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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.2010.tde-07072010-163245
Documento
Autor
Nome completo
Ingo Daniel Wahnfried
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2010
Orientador
Banca examinadora
Hirata, Ricardo Cesar Aoki (Presidente)
Campanha, Ginaldo Ademar da Cruz
Gastmans, Didier
Kiang, Chang Hung
Riccomini, Claudio
Título em português
Modelo conceitual de fluxo do Aquitarde Serra Geral e do Sistema Aquífero Guarani na região de Ribeirão Preto, SP
Palavras-chave em português
Aquífero Fraturado
Aquífero Guarani
Modelo Conceitual de Fluxo
Recarga
Ribeirão Preto (SP)
Resumo em português
O presente trabalho teve como principais objetivos testar a existência de drenança através do aquífero fraturado Serra Geral (ASG) para o Sistema Aquífero Guarani (SAG), estabelecer o modelo conceitual de fluxo destes aquíferos, e determinar seus parâmetros hidráulicos, em local onde o ASG possui ao redor de 100 m de espessura. O local escolhido fica aproximadamente 9 km a sul da cidade de Ribeirão Preto, SP. O estudo fez parte de um projeto de pesquisa mais amplo denominado FRATASG, do Instituto Geológico (Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo). Os métodos geofísicos de superfície caminhamento elétrico (CE), sondagem elétrica vertical (SEV) e levantamento áudio-magnetotelúrico de fonte controlada (CSAMT) foram usados com o intuito de localizar zonas hidraulicamente ativas no basalto, e determinar a espessura e profundidade das camadas geológicas, para a locação de três poços perfurados no ASG. Ao lado de um poço de produção já existente no SAG (Poço Esmeralda - PE), foram construídos dois piezômetros com aberturas no ASG e SAG. Descontinuidades planares verticais no basalto, associados a lineamentos, foram detectadas em metade dos CEs e das seções realizadas com o método CSAMT, sendo que uma destas seções indicou continuidade de duas fraturas entre SAG e ASG. Para realizar testes hidráulicos e coletar amostras em profundidades discretas no ASG, foram construídos obturadores pneumáticos, baseados em modelos produzidos pelo Serviço Geológico Americano (USGS), que foram adaptados a equipamentos existentes no Brasil. Neste trabalho é feita descrição dos equipamentos, de suas aplicações, dos levantamentos prévios necessários para seu uso, os procedimentos de campo e as interpretações de alguns tipos de ensaio e coletas de amostras. Com o intuito de calcular os parâmetros hidráulicos do SAG e do ASG, foram realizados um teste de bombeamento de 171 horas no poço de produção do SAG, com monitoramento nos piezômetros, e testes hidráulicos em intervalos discretos em um poço do ASG (Poço Limeira - PL), isolados com os obturadores pneumáticos. Durante todos os ensaios de bombeamento, e em mais dois poços já existentes, abertos no ASG, foram coletadas amostras para análise hidroquímicas e, em amostras selecionadas, dos isótopos ³H, ²H, 'ANTPOT.18 O', 'ANTPOT.13 C' e 'ANTPOT.14 C'. No SAG, o rebaixamento registrado nos dois piezômetros permitiu identificar a existência de anisotropia neste aquífero, com relação entre transmissividade máxima ('T IND.máx' = 'T IND.x' =160 m²/d) e mínima ('T IND.mín.' = 'T IND.y' = 103 m²/d) é de 1,55, sua condutividade hidráulica (K = 4,6x'10 POT.-1' m/d e 7,0x'10 POR.-1' m/d), e armazenamento (S = 1,6x'10 POT.-3' e 8,4x'10 POT.-4', sempre para os piezômetros PPE-1G e PPE-2G respectivamente, localizados em direções distintas em relação ao PE). A anisotropia provavelmente é causada pelos planos de sedimentação das dunas eólicas da Formação Botucatu. Também foram realizados dois testes com traçadores no PE, com injeção no SAG e no ASG e coleta no SAG, que permitiu a obtenção da porosidade efetiva do SAG no local, entre 18,8 e 20,3%. No ASG, os testes hidráulicos permitiram a identificação das zonas mais transmissivas, sempre formadas por fraturas sub-horizontais. A transmissividade (T) de intervalos reduzidos variou entre 5x'10 POT.-2' a 3x'10 POT.-1' m2/d, e a existência de comportamento análogo ao de dupla porosidade no basalto, causado pela presença de vesículas e fraturas sub-verticais associadas às fraturas subhorizontais. As análises químicas mostram uma evolução com a profundidade, com o aumento de Na+K. Isto permitiu uma clara diferenciação entre as amostras coletadas em profundidades rasa, de 16 m, intermediária, de 25 m, e profunda, coletada a 55 m. O mesmo agrupamento é encontrado nos isótopos estáveis, e os radioativos indicam idade maior nas águas mais profundas do ASG. As amostras do SAG se assemelham mais às águas rasas do ASG, hidroquimica- e isotopicamente. Os resultados mostram pouca ou nenhuma conectividade entre SAG e ASG, e uma circulação preferencial rasa e horizontal dentro do ASG.
