Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3923778 bytes, checksum: ba62a28da9d2b1f975d52fa2873cd0bc (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The growing importance and use of groundwater turns out to be necessary to evaluate the vulnerability of groundwater to contamination, which can be an important tool for environmental planning. Such evaluation requires a characterization of the physical environment, especially related to its soil and aquifers physical properties, among which the hydraulic conductivity stands out. In this context, this research aims to study the hydraulic conductivity of soils and the assessment of natural vulnerability to groundwater contamination of the Palmital stream watershed, based on a detailed characterization of the study area, located in the rural part of Viçosa city. Furthermore, the research seeks knowledge on the hydraulic conductivity of the soil classes present on the watershed, which are representative of Zona da Mata region, to landfill leachate, in order to verify the possibility of solid waste disposal in natural soil in landfills located in the region hilltops. The characterization of soils hydraulic conductivity at depth was done by the completion of permeability tests in boreholes, in six points on the watershed. The study of hydraulic conductivity of soils also involved the collection of undisturbed soil samples to about 1,0 m deep, at five points on the watershed, with subsequent determination of physical characteristics and performance of variable head permeability tests at laboratory, using water and landfill leachate as fluids. The assessment of the aquifers pollution vulnerability was performed by applying the DRASTIC and GOD methods. The characterization of the study area revealed that the watershed is covered by gneiss residual soils and an unconfined aquifer. Regarding pedology, soils are classified as Red-Yellow Latosols, Red-Yellow Acrisols and Haplic Cambisols. The results obtained in field varied from 10-4 to 10-7 cm.s-1, demonstrating the heterogeneity in soil in relation to the hydraulic conductivity. The results of water permeability laboratory tests have shown that Acrisols have hydraulic conductivity of the order of 10-4 and 10-5 cm.s-1, lower than Latosols and Cambisols, which presented similar values, of the order of 10-3 and 10-4 cm.s-1. The results confirm the effect of the Latosols fabric in its hydraulic behavior compared with other soils with high clay content. The results of leachate permeability laboratory tests have shown that Cambisols have hydraulic conductivity of the order of 10-6 and 10-7 cm.s-1, lower than Latosols and Acrisols. The results of laboratory permeability tests have also demonstrate the hydraulic conductivity of studied residual soils to landfill leachate is lower than to water, mainly due to clogged pores, considering a leachate containing significant amounts of suspended solids. Regarding aquifers vulnerability assessment to contamination, the application of DRASTIC and GOD methods resulted in similar maps and showed the great influence of the depth to water table in the evaluation. The watershed is divided into areas of low and medium vulnerability, the latter being predominant in areas of lower altitude and less wavy relief, where the water table is shallow. In the medium vulnerability areas, there is a risk of groundwater contamination due to the improper disposal of domestic sewage and the presence of animal waste from pig sty, corrals and pastures show that, demonstrating the need for improvement in sanitary structure in the watershed. / A crescente importância e utilização das águas subterrâneas torna fundamental a avaliação da vulnerabilidade à contaminação de aquíferos, a qual pode constituir uma ótima ferramenta de planejamento ambiental. Tal avaliação exige uma caracterização do meio físico, especialmente relacionada às propriedades físicas dos solos e aquíferos, dentre as quais destaca-se a condutividade hidráulica. Nesse contexto, a presente pesquisa tem como objetivos o estudo da condutividade hidráulica dos solos e a avaliação da vulnerabilidade natural à contaminação dos aquíferos da sub-bacia do córrego Palmital, baseada em uma detalhada caracterização da área de estudo, localizada na Zona Rural do município de Viçosa. Além disso, a pesquisa visa o conhecimento sobre a condutividade hidráulica das classes de solo da sub-bacia, representativas da Zona da Mata, ao percolado de aterro sanitário, a fim de avaliar a possibilidade de disposição dos resíduos sólidos sem a adoção de impermeabilização de base em aterros sanitários localizados em topos de morro na região. A caracterização da condutividade hidráulica dos solos em profundidade foi feita através da realização de ensaios de permeabilidade (infiltração) em furos de sondagem, acima do nível d água, em seis pontos da sub-bacia. O estudo da condutividade hidráulica dos solos envolveu também a coleta de amostras indeformadas de solo a cerca de 1,0m de profundidade, em cinco pontos da bacia, com posterior determinação dos índices físicos e realização de ensaios de permeabilidade à carga variável em laboratório, usando água e percolado de aterro sanitário como fluidos. A avaliação da vulnerabilidade à contaminação dos aquíferos foi realizada utilizando os métodos GOD e DRASTIC. A caracterização da área de estudos mostrou que a sub-bacia é coberta por solos residuais de gnaisse e por um aquífero livre. Com relação à pedologia, os solos que cobrem a bacia são classificados em Latossolos Vermelho-Amarelos, Argissolos Vermelho-Amarelos e Cambissolos Háplicos. Os resultados obtidos em campo variaram de 10-4 a 10-7 cm.s-1, evidenciando a heterogeneidade da permeabilidade dos solos em profundidade. Os resultados obtidos nos ensaios de permeabilidade em laboratório utilizando água mostraram que os Argissolos possuem condutividade hidráulica da ordem de 10-4 e 10-5 cm.s-1, menores que os Latossolos e Cambissolos, os quais apresentaram valores próximos, da ordem de 10-3 e 10-4 cm.s-1. Os resultados obtidos nos ensaios de permeabilidade em laboratório utilizando percolado mostraram que os Cambissolos possuem condutividade hidráulica da ordem de 10-6 e 10-7 cm.s-1, menores que os Latossolos e Argissolos. Os resultados confirmam o efeito da estrutura dos