Modelagem hidrogeológica de uma sub-bacia hidrográfica da Zona da Mata de Minas Gerais

Abstract

Estima-se que 35% da população brasileira são abastecidos por águas subterrâneas e o seu uso aumenta a cada década. Alguns estados, como São Paulo, Maranhão e Piauí possuem a maioria de seus municípios abastecidos por mananciais subterrâneos. Logo, é necessário não apenas o conhecimento acerca das disponibilidades hídricas subterrâneas do país, mas também a proteção dos aquíferos e a compreensão de seu comportamento, permitindo que a gestão desses recursos possa ser realizada de forma adequada. A modelagem hidrogeológica é uma das ferramentas mais utilizadas neste processo. Esse é o contexto em que se insere o presente trabalho, que consiste na modelagem hidrogeológica da sub-bacia hidrográfica do Córrego Palmital, localizada no município de Viçosa, Zona da Mata de Minas Gerais. A caracterização desenvolvida compreendeu diversas atividades de campo como seis seções de levantamentos com GPR (Radar de Penetração do Solo), dez furos de sondagem, várias coletas de amostras de solo para análise táctil-visual, alocação e monitoramento do nível da água em 6 poços e ensaio de slug test em 4 deles. A caracterização também se baseou em outros trabalhos realizados na área, principalmente nos de Andrade (2010) e Betim (2013). O cálculo do balanço hídrico e a estimativa da recarga através dos hidrogramas do monitoramento dos poços também fizeram parte da caracterização da área, compondo também o modelo conceitual da sub-bacia. De posse desses dados, foram determinadas as condições iniciais, condições de contorno e as características da malha do modelo, dentre outras informações pertinentes, gerando-se o modelo hidrogeológico computacional por intermédio do software Visual Modflow®. Depois de criado, o modelo numérico passou por um processo de calibração envolvendo o software WinPest®, resultando em um desvio padrão normalizado de 7,1 % e no refinamento das condutividades hidráulicas iniciais. Também se obteve uma boa correlação entre os dados de carga simulados e os dados de carga observados em campo nas 10 referências utilizadas, entre poços e nascentes. Após a calibração, o modelo foi validado com base na localização de outras 9 nascentes existentes na bacia, o que gerou um desvio padrão normalizado de 8,0 %. O aquífero simulado, caracterizado como poroso e livre, é extenso, cobrindo grande parte da bacia até uma profundidade máxima em torno de 30 m, sendo este o limite inferior de modelagem, nesta pesquisa. O fluxo subterrâneo ocorre dos locais de maior cota para a rede de drenagem ou para as áreas mais baixas da sub-bacia. Uma vez calibrado e validado, o modelo teve a sensibilidade de seus parâmetros analisada, tendo sido constatado que os parâmetros condutividade hidráulica e recarga influenciam fortemente o modelo, enquanto que a condutância dos drenos exerce pouca influência. Por fim, foram simulados dois cenários hipotéticos em que foram inseridos poços de bombeamento que trabalhavam com a mesma vazão, todos com 12 m de profundidade, com seção filtrante localizada nos 2 m finais. Nos cenários 1 e 2, as vazões usadas nas simulações foram de 1 e 3 m3·d-1, respectivamente. Observou-se nos cenários simulados que os impactos ao aquífero são mais fortes para a maior vazão provocando alterações mais visíveis das equipotenciais. Não se obervaram mudanças significativas na direção ou na magnitude do fluxo hídrico subterrâneo. As alterações provocadas pelas simulações são facilmente notadas nos locais de maiores cotas devido à proximidade com as bordas do aquífero.

It is estimated that 35% of Brazil s population are supplied by groundwater and its use increases continuously. Some states, such as São Paulo, Maranhão and Piauí have most of its municipalities served by groundwater sources. Therefore it is necessary not only acquire knowledge about the country's underground water availability, but also the protection of its aquifers and the understanding of their behavior, allowing the management of those resource. The hydrogeological modeling is one of the most used tools in this process. This is the context related to the present work, which consists of the hydrogeological modeling of the Palmital watershed, located in Viçosa, Zona da Mata, Minas Gerais. The modeling process was based on a detailed characterization of the watershed comprising the basis of the area s hydrogeological conceptual model. The characterization included several field activities like six GPR tests, ten survey boreholes, several collections of soil samples for tactile-visual analysis, allocation and monitoring of water level in 6 wells and slug tests in 4 of them. The water balance calculation and estimation of recharge through the hydrographs of monitoring wells were also part of the characterization of the area. This data helped in determined the initial and boundary conditions and the characteristics of the model´s mesh, among other relevant information, allowing the generation of the computational hydrogeological model throughout Visual Modflow® software. Once created, the numerical model went through a calibration process involving WinPest® software, resulting in a normalized standard deviation of 7.1 % and refinement of some hydraulic conductivity parameters. This method has resulted in a good correlation between simulated head data and observed head data (in the field) at the 10 references (wells and springs) used in the calibration. After calibration, the model was validated throughout others 9 springs on the watershed, resulting in a normalized standard deviation of 8.0 %. The simulated aquifer, characterized as porous and free, is widespread, covering much of the basin until a depth of 30 m, which is the lower modeling for the present work. The groundwater flow occurs from areas of higher elevation to the drainage network or to the lower areas of the sub-basin. Once calibrated and validated, the model had its parameters sensitivity evaluated and was found that the hydraulic conductivity and recharge parameters strongly influence the model while conductance of drains have little influence on it. Finally, two hypothetical scenarios were simulated. In each one of them pumping wells were entered into the model, working all with the same flow rate. All wells were installed with 12 m depth, the 2 final meters being its screened interval. The simulations ran with flow rates of 1 and 3 m3·d-1. It was observed that for simulated scenarios, impacts on the aquifer were stronger for higher flow rates, causing the most visible changes of equipotentials curves. Although, insignificant changes in the direction or magnitude of the underground water flow were noted. The changes caused by simulations were easily noticed in places of higher height due to proximity to the edges of the aquifer.