COMUNICAÇÃO TÉCNICA - IPT · Franca, 18 de Março de 2016 CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS EM AQUÍFEROS LIVRES Conhecendo a Água Subterrânea da BH - Sapucaí Mirim/Grande

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. ___________________________________________________________________________________________________

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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



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



Tipos de Porosidade

Tipos de Aquíferos

Identificando Água subterrânea e Aquíferos

Aquífero Livre



Aquífero Livre x Aquífero Confinado

X

Y

Z

Tipos de Aquíferos




Aquífero Livre x Aquífero Confinado

Tipos de Aquíferos




O que é contaminação das águas subterrâneas?



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?



Spitz & Moreno (1996)

Como se dá a contaminação das águas subterrâneas?



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?




Fontes Pontuais Fontes Difusas

Quais os tipos de fontes de contaminação?



Fontes Pontuais e Difusas

Classificação das Fontes segundo POSH



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.



BH Sapucaí Mirim/Grande?



Fontes de Contaminação x Comportamento de Contaminantes

Única Fase - Miscível

MultiFase - Imiscível Conservativo

Não- Conservativo

Sem ≠ de densidade

≠ densidades




Contaminação por composto Imiscível Leve





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



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





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





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





o Dispersão

22

o Dispersão

Spitz & Moreno (1996) L > TH > TV

Pode variar de cm a

métrica, dependendo

da escala






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 LLC

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).



Física: Forças de Van der Waals

Química: Reação reversível ou não




o Adsorção / Retardação


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).






Exemplos de

Mecanismos de

Transporte

Sabendo como ocorre a contaminação de um aquífero



Como estão os nossos aquíferos em relação à contaminação?!

Áreas Contaminadas no Brasil

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%

Contaminantes

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?



METODOLOGIA

Vulnerabilidade Natural dos Aquíferos

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.



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




Prevenção de Contaminação Futura




Manejo de Fontes Potenciais de Contaminação Existentes




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



Pluma no tempo t=810 Pluma no tempo t=11760

30 a

nos d

epois

....

.

Modelo de Transporte / Prognósticos de plumas

Tavares (2008)




Prognósticos de Remediação

Walter et al. (1994)

Pré Barreira Reativa Pós 04 anos de BPR Pós 20 anos de BPR







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

TAVARES, T. L. S. Aplicação de modelo matemático para fluxo de água subterrânea.

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

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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.

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