Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-05-18Bitstream added on 2014-06-13T19:21:50Z : No. of bitstreams: 1 leite_cbb_dr_rcla.pdf: 7311558 bytes, checksum: 5bdbab506865068f3f86a6c0dea7b45a (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Ipt / Reservatórios formados pela construção de barragens causam impactos significativos sobre diversos aspectos ambientais de uma bacia hidrográfica. Durante o enchimento do reservatório um sistema de fluxo transitório é induzido em suas áreas marginais. Como as cargas hidráulicas nas bordas do reservatório sofrem elevação, ocorrem inversões nas direções de fluxo e temporariamente se estabelece um fluxo do reservatório para o sistema aqüífero. O resultado final do reajuste transitório inicial é uma alteração permanente, a longo prazo, do regime hidrogeológico regional. Os níveis d'água são elevados, as cargas hidráulicas do aqüífero são aumentadas, porém os gradientes hidráulicos são suavizados, provocando a elevação e o aplainamento da superfície potenciométrica, com redução das descargas de base nos exutórios naturais em relação à situação original. É objeto deste trabalho o desenvolvimento de procedimentos para avaliação dos impactos da formação do reservatório sobre a superfície potenciométrica do aqüífero livre, utilizando modelos numéricos com a introdução de uma abordagem geoestatística, tanto por krigagem como por simulação estocástica, no tratamento dos dados de campo. O local escolhido para a realização deste trabalho foi a cidade de Pereira Barreto (SP), situado na margem do atual reservatório da Usina Hidrelétrica de Três Irmãos, no baixo Rio Tiête, considerando informações e dados do monitoramento sistemático (poços e piezômetros) realizados na área, durante os anos de 1987 a 2001. Do ponto de vista metodológico a execução do presente estudo comprovou a viabilidade e a adequação da Geoestatística associada à modelagem matemática com fins previsionais, em escala local, para a avaliação das modificações induzidas na superfície potenciométrica do aqüífero livre após a implantação de reservatórios. / Hydropower reservoirs result in significant environmental impacts in the context of hydrographic basins. During the infillment of the reservoir, a transient flow system is induced in its surroundings. Also the hydraulic heads are raised in the edges of the reservoir resulting in a change of the flow direction, in such a way that after the complete fulfillment, the underground water will flow from the reservoir to the aquifer. The outcome of this inicial transient readjustment is a long-run permanent change in the hydrogeologic regional system. This way, the water levels are raised and the hydraulic heads of the aquifer are increased. On the other hand, the hydraulic gradients are alleviated resulting in an elevation followed by a flattening of the potentiometric surface as the basement discharge of the natural exutories reduce as compared to the original situation. This study aims to develop procedures to assess the impacts of the Três Irmãos' hydropower reservoir on the potentiometric surface of the free aquifer in the flooded area in the lower Tietê river valley using numerical model with a geostatistical approach of the data. Both krigiage and stochastic simulation of the underground water circulation system were applied in this context. Data and information generated by the systematic monitoring of both well and piezometers, gathered from 1987 to 2001, were taken into account in this geostatistical analyses. From the methodological standpoint, the undertaking of this study showed the adequacy and viability of using geostatistics coupled with mathematical modelling as tools for local level assessments of induced changes in the potentiometric surfaces of the free aquifers after the fulfillment of the reservoirs.

