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935) Premissas Aquífero confinado, de extensão infinita, homogêneo, isotrópico e tem espessura constante. Antes do teste, a superfície potenciométrica é horizontal, ou quase horizontal. Poço totalmente penetrante (no mínimo 2/3 da profundidade total do aquífero). Fluxo se dá em estado transiente, ou seja, o rebaixamento em função de tempo não é desprezível. A vazão é mantida constante durante todo o teste.

30 s (m) Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935) Curva teórica Dados de campo 10 Theis Fonte: FETTER (2001) tempo (min)

31 Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935) Fonte: FREEZE & CHERRY (1979)

32 Aquífero confinado, estado transiente: Theis (1935) Os parâmetros W(u) e u são termos simbólicos que expressam a função integral exponencial s = Q 4 T e u u u s = Q 4 T W ( u) u = 2 r S 4Tt Cálculo de T e S: T QW ( u) 4 s 4uTt S = r = 2

33 Aquífero semi-confinado Aquífero livre Aquitarde Aquífero Semi-confinado A água extraída tem origem: a) expansão da água e compressão do aquífero b) drenança do aquífero superior e/ou inferior

34 Aquífero semi-confinado, estado transiente: Walton (1962) Premissas Aquífero (semi-confinado) e aquitarde homogêneos, isotrópicos, com extensão infinita, espessura uniforme Nível d água horizontal antes do bombeamento Bombeamento com vazão constante Fluxo no aquitarde é vertical Rebaixamento no aquífero não bombeado e no aquitarde é desprezível

35 Aquífero semi-confinado, estado transiente: Walton (1962) Premissas Poço de bombeamento totalmente penetrante no aquífero semi-confinado A água bombeada vem do armazenamento do aquífero e a drenança pelo aquitarde é instantânea com a queda da carga hidráulica Mudanças de armazenamento no aquitarde é desprezível (aquitarde incompressível)

36 Walton (1962) Q s = W u, 4 T r L u = 2 r S 4Tt L = bkc c = ' b K ' = 2 L Kb

37 Walton (1962) Q s = W u, 4 T c u L = = = ' b K 2 r S 4Tt ' bkc = r L 2 L Kb L = fator de drenança [C] c = resistência hidráulica do aquitarde [T] r = distância entre poço de monitoramento e de bombeamento b = espessura saturada do aquitarde [C] K = condutividade hidráulica vertical do aquitarde [C]/[T]

38 Aquífero livre A água extraída tem origem: a) descompressão da água e rearranjo dos grãos (S s : armazenamento específico); b) Drenança do aquífero pela gravidade (S y : vazão específica)

39 Aquífero livre

40 Aquífero livre, estado transiente: Premissas Neuman (1975) Aquífero livre homogêneo, isotrópico ou anisotrópico, infinito Nível d água horizontal antes do bombeamento Bombeamento com vazão constante Fluxo de água radial para o poço Poço de bombeamento totalmente penetrante no aquífero Água bombeada vem do armazenamento do aquífero (fase I) e da drenança (Fases II e III)

41 Neuman (1975) 1ª Etapa Fase I a) água liberada do armazenamento através da compactação do meio poroso e expansão da água b) a curva segue a equação de Theis

42 Neuman (1975) 2ª Etapa Fase II a) água liberada da zona vadosa em resposta ao rebaixamento dos níveis potenciométricos; b) a recarga do aquífero pela drenança diminui o rebaixamento.

43 Neuman (1975) 3ª Etapa Fase III a) equilíbrio entre rebaixamento e drenagem b) a curva segue a equação de Theis, com vazão específica c) Pode levar muito tempo para este ponto ser atingido (48h ou +)

44 Neuman (1975) Fase I Fase II Fase III

45 Neuman (1975) rebaixamento 1/uA 1.E-01 1.E-00 1.E+01 1.E+0 1,E E+03 1.E E+05 1.E+06 1.E+07 1,E+01 1,E+00 1,E-01 1,E-02 1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 tempo

46 Neuman (1975)

47 Neuman (1975) s Q = W u A, 4 T ( ) u A = r2 S S 4Tt

48 Neuman (1975) s Q = W u B, 4 T ( ) u B = r 2 S y 4Tt Importante: alguns autores subtstituem por b

49 Neuman (1975) Parâmetro de Neuman (gama) Condição de uso: = r b 2 2 K K v h S y /S S > 10 Sendo: S y : Vazão específica K v = condutividade hidráulica vertical K h = condutividade hidráulica horizontal S S : Armazenamento específico

50 Referências Neuman, S.P. 1975, Analysis of pumping test data from anisotropic unconfined aquifers considering delayed gravity response. Water Resources Res., Vol. 1I, pp Kruseman, G. P. & de Ridder N.A., 1994, Analysis and evaluation of pumping test data, 2a ed. International Institute for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, The Netherlands, 377p. Theis, C.V The relation between the lowering of the piezometric surface and the rate and duration of discharge of a well using groundwater storage. Trans. Amer. Geophys. Union, Vol. 16,pp Thiem, G Hydrologische Methoden. Gebhardt, Leipzig, 56 pp. Walton,W.C Selectedanalyticalmethods for well and aquifer evaluation. Illinois State Water Survey Bull., No. 49; 81 pp.

51 Obrigado! Ingo Wahnfried Universidade Federal do Amazonas