Latossolos em seu comportamento hidráulico, se comparado com outros solos com elevada fração de argila. Os resultados dos ensaios de permeabilidade em laboratório mostraram ainda que a condutividade hidráulica dos solos residuais estudados ao percolado de aterro sanitário é menor do que à água, devido principalmente à obstrução dos poros, considerando percolados com quantidades significativas de sólidos em suspensão. Com relação à avaliação da vulnerabilidade de contaminação dos aquíferos da área, a aplicação dos métodos GOD e DRASTIC resultou em mapas parecidos e evidenciaram a grande influência da profundidade do lençol freático na avaliação. A sub-bacia é dividida em áreas de baixa e média vulnerabilidade, sendo as últimas predominantes nas áreas de menor altitude e relevo menos ondulado, onde o lençol freático é mais raso. Nas áreas de média vulnerabilidade, existe risco de contaminação das águas subterrâneas devido à disposição inadequada de efluentes domésticos e à presença de dejetos animais provenientes de pocilgas, currais e pastagens, demonstrando a necessidade de uma melhoria da estrutura sanitária na sub-bacia.

Capes / A eutrofização atinge diversos reservatórios de abastecimento de água, causando problemas principalmente da ordem operacional e comprometimento da qualidade da água para a população. Algumas tecnologias de tratamento de água passam por um processo de aperfeiçoamento e outras surgem para melhorar a eficiência do tratamento. Este trabalho teve por objetivo avaliar a remoção de cianobactérias e cianotoxinas por meio de coagulação com Moringa oleifera, seguida de microfiltração e nanofiltração. Sendo assim a primeira etapa do trabalho foi o cultivo em laboratório da cianobactéria Microcystis aeruginosa e a determinação de curvas de crescimento deste microrganismo. Na seqüência foram realizados ensaios para verificar a as melhores condições de coagulação/floculação/sedimentação com a solução coagulante de M. oleifera (1%), como respostas foram utilizadas a remoção de células da M. aeruginosa e a redução da turbidez. Foram avaliadas as seguintes variáveis: tempo de coagulação; velocidade rápida, tempo de floculação, velocidade lenta, tempo de sedimentação, turbidez inicial, quantidade de solução coagulante. Em seguida o processo de coagulação/floculação/sedimentação foi associado à microfiltração, nesta etapa foi realizada com água do cultivo e água da Represa do Passaúna –PR contaminada com o cultivo da M. aeruginosa. Por fim, devido à M. aeruginosa cultivada ser tóxica e produtora de microcistina avaliou-se a coagulação/floculação/sedimentação associada à nanofiltração. Os resultados indicam que as melhores condições de coagulação e floculação foram com 2 minutos de coagulação a 80 rpm, e 18 minutos para floculação a 13 rpm tendo uma remoção de células de 95,6 % e uma redução da turbidez de 97,5%. Verificou-se que 60 minutos de sedimentação já foi suficiente para remoções acima de 90% da cianobactéria, e 95% de redução da turbidez. Com relação à quantidade de solução coagulante observou-se um aumento na eficiência dos processos com o aumento da quantidade da solução coagulante, porém em 70 mg essa remoção já não tem grandes variações. A associação da coagulação/floculação/sedimentação com a microfiltração foi positiva, pois após 60 minutos a turbidez chegou a 0 uT e a ausência de células de M. aeruginosa. A retenção da microcistina com a nanofiltração apresentou uma retenção de 87,3% no início, porém com o decorrer do tempo este valor apresentou uma queda para 58,0%. Em resumo, pode-se considerar a associação da o uso da M. oleifera como coagulante com a microfiltração como uma boa alternativa para redução de turbidez e remoção de cianobactérias, assim como o uso da nanofiltração para remoção de microcistina. / The eutrophication affects many reservoirs of water, causing problems, specially the commitment of operational and water quality for the population. Some water treatment technologies go through a process of improvement and others appear to improve treatment efficiency. This work aimed to evaluate the removal of cyanobacterial and cyanotoxins through coagulation with Moringa oleifera, followed by microfiltration and nanofiltration. Thus the first stage of work was growing in the laboratory of the cyanobacterial Microcystis aeruginosa and determination of growth curves of this microorganism. Following tests were conducted to verify the optimal conditions for coagulation/flocculation/sedimentation with coagulant solution of M. oleifera (1%) were used in response to removal of cells from M. aeruginosa and reduced turbidity. The following variables were evaluated: coagulation time, fast speed, time of flocculation, slow speed, time of sedimentation, turbidity initial amount of the coagulant solution. Then the process of coagulation/flocculation/ sedimentation was associated with microfiltration this step was carried out with water end crop water of Passaúna –PR contaminated with the cultivation of M. aeruginosa. Finally, due to M. aeruginosa grown to be toxic microcystin producing and evaluate produce the coagulation/flocculation/sedimentation associated with nanofiltration. The results indicate that optimum conditions for coagulation and flocculation were clotting with 2 minutes at 80 rpm, and 18 minutes for flocculation at 13 rpm with a removal of cells and a 95,6% reduction in turbidity of 97,5%. It was found that 60 minutes was enough sediment removal for over 90% of the cyanobacterial, and 95% reduction in turbidity. With respect to the amount of coagulant solution was observed an increase in process efficiency by increasing the amount of coagulant solution, but at 70 mg such removal no longer has large variations. The association of coagulation /flocculation/sedimentation with microfiltration was positive, because after 60 minutes reached the turbidity 0 uT and the absence of cells of M. aeruginosa. The retention of microcystin with nanofiltration showed a retention of 87,3% at the beginning, but with the passage of time this value showed a decrease to 58,0%. In summary, one can consider adding the use of M. oleifera as a coagulant with microfiltration as a good alternative to reduce turbidity and removal of cyanobacterial, as well as the use of nanofiltration removal of microcystin.

