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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.44.2020.tde-15032021-105715
Document
Author
Full name
Rodrigo Maciel Grossi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Suhogusoff, Alexandra Vieira (President)
Godoy, Vanessa Almeida de
Tavares, Tatiana Luiz dos Santos
Title in Portuguese
Cadeias de Markov aplicadas à definição de camadas litológicas para modelos numéricos de fluxo de águas subterrâneas
Keywords in Portuguese
Geoestatística
Modelagem numérica de fluxo e águas subterrâneas
Probabilidades de transição
Sedimentologia
Simulação estocástica
Abstract in Portuguese
Um modelo numérico de fluxo de águas subterrâneas adquire reconhecimento como ferramenta de trabalho, ou simplesmente como uma ferramenta que ajuda a estruturar o raciocínio, na mesma medida de sua desenvoltura em lidar com o grande número de variáveis que se julgue partes complementares de um problema complexo, tais como todas aquelas relacionadas à gestão de passivos ambientais identificados em determinada porção de um aquífero. Esta pesquisa procura discutir as premissas utilizadas na definição do arcabouço geológico de uma simulação de fluxo, tendo como linha mestra de orientação a aptidão das cadeias de Markov como uma técnica estocástica ou probabilística de interpolação com superiores resultados em relação às abordagens tradicionais, das inferências geológicas manuais às técnicas determinísticas baseadas na variância espacial. O modelo numérico desenvolvido simula a retenção de partículas por uma barreira hidráulica nos contextos determinístico e estocástico-markoviano, para dados de uma área localizada no município de Guarulhos, São Paulo, região formada por depósitos sedimentares de reconhecidas altas taxas de heterogeneidade e anisotropia deposicional. Acredita-se que foram alcançados bons resultados para as realizações equiprováveis de blocos-diagrama advindas do entendimento e aplicação prática do algoritmo Tprogs, cujo funcionamento é calcado em uma análise dual de princípios tanto matemáticos, da geoestatística, quanto geológicos, da sedimentologia. De um mesmo modelo numérico de fluxo colocado sob iguais premissas de funcionamento, porém com a exclusiva variação da distribuição espacial, tridimensional, de suas camadas litológicas nas abordagens determinística (MBDD) e estocástica (MBDE), observou-se uma marcada diferença na componente vertical do traçado das partículas. Ao contrário da primeira abordagem determinística, a tendência de maior horizontalidade ou mais forte suporte das partículas no modelo estocástico-markoviano demonstrou, neste contexto, ser a melhor, senão a única opção para o dimensionamento da barreira hidráulica. Cômputos finais dentre as respostas equiprováveis de 20 simulações MBDE, à crescentes incrementos de vazões de bombeamento, indicaram incrementos na eficácia da captação das partículas. De uma curva de probabilidades, de 56% para 72 m3 /dia, 69% para 78 m3/dia e 94% para 84 m3/dia, estimou-se que 100% das partículas devam ser captadas por uma barreira hidráulica mínima, mais eficaz, com vazão total de 96 m3 /dia.
Title in English
Markov chains applied to definite groundwater flow models lithological layers
Keywords in English
Geostatistics, Markov chains of transitional probabilities, Sedimentology, Heterogeneity and anisotropy, Groundwater modelling, Stochastic simulation
Abstract in English
A numerical groundwater flow model acquires its recognition as an important working device, or just an "instrument of thinking", by the same measure which it shows some ability to deal with the large number of complementary variables interacting as parts of a complex problem, such as all related elements of a water management plan dealing with an environmental liability eventually present at a given portion of an aquifer. This research seeks to discuss the premises of the mathematical and geological framework developed by the Markov Chains' approach for a modflow simulation, as a supposed better stochastic interpolation approach in filling the model block-diagram when in comparison with the traditional interpolation techniques, as the manually made geological inferences for transections or related ones, based on the deterministic spatial variance. For a database of a brownfield at the city of Guarulhos, São Paulo state, Brazil, a region formed by sedimentary deposits of recognized high rates of heterogeneity and depositional anisotropy variations, the flow model simulates the retention of particles by a hydraulic containment barrier in the deterministic and stochastic-markovian contexts. Through the understanding and practical application of the Tprogs algorithm, whose operation is based on a dual analysis of both geostatistics and sedimentology principles, it is believed that reasonable better results have been achieved in the design of the block-diagrams required by the numerical simulation. Under the same operating premises of a unique numerical model, varying exclusively the three-dimensional distribution of these lithologies on the deterministic (MBDD) and stochastic (MBDE) approaches, a marked difference of the vertical component of those particle tracks was observed. Given the greater tendency or stronger horizontal support of particles in the stochastic-markovian model, this was the better, if not the unique, reliable approach in dimensioning the needed hydraulic containment system for a somewhat demanding calibration context. Among 20 equiprobable realizations MBDE, increasing increments of pumping flows rates allowed the computation of increasing probabilities of efficiency in capturing all the particles. The final result is a probability curve of 56% (72 m3 /day), 69% (78 m3/day), 94% (84 m3 /day), and 100% of the particles captured by a minimum, more effective hydraulic barrier total flow of 96 m3/day
 
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Publishing Date
2021-03-24
 
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