Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4128666 bytes, checksum: 38e1bf4769d75be566ab2f8d78f6f415 (MD5) Previous issue date: 2012-12-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The vulnerability mapping and risk analysis of groundwater contamination are essential for guiding management plans of watersheds. Currently, new criteria for eligibility of groundwater are required by CONAMA Resolution No. 396/2008 and justifies this study. The chosen basin for mapping of vulnerability of a free aquifer was the Gramame river basin in Paraíba State. To build the vulnerability map the DRASTIC method was chosen, acronym of factors to be analyzed: Depth to the water table, net Recharge, Aquifer media, Soil media, Topography, Impact of the unsaturate zone, Hydraulic Condutivity. For the pollution risk mapping the modified DRASTIC was used, where the characteristics of land use and land cover are also considered. Each DRASTIC factor is built dynamically as a layer of a Geographic Information System (GIS). Environment features of the system are specialized and, in the final step, are integrated in order to generate vulnerability map. The preliminary risk analysis is made by overlapping the vulnerability map to the land cover and land use maps. Data from static levels of 27 shallow wells were collected monthly during a hydrological year (2010/2011), which allowed to divide them into two periods: wet and dry. With this determination it was possible to compare the vulnerability maps for these two distinct periods. It was found in this study that, in the rainy season, the vulnerability is greater than in the dry season. The result of the intrinsic vulnerability map in the rainy season showed that the central and southwest regions, where the city of Pedras de Fogo is located, presents high vulnerability. The risk of contamination map identified these same regions as very high risk due to human action. These data can be used to define and direct resources to areas where protection is needed, as well as subsidize the municipal and state management in making decisions regarding land use, actions development and measures to ensure the environmental quality of the groundwater of Gramame river basin. / O mapeamento de vulnerabilidade e a análise de risco de contaminação das águas subterrâneas são fundamentais para a orientação dos planos de gerenciamento de bacias hidrográficas. Atualmente, novos critérios de enquadramento das águas subterrâneas são exigidos pela Resolução do CONAMA Nº 396/2008 e justificam a o presente estudo. O mapeamento da vulnerabilidade do aquífero livre foi da realizado na bacia hidrográfica do rio Gramame. Para a construção do mapa de vulnerabilidade, foi utilizado o método DRASTIC, acrônimo dos fatores a serem analisados: Depth to the water table, Net Recharge, Aquifer media, Soil media, Topography, Impact of the unsaturate zone, Hydraulic Condutivity. Já para o mapeamento do risco à poluição foi utilizado o DRASTIC modificado, onde são consideradas (também) as características de uso e cobertura do solo. Cada fator do DRASTIC é construído de forma dinâmica, como uma camada, no Sistema de Informação Geográfica (SIG) a partir de características do meio que são especializadas e, na fase final, integrada para gerar o mapa de vulnerabilidade. A análise preliminar de risco é feita pela sobreposição do mapa de vulnerabilidade como os mapas de cobertura do solo e uso do solo da bacia hidrográfica do rio gramame. Gerou-se com essas informações um banco de dados necessário à confecção dos mapas de vulnerabilidade intrínseca e de risco de contaminação. Os dados dos níveis estáticos dos 27 poços foram coletados mensalmente durante um ano hidrológico (2010/2011), o que permitiu dividi-los em dois períodos: chuvoso e estiagem. Com essa determinação foi possível realizar uma analise comparativa entre os mapas de vulnerabilidade para estes dois períodos distintos. Identificou-se nesta pesquisa que, no período chuvoso, a vulnerabilidade é maior que no período de estiagem. O resultado do mapa de vulnerabilidade intrínseca no período chuvoso revelou que a região central e sudoeste, onde está localizada a cidade de Pedras de Fogo, apresenta vulnerabilidade alta. O mapa de risco de contaminação identificou essas mesmas regiões como de áreas risco muito alto, devido à ação antrópica. Esses dados podem ser usados para delimitar e direcionar recursos para as áreas que necessitem de proteção, bem como subsidiar a gestão municipal e Estadual na tomada de decisões quanto ao uso do solo, elaboração de ações e medidas que assegurem a qualidade ambiental das águas subterrâneas da bacia hidrográfica do rio Gramame.

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