Capes / A eutrofização atinge diversos reservatórios de abastecimento de água, causando problemas principalmente da ordem operacional e comprometimento da qualidade da água para a população. Algumas tecnologias de tratamento de água passam por um processo de aperfeiçoamento e outras surgem para melhorar a eficiência do tratamento. Este trabalho teve por objetivo avaliar a remoção de cianobactérias e cianotoxinas por meio de coagulação com Moringa oleifera, seguida de microfiltração e nanofiltração. Sendo assim a primeira etapa do trabalho foi o cultivo em laboratório da cianobactéria Microcystis aeruginosa e a determinação de curvas de crescimento deste microrganismo. Na seqüência foram realizados ensaios para verificar a as melhores condições de coagulação/floculação/sedimentação com a solução coagulante de M. oleifera (1%), como respostas foram utilizadas a remoção de células da M. aeruginosa e a redução da turbidez. Foram avaliadas as seguintes variáveis: tempo de coagulação; velocidade rápida, tempo de floculação, velocidade lenta, tempo de sedimentação, turbidez inicial, quantidade de solução coagulante. Em seguida o processo de coagulação/floculação/sedimentação foi associado à microfiltração, nesta etapa foi realizada com água do cultivo e água da Represa do Passaúna –PR contaminada com o cultivo da M. aeruginosa. Por fim, devido à M. aeruginosa cultivada ser tóxica e produtora de microcistina avaliou-se a coagulação/floculação/sedimentação associada à nanofiltração. Os resultados indicam que as melhores condições de coagulação e floculação foram com 2 minutos de coagulação a 80 rpm, e 18 minutos para floculação a 13 rpm tendo uma remoção de células de 95,6 % e uma redução da turbidez de 97,5%. Verificou-se que 60 minutos de sedimentação já foi suficiente para remoções acima de 90% da cianobactéria, e 95% de redução da turbidez. Com relação à quantidade de solução coagulante observou-se um aumento na eficiência dos processos com o aumento da quantidade da solução coagulante, porém em 70 mg essa remoção já não tem grandes variações. A associação da coagulação/floculação/sedimentação com a microfiltração foi positiva, pois após 60 minutos a turbidez chegou a 0 uT e a ausência de células de M. aeruginosa. A retenção da microcistina com a nanofiltração apresentou uma retenção de 87,3% no início, porém com o decorrer do tempo este valor apresentou uma queda para 58,0%. Em resumo, pode-se considerar a associação da o uso da M. oleifera como coagulante com a microfiltração como uma boa alternativa para redução de turbidez e remoção de cianobactérias, assim como o uso da nanofiltração para remoção de microcistina. / The eutrophication affects many reservoirs of water, causing problems, specially the commitment of operational and water quality for the population. Some water treatment technologies go through a process of improvement and others appear to improve treatment efficiency. This work aimed to evaluate the removal of cyanobacterial and cyanotoxins through coagulation with Moringa oleifera, followed by microfiltration and nanofiltration. Thus the first stage of work was growing in the laboratory of the cyanobacterial Microcystis aeruginosa and determination of growth curves of this microorganism. Following tests were conducted to verify the optimal conditions for coagulation/flocculation/sedimentation with coagulant solution of M. oleifera (1%) were used in response to removal of cells from M. aeruginosa and reduced turbidity. The following variables were evaluated: coagulation time, fast speed, time of flocculation, slow speed, time of sedimentation, turbidity initial amount of the coagulant solution. Then the process of coagulation/flocculation/ sedimentation was associated with microfiltration this step was carried out with water end crop water of Passaúna –PR contaminated with the cultivation of M. aeruginosa. Finally, due to M. aeruginosa grown to be toxic microcystin producing and evaluate produce the coagulation/flocculation/sedimentation associated with nanofiltration. The results indicate that optimum conditions for coagulation and flocculation were clotting with 2 minutes at 80 rpm, and 18 minutes for flocculation at 13 rpm with a removal of cells and a 95,6% reduction in turbidity of 97,5%. It was found that 60 minutes was enough sediment removal for over 90% of the cyanobacterial, and 95% reduction in turbidity. With respect to the amount of coagulant solution was observed an increase in process efficiency by increasing the amount of coagulant solution, but at 70 mg such removal no longer has large variations. The association of coagulation /flocculation/sedimentation with microfiltration was positive, because after 60 minutes reached the turbidity 0 uT and the absence of cells of M. aeruginosa. The retention of microcystin with nanofiltration showed a retention of 87,3% at the beginning, but with the passage of time this value showed a decrease to 58,0%. In summary, one can consider adding the use of M. oleifera as a coagulant with microfiltration as a good alternative to reduce turbidity and removal of cyanobacterial, as well as the use of nanofiltration removal of microcystin.