HIDROGEOLOGIA. Acção de Formação Modelos Hidrogeológicos: Elaboração e Experimentação. Novembro de 2004

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1 HIDROGEOLOGIA Acção de Formação Modelos Hidrogeológicos: Elaboração e Experimentação Novembro de 2004

2 Sumário 1. Conceitos: condutividade hidráulica, transmissividade e coeficiente de armazenamento 2. Formações hidrogeológicas 2.1. Classificação das formações geológicas relativamente à vocação aquífera: aquífero, aquitardo, aquicludo e aquífugo 2.2. Tipos de aquíferos: Aquíferi livre, cativo e semi-cativo 3. Fluxo subterrâneo em meios porosos e em meios fracturados 3.1. Lei de Darcy e lei cúbica 3.2. Cálculo da condutividade hidráulica 4. Exploração de aquíferos 4.1. Conceitos: rebaixamento, cone de depressão, perda de carga, raio de influência, regime permanente e regime transitório 4.2. Comportamento dos aquíferos face a uma situação de exploração 4.3. Parâmetros hidráulicos de formações aquíferas

3 Condutividade Hidráulica de Materiais A experiência de Darcy Estudou o movimento da água através de camadas de areia usadas em filtros; Verificou que o caudal de fluxo através dos filtros de areia é proporcional à diferença de alturas de água entre os extremos dos mesmos e inversamente proporcional ao seu comprimento. Verificou ainda que o mesmo caudal é função de uma propriedade intrínseca dos materiais K: condutividade hidráulica, a qual difere de material para material.

4 Adaptado de Fetter (2001), Prentice Hall 598p Q = KA h a L h b

5 Medição da Condutividade Hydráulica h a L h b = dh dl Gradiente hidráulico Q A = q Caudal específico Adaptado de Fetter (2001), Prentice Hall 598p

6 Relação da Condutividade Hidráulica com as Propriedades do Meio e do Fluido Permeabilidade K = Cd 2 γ µ Factores do Fluido: γ -Peso específico; µ - Viscosidade Factores do Meio Permeabilidade K = 3 Nb 12 γ µ C factor de forma d diâmetro das partículas N Número de fracturas por m 2 b abertura das fracturas

7 Condutividade Hidráulica de Sedimentos Exemplos Condutividade Hidráulica de Rochas Cristalinas Adaptado de Domenico & Schwartz (1990), Wiley, 824p Adaptado de Fetter (2001), Prentice Hall 598p

8 Volume Representativo e Efeito de Escala Adaptado de Domenico & Schwartz (1990), Wiley, 824p

9 Aquíferos Conceitos Aquífero - é uma unidade geológica que pode armazenar água e transmiti-la a taxas suficientemente rápidas que permitam o normal abastecimento de um furo de captação. Camada confinante É uma unidade geológica com pouca ou nenhuma permeabilidade, localizada a teto ou muro de um aquífero. As camadas confinantes podem sub-dividir-se em: Aquifugo camada totalmente impermeável, ou seja, camada que não armazena nem transmite água. Aquitardo camada de baixa permeabilidade capaz de armazenar água e transmiti-la lentamente de um aquífero para outro. De acordo com a sequência natural das camadas aquíferas e confinantes, podem distinguir-se três tipos de aquíferos: ϒ Aquífero livre Limitado a teto pela superfície do terreno e a muro por um aquífugo. ϒ Aquífero cativo Limitado a teto e a muro por um aquifugo. ϒ Aquífero semi-cativo Limitado a teto ou a muro por um aquitardo.

10 Exemplos

11 Características Hidráulicas de Aquíferos Até ao momento fez-se a caracterização de materiais aquíferos de forma intrínseca, ou seja, sem considerar os aspectos relativos à dimensão e factores externos (pressão) associados aos mesmos. Relativamente à dimensão: É comum caracterizar-se os aquíferos através da sua transmissividade (T), a qual inclui a espessura do aquífero (b) T = Kb Relativamente à dimensão e pressão: O coeficiente de armazenamento (S) incorpora variáveis como a dimensão, compressibilidade da massa mineral e compressibilidade da água S = S y + bs s = S y + bρ w g(α+nβ) S y cedência específica; S s armazenamento elástico α compressibilidade do esqueleto; β compressibilidade da água Aquíferos livres Aquíferos cativos