Título em inglês
Conceptual flow model for the Serra Geral aquitard and the Guarani Aquifer system in Ribeirão Preto, SP
Palavras-chave em inglês
Conceptual Flow Model
Fractured Aquifer
Guarani Aquifer
Recharge
Ribeirão Preto (SP)
Resumo em inglês
The main objectives of the present thesis were to test the existence of leakage through the fractured Serra Geral Aquifer (SGA) to the Guarani Aquifer System (GAS), create a conceptual flow model for both aquifers, and obtain their hydraulic parameters, at a location where the SGA-forming basalt has 100 m thickness. The chosen area is 9 km to the south of Ribeirão Preto, São Paulo State, Brazil. The study is part of a research project called FRATASG, from the Geological Institute (São Paulo Environmental Secretariat). Surface geophysical methods (vertical electrical sounding, electric resistivity survey and controlled source audiomagnetotelluric survey - CSAMT) were used to locate fractures in the basalt that are possibly hydraulically active, and also to determine the contact depths between overburden, basalt, and the eolian sandstones that form the GAS. Vertical low electric-resistivity planar features were identified in the basalt, at locations were lineaments were described, in half of the electric resistivity and CSAMT surveys, and one of the latter showed continuity of the feature down to the GAS. This was interpreted as possible water bearing fractures, and was used to define the location of three wells in the SGA. Two piezometers were also drilled, open to both SGA and GAS, close to an existing production well in the GAS (Esmeralda Well - PE). To collect discrete depth samples in the SGA, a pneumatic packer system was built, based on models used by the USGS, adapting equipment that is available in Brazil. The system, as well as other equipment used, the procedures and interpretation of the hydraulic tests and sample collection at discrete depths, are described. A 171 hour long pumping test was executed in the GAS, where anisotropy was identified, probably caused by the sedimentary layering present in the eolic dunes in the sandstone. The highest transmissivity, 'T IND.max' = 'T IND.x', is 160 m²/d, and the lowest transmissivity, 'T IND.min' = 'T IND.y', is 103 m²/d. The correlation between Tmax / Tmin is 1,55. Hydraulic conductivity (K) is 4,6x'10 POT.-1' m/d and 7,0x'10 POT.-1' m/d, and storativity (S) is 1,6x'10 POT.-3' and 8,4x'10 POT.-4', determined respectively at piezometers PPE-1G and PPE-2G, located at different directions from PE. Dye-tracer tests were also conducted, with injection in GAS and SGA, and collection in the GAS. The effective porosity was determined, ranging from 18,8 to 20,3%. Several hydraulic tests were done in discrete depths in the SGA, in one well. The transmissivity (T) of small intervals ranges between 5x'10 POT.-2' and 3x'10 POT.-1' m²/d. The highest T of individual features is always associated to sub-horizontal fractures. The drawdown curve showed double porosity behavior in the basalt, caused by vesicules and sub-vertical fractures connected to the sub-horizontal ones. Water samples were collected during all pumping tests, in the GAS, in two open wells in the SGA and in discrete zones in this aquifer, for hydrochemical analysis. Stable and radioactive isotope analysis (³H, ²H, ' ANTPOT.18 O', 'ANTPOT.13 C' and ' ANTPOT.14 C') were done with selected samples, both from GAS and ASG. The fractured aquifer shows and hydrochemical evolution with depth, with Na+K increase. Samples can thus be grouped as shallow (around 16 m depth), intermediate (around 25 m) and deep (around 55 m). The same groups are found in the stable isotope results, whereas the radioactive show an age increase with depth. Samples from GAS are isotopically and hydrochemically closer to the shallow waters from the SGA. It can thus be concluded that the connection between both aquifers is very limited, or not present, and water flow in the SGA is mostly horizontal and shallow.
 
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IW.pdf (7.34 Mbytes)
Data de Publicação
2010-08-17
 
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