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study discusses the mathematical modeling of groundwater flows, and the bases for the development of a numerical model that simulates the flow in unconfined aquifers, affected by singularities like wells and interconnected streams. The main application of the model is directed to urban areas with water wells. Numerical approximations are used to estimate changes of the piezometric levels, groundwater drawdowns and water flow rates in the aquifer caused by simultaneous pumping from multiple wells. In this study, we used the finite differences method for the numerical treatment of the differential governing equation. In this context, all spatial derivatives were discretized by central differences of the second order. Two explicit schemes were used for the treatment of the temporal derivative: the first order Euler scheme, and the fourth order Adams-Bashforth scheme. Two schemes were also used to model the sinks, that is the extraction of water by the wells. The results of these two schemes are compared with a hybrid model that uses analytical solutions in small areas within the radius of influence of the wells, a numerical solution in the remaining area. As a case study, the model is applied to our area situated in the urban fabric of the city of Araguari (MG), in the area of the Bauru aquifer. The model has the potential to help future guidelines for the management of the free aquifers underlying urban areas, intending its best use, and indicating possible saturation places of exploitation. / O presente trabalho aborda a modelagem matemática do escoamento de águas subterrâneas. E os fundamentos para elaboração de um modelo numérico que simule o escoamento em aquíferos não confinados, submetidos a singularidades como poços e córregos interconectados. O modelo visa à aplicação preferencial em zonas urbanas que apresentam poços tubulares distribuídos na sua área. São utilizadas aproximações numéricas com o objetivo de estimar as mudanças nas cotas piezométricas, os rebaixamentos do lençol freático e as velocidades de escoamento da água no aquífero, ocasionadas pelo bombeamento simultâneo de múltiplos poços. Neste trabalho, utilizou-se o método de diferenças finitas para tratamento numérico da equação diferencial governante. Neste contexto, todas as derivadas espaciais foram discretizadas por diferenças centrais de segunda ordem. Dois esquemas explícitos foram utilizados para o tratamento da derivada temporal: o esquema de Euler, de primeira ordem, e o esquema de Adams- Bashforth, de quarta ordem. Também foram utilizadas duas alternativas para modelação do termo sumidouro, que representa a extração de água pelos poços. Os resultados desses dois esquemas são comparados com um modelo híbrido que utiliza soluções analíticas em áreas pequenas, dentro do raio de influência dos poços e, nas outras áreas, uma solução numérica por diferenças finitas. A área de aplicação do modelo situa-se sob a malha urbana da cidade de Araguari (MG), nos domínios do aquífero Bauru. O modelo tem potencial de auxiliar as futuras diretrizes para a gestão de aquíferos livres sotopostos a zonas urbanas, para seu melhor aproveitamento, indicando possíveis lugares de saturação de explotação. / Mestre em Engenharia Civil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paperwork approaches the main aspects related to the study of the Bauru Aquifer, its exploitation and use, as well as its potentialities in the region of Triangulo Mineiro, in special the city of Araguari, where the main focus of this research took place. The aim is to map the hydrological parameters of the Bauru formation, in the urban limits of Araguari, grouping all data raised by the literature, which were found to be spread over several recent studies. It was also used numerical simulations to determine the downgrades, the flow lines and the water flow speed in the aquifer. The knowledge of the parameters and of the flow in the water source is justified since the aquifer is the primary source of the city. Therefore, a numerical study and flow simulations in the Bauru Aquifer was carried out based on the Finite Difference Model for Unconfined Aquifers, thus allowing the study to be more detailed and precise. In order to mapping the hydrogeological parameters, it were gathered information about 65 wells, located mostly in urban areas, where it was attempted to characterize them with values of hydraulic conductibility, storage coefficient, transmissivity and saturated thickness. The survey included data collection in several scientific papers to consolidate a larger amount of data collection over each well; besides computational tasks, such as interpolation of spatial data and map building of the gathered parameters. The importance of the study, in regional terms is justified because The aquifer Bauru is responsible for 100% of public supply of the city of Araguari, being valid in order to assist future guidelines in managing the aquifer system of the region and take better advantage of its resources, pointing possible saturation places due to exploitation, and better monitoring locations, once the apparent speed of the aquifer groundwater is known. / O