12 Coeficientes de Armazenamento em Aquíferos Livres e Cativos

13 Ilustração do conceito de compressibildiade da água (a) Aquífero vazio (b) Recarga (aquífero livre) (c) Recarga (aquífero cativo) (d) Bombagem em aquífero cativo recuperação da água elástica (e) Situação limite de aquífero cativo Adaptado de Domenico & Schwartz (1990), Wiley, 824p Adaptado de Fetter (2001), Prentice Hall 598p

14 Estimativa de Parâmetros Hidráulicos Métodos Pontuais: Ensaios de Bombagem Exemplo: aquífero cativo em regime transitório h 0 - h = s = 2.3Q T = 4π s 2.25Tt S = 2 r 2.3Q 2.25Tt log 4ππ r 2 S Discharge well (E3, left axis) Observation well (E5, right axis) Adaptado de Fetter (2001), Prentice Hall 598p s/q x 10 3 (s/m 2 ) s/q x 10 3 (s/m 2 ) 10 5 Adaptado de Pacheco (2002) Journal of Hydrology, 259: t (min) 0

15 Efeitos de Barreira Adaptado de Domenico & Schwartz (1990), Wiley, 824p

16 Comportamento à bombagem d 2 = 2d s (m) min t (min) s = Q 2πT ln 2.25Tt rr S i = 2.3Q 2πT log 2.25Tt rr S i

17 Aquíferos em Zonas de Falha Inclinadas Adaptado de Pacheco (2002). Journal of Hydrology, 259:

18 6 Comportamento à bombagem 6 5 s (m) s (m) min t (min) t (min)

19 Período para a evolução linear t = 10 5 s Q = 10-3 m 3 /s 10-3 t = 10 4 s S 10-4 t = 10 3 s 10-5 t = 10 2 s b (m) Adaptado de Pacheco (2002). Journal of Hydrology, 259: s = s f + sv = Q 2πT ln 2.25Tt rr i0 + Q ψt 2πT

20 Portugal Trás-os-Montes Bragança Exemplos: Porto Miranda do Douro 1 - Serpentinitos no Maciço de Morais Vila Real Morais massif Lisboa Km Sobreda Adaptado de Pacheco (2002) Journal of Hydrology, 259: Fault Probable fault Thrust Study area 503 Km 0 1 Km

21 400 m N FZ4 E8 300 m FZ3 E7 Church E1 E10 E9 E4 School 200 m E11 E2 FZ1 E5 E3 100 m Legend: GEc > 10 µ S/m at 30 m depth GEc > 8 µ S/m at 60 m depth E6 FZ2 E FZ Pumping test or well reference name Zone of anomalous conductivity 0 m 0 m 100 m 200 m 300 m 400 m 500 m Adaptado de Pacheco (2002). Journal of Hydrology, 259:

22 Discharge well (E5, left axis) Observation well (E3, right axis) s/q x 10 3 (s/m 2 ) s/q x 10 3 (s/m 2 ) t (min) Adaptado de Pacheco (2002). Journal of Hydrology, 259:

23 Exemplos: Geologia 2 Carreamento da Serra da Padrela

24 Geofísica

25 6 Ensaios de bombagem 6 5 s (m) s (m) min t (min) t (min)

26 Métodos espaciais de diferenças finitas: Monitorização de cotas piezométricas e condutividades eléctricas em poços Portugal P (m) Área de Estudo Bacia Hidrográfica do Rio Sordo h (m) Ec ( µ S /cm) Ponto M (m) P (m) Jul Fev Mar Abr Jul Fev Mar Abr a Exemplo: Bacia do Sordo M (m) Adaptado de Pacheco e Alencoão (em revisão). Journal of Hydrology P (m) a

27 Distribuição temporal e Espacial de h e Ec Jul 2002 NHE (m) 750 Jul 2002 Ec ( µ S) 200 Fev Fev Mar Mar Abr Abr Adaptado de Pacheco e Alencoão (em revisão). Journal of Hydrology φ φ( t = t t 2 ) φ( t1) 2 t 1 φ = s φe φo 2 x 2 φn φs + 2 y 2

28 Estimativa de K, v e n e K = h t h s K (m/s) 2.0E E E E E E-006 v (m/s) 3.0E E E E E E-005 v = Ec t Ec s n e = K v h s n e Adaptado de Pacheco e Alencoão (em revisão). Journal of Hydrology