presente trabalho aborda os principais aspectos relacionados com o estudo do Aquífero Bauru, sua explotação e uso, bem como suas potencialidades na região do Triângulo Mineiro, em especial, na cidade de Araguari (MG), que constitui o principal foco desta pesquisa. Realizou-se um mapeamento dos parâmetros hidrogeológicos da Formação Bauru, na zona urbana de Araguari, agrupando todos os dados levantados pela literatura, os quais encontravam-se dispersos em diversos trabalhos recentes. Também foram utilizadas simulações numéricas para determinar os rebaixamentos, as linhas de fluxo e as velocidades de escoamento da água no aqüífero. O conhecimento dos parâmetros e do escoamento no manancial justifica-se, uma vez que o aqüífero é a principal fonte de abastecimento da cidade. Para tal, foi realizado um estudo numérico e simulações do fluxo no Aquífero Bauru, a partir do Método das Diferenças Finitas para aqüíferos livres, permitindo assim, um estudo mais detalhado e preciso. Para o mapeamento dos parâmetros hidrogeológicos, foram levantados 65 poços, localizados, em sua maioria na zona urbana, onde buscou-se caracterizá-los com os valores de condutividade hidráulica, rendimento específico, transmissividade e espessura saturada. A pesquisa incluiu coletas de dados em diversos trabalhos científicos, tentando totalizar uma maior quantidade de dados a cerca de cada poço; além de trabalhos computacionais, como a interpolação de dados espaciais e a confecção de mapas dos parâmetros levantados. A importância do estudo, em termos regionais, é justificada pelo fato do Aquífero Bauru ser responsável por 100% do abastecimento público da cidade de Araguari, sendo válido como forma de auxiliar as futuras diretrizes para a gestão do sistema aqüífero da região, para seu melhor aproveitamento, indicando possíveis lugares de saturação de explotação e também melhores locais de monitoramento, uma vez conhecidas as velocidades aparentes da água subterrânea do aqüífero. / Mestre em Engenharia Civil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work deals with the main aspects related to the study of the vulnerability intrinsic to the pollution of the aquifer Bauru placed under the urban zone of Araguari, MG. The analysis applied the GOD Method and put forward new parameters in order to get a broader evaluation (Hybrid Method). By this way, the main parameters considered in the study of vulnerability were the water table depth, the variety of soil that constitutes the surface, the vertical hydraulic conductivity of the surface, groundwater occurrence and ground slope. The research includes field data collecting, laboratory analyses and computational tasks, such as interposing spatial data and drawing maps. By monthly observing 31 wells from the aquifer Bauru, it can be noticed that the aquifer is not deep: 9,67% of all wells are less than 10 meters low; 51,61% are between 10 and 30 meters low; and 38,71% are more than 30 meters low. According to the assessments, the aquifer Bauru is exposed to a potential water pollution risk in urban zone. The hydraulic conductivity, also considered in the vulnerability evaluation, indicated that, in general, Araguari superficial soil allows the water penetration (its average value is 1.92x10-2cm/s). Comparing GOD, Hybrid and EKv Methods, the difference in the final vulnerability indices is noticeable. According to the GOD Method, the final indices were set between low and medium levels. On the other hand, according to the Hybrid Method, these final indices were set between high and very high levels. The water quality was tested in order to provide a better description of the aquifer. Such analysis, according to temporal and spatial parameters, indicated that the water table shows low rates of total and fecal coliform bacteria. The DBO5 exams indicated high concentrations and in 60% of all analyses the results were above the 5.0 mgO2/L recommended by the CONAMA Resolution 357: 2005. Otherwise, chemical analyses pointed out that nitrate concentrations were under the 10 mg/L recommended by M.S. Decree 518: 2004. / Este trabalho aborda os principais aspectos relacionados ao estudo da vulnerabilidade intrínseca à poluição do aquífero livre Bauru da cidade de Araguari, MG. Esta análise utilizou como base o Método GOD e propôs a inserção de novos parâmetros a fim de obter uma avaliação mais abrangente (Método Híbrido). Dessa forma, os principais parâmetros considerados no estudo da vulnerabilidade foram: profundidade do lençol, tipos de solo da formação superficial, condutividade hidráulica vertical da formação superficial, ocorrência da água subterrânea e declividade do terreno. A pesquisa incluiu coletas de dados em campo, análises laboratoriais e trabalhos computacionais, como a interpolação de dados espaciais e a confecção de mapas. O monitoramento da profundidade do aquífero Bauru na zona urbana da cidade, feito com freqüência mensal e em 31 poços, permitiu concluir que o aquífero encontra-se a profundidades relativamente baixas. Do total, 9,67% dos poços apresentaram profundidades menores que 10 metros, 51,61% apresentaram profundidades entre 10 e 30 metros, e 38,71% dos poços apresentam profundidades maiores que 30 metros. Esse fato destaca o potencial risco à poluição do aquífero Bauru na zona urbana da cidade. O parâmetro condutividade hidráulica, também considerado na avaliação da vulnerabilidade, indicou que, de maneira geral, o solo superficial de Araguari permite fácil infiltração, apresentando um valor médio de 1,92.10-2cm/s. Comparados três métodos (GOD, Híbrido e EKv), verificou-se uma notável diferença nos índices finais de vulnerabilidade. Quando avaliados os índices finais segundo o Método GOD, os mesmos enquadraram-se em intervalos de vulnerabilidade baixa a média. Quando aplicado o Método Híbrido, os índices finais variaram de alto a muito alto. Para uma melhor caracterização qualitativa da atual condição das águas do aquífero, foram realizadas algumas análises de qualidade da água. Essas análises, avaliadas segundo os parâmetros temporais e espaciais, mostraram que o lençol apresenta baixos teores de coliformes totais e fecais. Os exames de DBO5 indicaram elevadas concentrações, sendo que, em 60% do total das análises, os resultados ficaram acima do valor de 5,0 mgO2/L, recomendado pela Resolução CONAMA 357: 2005. As análises químicas de nitrato mostraram que, em todos os poços monitorados, as concentrações apresentaram-se inferiores a 10 mg/L, recomendados pela Portaria do Ministério da Saúde 518: 2004. / Mestre em Engenharia Civil

A exploração acelerada das águas subterrâneas pode acarretar em problemas de disponibilidade de água. Esse problema tende a ser acentuado devido as mudanças no clima previstas para as próximas décadas. Nesse contexto, este trabalho buscou avaliar os possíveis impactos das mudanças climáticas e do uso do solo sobre níveis de água subterrânea em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani. Foram utilizadas simulações de Modelos de Circulação Global (MCG) como dados de entrada para um modelo transiente de fluxo hídrico subterrâneo, visando avaliar o comportamento dos nveis de água sob diferentes condições climáticas. Este modelo foi calibrado utilizando dados de níveis freáticos em seis poços localizados na bacia do Ribeirão da Onça (BRO). A partir de dados climáticos observados, estimou-se a recarga, usada como input no modelo matematico, em diversos tipos de cultura por meio do balanço hídrico. As maiores alterações nas médias pluviométricas mensais foram projetadas, pela maioria dos modelos climáticos, para ocorrer no perodo seco. No perodo chuvoso, as previsões indicaram que essas médias devem diminuir em torno de 50%. Quase 70% dos cenários climáticos geraram, no modelo transiente, variações dos nveis freáticos abaixo daqueles medidos no monitoramento entre 2004 e 2011. Em setores da área de estudo, o rebaixamento da superfície potenciométrica, simulada sob condições climáticas mais extremas previstas por alguns modelos, ultrapassou 10 m. Os cenários mais otimistas, embora tenham resultado em elevações dos níveis de água em mais metade da BRO, também geraram rebaixamentos de até 5 m. Os resultados reforçam a necessidade do contínuo monitoramento hidrogeológico, principalmente em áreas de recarga do SAG, e do desenvolvimento de outros trabalhos que quantiquem os impactos das mudanças climáticas, aplicando diferentes métodos de estimativa de recarga e downscaling. / The unsustainable use groundwater in many countries might cause water availability restrictions. Such issues are likely to worsen due to changes in climate, predicted for the incoming decades. In this context, the objective of this work was to assess possible climate and land use changes impacts on groundwater levels in the Guarani Aquifer System\'s (GAS) outcrop zone. Global Climate Models\' (GCM) outputs were used as inputs in a transient ux groundwater model. Thus, groundwater table uctuation could be evaluated under distinct climatic conditions. Six monitoring wells, located in the Ribeir~ao da Onca basin (ROB), provided water table measurements to calibrate the groundwater model. Using observed climatic data, a water budget method was applied to estimate recharge in dierent types of land uses. Statistically downscaled future climate scenarios were used as inputs in that same recharge model, which provided the inputs for SPA. Most of the GCMs used here predict temperature arises over 2°C. Major monthly rainfall mean changes are projected by the GCM great majority to take place in the dry season. During wet seasons, the predictions indicate those means might experience around 50% decrease. Water table variations, derived from the transient model under almost 70% of the climate scenarios, were below of those measured between 2004 and 2011. Few GCM predicted more extreme climate scenarios. In some regions of the study area and under these conditions, groundwater surface would decline more than 10 m. Although more optimistic scenarios resulted in an increase of groundwater levels in more than half of ROB, these would cause up to 5 m water table decline. The results reinforce the need for a permanent hydrogeological monitoring, mainly in the GAS recharge areas, along with the development of other climate change impacts assessment works using dierent downscaling and recharge estimates methods.

A disponibilidade por água direcionou e motivou o desenvolvimento das atividades e das ocupações territoriais na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê (BAT). Nessa trajetória, a água subterrânea passou a ser uma das grandes reservas disponíveis para suprir a essa crescente demanda onde atualmente existem aproximadamente 12 mil poços fornecendo cerca de 10m³/s. Na BAT este cenário de dependência ao recurso hídrico subterrâneo se acentua, na medida em que a disponibilidade de água superficial diminui. Dessa forma, a intensa extração de água, concentrada na área urbana da bacia, tem causado rebaixamentos nos níveis dos aquíferos. A situação é agravada, pois parte da água fisicamente disponível torna-se qualitativamente indisponível por contaminações provenientes das atividades antrópicas mal operadas. Hoje na BAT são reconhecidas 2.018 áreas onde os aquíferos e os solos são contaminadas, ademais de existirem outras 53 mil atividades com potencial para gerar contaminação aos aquíferos. Nessa pesquisa foi realizado um mapeamento das áreas críticas integradas de qualidade e quantidade, onde a área da BAT foi dividida em células de 500x500m. De um total de 23.867 áreas em toda a BAT, foi possível identificar, 943 áreas de alta, 1876 áreas de média e 3120 áreas de baixa criticidade. Entretanto, essa situação é desconhecida pelos usuários dos recursos hídricos. Apesar desse cenário, a gestão das águas subterrâneas ainda é bastante incipiente na bacia. A limitação é ainda maior, pois a identificação dos poços é difícil e os problemas, quando detectados, não são de responsabilidade de apenas um, mas de um conjunto de usuários. Assim, como em outras regiões metropolitanas do Brasil, a BAT possui uma alta densidade de poços ilegais, onde a sua explotação acarreta em um rebaixamento excessivo nos níveis dos aquíferos, reduzindo a oferta de água, diminuindo assim, a segurança hídrica da bacia. Experiências recentes na gestão das águas subterrâneas têm indicado que o gerenciamento desse recurso terá mais sucesso quanto maior for a participação do usuário, portanto a gestão da água, aplicada nesse trabalho através da integração de informações relativas ao meio físico, uso e ocupação do solo, aspectos sócios econômicos, do balanço hídrico, e os aspectos hidrogeológicos torna-se fundamental para prover o conhecimento e as ferramentas gerenciais para a tomada de decisões e conscientização dos usuários, que levarão à proteção e ao uso controlado dos recursos hídricos subterrâneos. / The availability of water directed and motivated the development of activities and land occupations along the Alto Tiete Basin (BAT). In this way, groundwater has become one of the major reserves available to supply the growing demand, where there are currently approximately 12 thousand wells supplying almost 10m³/s. In the BAT, the scenery of groundwater resource dependence increases whereas the availability of surface water decreases. In this way, the intense water extraction, concentrated in the urban area of the basin, has led downgrades in the levels of aquifers. The situation is exacerbated because the water physically available becomes qualitatively unavailable due to chemical contamination from chemicals used in productive activities and services. The BAT has serious quality problems in part of the aquifers, having 2.018 contaminated areas recognized by CETESB, furthermore there are other 53.000 activities with the potential to generate contamination to aquifers. In the BAT, 23.867 areas of 500x500m, it was identified by mapping of the integrated critical areas, 943 high critical areas, 1876 medium critical areas, and 3120 low critical areas. However, this scenario is unknown to users. . Despite this scenario, the management of groundwater is still incipient in the basin. The limitation is even greater, since identification of the wells is difficult and problems, when detected, are not the responsibility of just one, but a number of users. As well as in other metropolitan areas of Brazil, BAT has a high density of illegal wells, where the illegal exploitation may result in an excessive drawdown of groundwater levels, reducing the supply of water, thus reducing water security of the basin. Recent experiments in management of groundwater have indicated that the management of this resource will be more successful with greater user participation. Therefore, water management applied in this work through the integration of information relating to the environment, use and occupation of land, socio economics aspects, of the water balance and hydrogeological aspects becomes essential to provide the knowledge and managerial tools for making decisions and user awareness, which will lead to the protection and controlled use of groundwater resources.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T14:00:16Z No. of bitstreams: 1 victorwegnermaus.pdf: 6204787 bytes, checksum: 1c441ace80fd21b15887daa548beac3e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-07T15:06:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 victorwegnermaus.pdf: 6204787 bytes, checksum: 1c441ace80fd21b15887daa548beac3e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T15:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 victorwegnermaus.pdf: 6204787 bytes, checksum: 1c441ace80fd21b15887daa548beac3e (MD5) Previous issue date: 2011-02-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Águas subterrâneas são econômica e socialmente importantes e sua contaminação gera grandes preocupações. Nesse sentido a modelagem computacional pode contribuir na gestão de águas subterrâneas e no planejamento da remediação de áreas contaminadas, realizando previsões considerando implicações de diversas alternativas sem o custo de esperar ou colocá-las em prática. O objetivo deste trabalho é estudar modelos matemáticos para os fenômenos envolvidos bem como desenvolver ferramentas numéricas para a simulação computacional que podem auxiliar na prevenção, no controle e na remediação da poluição das águas subterrâneas. Nos experimentos computacionais é simulado o transporte de múltiplas espécies. O problema corresponde a um sistema de equações diferenciais parciais não lineares de advecção-difusão-reação, acopladas pelas reações de biodegradação e sorção em modo de não equilíbrio. A biodegradação é representada pelo modelo cinético de Monod multiplicativo. A sorção, descrita pela isoterma de Freundlich, atua em modo de equilíbrio e não equilíbrio simultaneamente, e ocorre apenas sobre o contaminante. A solução do sistema de EDP’s é obtida em dois passos. No primeiro resolve-se o transporte do contaminante e do oxigênio, onde a discretização espacial é realizada pelo método dos elementos finitos e um método da família trapezoidal generalizada para a discretização temporal. O método de Newton é utilizado para tratar a não linearidade gerada pela sorção de equilíbrio no transporte do contaminante. No passo seguinte, as reações são aproximadas pontualmente pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados obtidos nos experimentos computacionais são comparados aos resultados de simulações encontradas na literatura. Nas simulações observou-se a influência da inclusão das reações não lineares de biodegradação e sorção de equilíbrio e não equilíbrio ocorrendo simultaneamente. Assim o estudo das interações entre as reações, pode trazer contribuições para a modelagem do transporte de contaminantes em águas subterrâneas. / Groundwater contamination generates large concern related with public health and environmental conservation. The computational modeling can contribute to groundwater management and remediation planning of contaminated areas, making predictions for several scenarios of contamination without the cost of waiting or of putting them into practice. The aim this work is study mathematical models for the phenomena involved and develop numerical tools for the simulation that can assist in the prevention, control and remediation of groundwater pollution. In the computational experiments is simulated the multiple species transport. This problem is modeled for a system of nonlinear partial differential equations, coupled by the biodegradation and sorption reactions. Biodegradation is represented by the multiplicative Monod kinetic model. The sorption is described by the Freundlich isotherm and occur only with the contaminant. The solution of the PDE’s sistem is obtained in two steps. In the first resolves the contaminant and oxygen transport, the finite elements method and Crank-Nicolson scheme are respectively used in the spatial and time discretizations. The Newton method is used to treat the nonlinearity generated by the sorption equilibrium in the transport of the contaminant. The ordinary differential equations of the reactions is approximated by the fourth-order Runge- Kutta method. Numerical results presented in this work have shown good agreement with solutions introduced by others authors. In the simulations we observed the influence of the inclusion of non-linear reactions of biodegradation and sorption equilibrium and nonequilibrium happening simultaneously. So the study of interactions between the reactions should contribute to the modeling of contaminant transport in groundwater.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 2079516 bytes, checksum: 3232c130f07c34bec216c5c6008d6256 (MD5) Previous issue date: 2009-07-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / In this dissertation, a hypothetical aquifer that has been contaminated by the dumping of toxic substances is modeled. The remediation strategy considered is based on withdrawal, which requires the removal of contaminated groundwater from the aquifer by pumping. The design of such a system involves the choice of the number of extracting wells to be installed, their locations and pumping rates,with the goal of maximizing the amount of contaminant extracted, while minimizing the cost of the system. To find the optimal solution, a numerical simulation optimization parallel system is used, which is composed by three subsystems: (a) numerical simulator - numerically solves the mathematical model ofthe contaminated aquifer; (b) optimizer - implements the genetic algorithm method to search for optimal locations and pumping rates for the extracting wells; (c)distributed computing system - manages the distribuition and parallel execution of the numerical simulations. Experiments were done in many different computational environments: homogeneous, heterogeneous, in large scale, using non dedicated computers, connected via local network, and computational grids, and their results demonstrate the methodology s applicability. / Neste trabalho, modela-se a ocorrência de contaminação de um aquífero hipotético por derramamento de substância tóxica e analisa-se a solução de descontaminação baseada na retirada do contaminante através de bombeamento feito por poços de extração. O projeto do sistema de remediação envolve a escolha do número de poços a serem instalados, suas localizações e vazões de modo a maximizar a quantidade de poluente extraída e ao mesmo tempo minimizar o custo total do sistema. A busca da solução ótima é feita de forma automática, através de um sistema paralelo de otimização por simulação numérica, composto por três subsistemas: (a) simulador numérico - resolve numericamente o modelo matemático do aquífero contaminado; (b) otimizador automático - implementa o método dos algoritmos genéticos para busca das localizações e vazões ótimas dos poços de extração; (c)sistema computacional distribuído - gerencia a distribuição e a execução paralela das simulações numéricas. Foram feitos experimentos em vários ambientes computacionais: homogêneo, heterogêneo, em grande escala, usando máquinas não dedicadas, interligadas por rede local e ambiente de grade, e seus resultados demonstram a aplicabilidade da metodologia.