Orientador: Paulo Milton Barbosa Landim / Resumo: Reservatórios formados pela construção de barragens causam impactos significativos sobre diversos aspectos ambientais de uma bacia hidrográfica. Durante o enchimento do reservatório um sistema de fluxo transitório é induzido em suas áreas marginais. Como as cargas hidráulicas nas bordas do reservatório sofrem elevação, ocorrem inversões nas direções de fluxo e temporariamente se estabelece um fluxo do reservatório para o sistema aqüífero. O resultado final do reajuste transitório inicial é uma alteração permanente, a longo prazo, do regime hidrogeológico regional. Os níveis d'água são elevados, as cargas hidráulicas do aqüífero são aumentadas, porém os gradientes hidráulicos são suavizados, provocando a elevação e o aplainamento da superfície potenciométrica, com redução das descargas de base nos exutórios naturais em relação à situação original. É objeto deste trabalho o desenvolvimento de procedimentos para avaliação dos impactos da formação do reservatório sobre a superfície potenciométrica do aqüífero livre, utilizando modelos numéricos com a introdução de uma abordagem geoestatística, tanto por krigagem como por simulação estocástica, no tratamento dos dados de campo. O local escolhido para a realização deste trabalho foi a cidade de Pereira Barreto (SP), situado na margem do atual reservatório da Usina Hidrelétrica de Três Irmãos, no baixo Rio Tiête, considerando informações e dados do monitoramento sistemático (poços e piezômetros) realizados na área, durante os anos de 1987 a 2001. Do ponto de vista metodológico a execução do presente estudo comprovou a viabilidade e a adequação da Geoestatística associada à modelagem matemática com fins previsionais, em escala local, para a avaliação das modificações induzidas na superfície potenciométrica do aqüífero livre após a implantação de reservatórios. / Abstract: Hydropower reservoirs result in significant environmental impacts in the context of hydrographic basins. During the infillment of the reservoir, a transient flow system is induced in its surroundings. Also the hydraulic heads are raised in the edges of the reservoir resulting in a change of the flow direction, in such a way that after the complete fulfillment, the underground water will flow from the reservoir to the aquifer. The outcome of this inicial transient readjustment is a long-run permanent change in the hydrogeologic regional system. This way, the water levels are raised and the hydraulic heads of the aquifer are increased. On the other hand, the hydraulic gradients are alleviated resulting in an elevation followed by a flattening of the potentiometric surface as the basement discharge of the natural exutories reduce as compared to the original situation. This study aims to develop procedures to assess the impacts of the Três Irmãos' hydropower reservoir on the potentiometric surface of the free aquifer in the flooded area in the lower Tietê river valley using numerical model with a geostatistical approach of the data. Both krigiage and stochastic simulation of the underground water circulation system were applied in this context. Data and information generated by the systematic monitoring of both well and piezometers, gathered from 1987 to 2001, were taken into account in this geostatistical analyses. From the methodological standpoint, the undertaking of this study showed the adequacy and viability of using geostatistics coupled with mathematical modelling as tools for local level assessments of induced changes in the potentiometric surfaces of the free aquifers after the fulfillment of the reservoirs. / Doutor

Esta pesquisa objetivou mostrar a viabilidade de utilização do Sistema de Informação Geográfica (SIG) associado à modelagem matemática, como opção metodológica a ser aplicada no estudo das modificações induzidas no nível freático, após o enchimento de reservatórios. A área piloto escolhida foi a bacia de drenagem do rio Biritiba-Mirim, localizada na região do Alto Tietê, no Estado de São Paulo. O entendimento do funcionamento do sistema hidrogeológico, obtido por meio de dados de geologia, hidrogeologia, climatologia, poços existentes e sondagens executadas na área, subsidiou a elaboração do modelo conceitual. Na área, foram identificados dois tipos de aqüíferos: o Sedimentar, restrito às planícies fluviais e o Cristalino alterado, decorrente da alteração intempérica da rocha. Os fluxos locais da água subterrânea ocorrem em direção aos cursos d’água que constituem a malha de drenagem da bacia, enquanto que, regionalmente, as águas subterrâneas fluem na direção do rio Biritiba-Mirim. As informações do modelo conceitual foram, inicialmente, organizadas no Sistema de Informação Geográfica e, posteriormente, transferidas para o modelo matemático. Foi construído um modelo matemático para a bacia de drenagem do rio Biritiba-Mirim utilizando o programa tridimensional de diferenças finitas MODFLOW desenvolvido por McDONALD & HARBAUGH (1988). A calibração do modelo foi executada a partir de ajustes sucessivos, efetuados por meio do SIG e, posteriormente, aferidos no MODFLOW. Uma vez concluído o processo de calibração, procedeu-se à simulação do enchimento do reservatório, utilizando novamente o Sistema de Informação Geográfica para a entrada dos dados. A simulação, também realizada no MODFLOW, possibilitou delimitar as áreas nas quais os níveis das águas subterrâneas sofrerão maiores influências do reservatório, dando o subsidio necessário para a locação dos poços de monitoramento. Os dados coletados no período de um ano de monitoramento permitiram executar a verificação e eventuais correções do modelo. Com o modelo aferido, repetiu-se a simulação do enchimento do reservatório e, a partir do mapa potenciométrico resultante, foi elaborado o mapa de profundidades de níveis d’água subterrânea previstas para após o enchimento do lago, denominado de Mapa Previsional de Influência. Nesse mapa foram delimitadas duas zonas de influência (de 0-5 m e de 5-10 m) e uma zona sem influência do reservatório ou com profundidade final do nível freático superior a 10 m. Finalmente, definiu-se um programa de monitoramento potenciométrico do sistema aqüífero livre para execução em situação posterior ao enchimento do reservatório, a fim de avaliar o tempo e tipo de resposta do aqüífero livre ao processo de enchimento e efetuar a retroanálise das previsões. De acordo com programa definido, a primeira campanha de medição deverá coincidir com o início do enchimento do reservatório, a partir desta, o monitoramento deverá ser mensal até os três primeiros meses e, posteriormente, trimestral até completar um ano após o enchimento. A execução do presente estudo comprovou a viabilidade da aplicação do SIG, associado à modelagem matemática com fins previsionais, em escala de bacia de contribuição, para a avaliação das modificações induzidas no nível do aqüífero livre após o enchimento de reservatórios. Recomenda-se a metodologia aqui proposta como ferramenta a ser aplicada em outros locais que apresentem a mesma problemática. / The purpose of the current research was to demonstrate the viability of using Geographic Information System – GIS associated to mathematical models as a methodological option to be applied in the study of the water table elevation induced by dam reservoirs after their impoundment. The chosen area was the drainage basin of Biritiba-Mirim river, located in Alto Tietê area, in São Paulo State. The understanding of the hydrogeological system was acquired through geological, hydrogeological and climatological data. The surveys executed in the area, also allowed the construction of the conceptual model. In the area, two aquifers types were identified: the Sedimentary, restricted to the fluvial plains, and the altered Crystalline, due to the weathering. The regional groundwater flow was toward Biritiba-Mirim river, while the secondary drainage was a local groundwater discharge area. The conceptual model data was, initially, organized in a Geographic Information System and later transferred to the mathematical model. A mathematical model was built on the Biritiba-Mirim drainage basin using MODFLOW, a three-dimensional program of finite differences developed by McDONALD & HARBAUGH (1988). The model calibration was executed through successive trial-error process, using Geographic Information System as a input data and MODFLOW to evaluate results. After the conclution of the calibration process, the Biritiba-Mirim reservoir impoundment was simulated using Geographic Information System to input the new variable. The simulation, also accomplished in MODFLOW, made possible to limitate the main areas that will be impacted on their ground water levels. Using that map were located the monitoring wels. From the monitoring data, collected in a year period, it was possible to verify the model. The reservoir impoundment simulation was repeated. From the resulted potenciometric map, the groundwater final depths map was elaborated. In that map, named Predictional Influence Map, two influence zones were defined (0-5 m and 5-10 m), and a zone without the reservoir influence or with final water table level more than 10 m depth. Finally, an aquifer monitoring program was defined, in order to follow the water table impact after the reservoir impoundment. According to this program, two weeks after the impoundment should be made the first field measurement. The periodicity should be monthly until the first three months, and, after that, quarterly until the end of the first year. The present study showed the viability of using Geographic Information System associated to mathematical models to predict modifications induced on the water table levels after a reservoir impoundment. This methodology is recommended as an important tool to be applied in other cases with the same problem.

Esta pesquisa objetivou mostrar a viabilidade de utilização do Sistema de Informação Geográfica (SIG) associado à modelagem matemática, como opção metodológica a ser aplicada no estudo das modificações induzidas no nível freático, após o enchimento de reservatórios. A área piloto escolhida foi a bacia de drenagem do rio Biritiba-Mirim, localizada na região do Alto Tietê, no Estado de São Paulo. O entendimento do funcionamento do sistema hidrogeológico, obtido por meio de dados de geologia, hidrogeologia, climatologia, poços existentes e sondagens executadas na área, subsidiou a elaboração do modelo conceitual. Na área, foram identificados dois tipos de aqüíferos: o Sedimentar, restrito às planícies fluviais e o Cristalino alterado, decorrente da alteração intempérica da rocha. Os fluxos locais da água subterrânea ocorrem em direção aos cursos d’água que constituem a malha de drenagem da bacia, enquanto que, regionalmente, as águas subterrâneas fluem na direção do rio Biritiba-Mirim. As informações do modelo conceitual foram, inicialmente, organizadas no Sistema de Informação Geográfica e, posteriormente, transferidas para o modelo matemático. Foi construído um modelo matemático para a bacia de drenagem do rio Biritiba-Mirim utilizando o programa tridimensional de diferenças finitas MODFLOW desenvolvido por McDONALD & HARBAUGH (1988). A calibração do modelo foi executada a partir de ajustes sucessivos, efetuados por meio do SIG e, posteriormente, aferidos no MODFLOW. Uma vez concluído o processo de calibração, procedeu-se à simulação do enchimento do reservatório, utilizando novamente o Sistema de Informação Geográfica para a entrada dos dados. A simulação, também realizada no MODFLOW, possibilitou delimitar as áreas nas quais os níveis das águas subterrâneas sofrerão maiores influências do reservatório, dando o subsidio necessário para a locação dos poços de monitoramento. Os dados coletados no período de um ano de monitoramento permitiram executar a verificação e eventuais correções do modelo. Com o modelo aferido, repetiu-se a simulação do enchimento do reservatório e, a partir do mapa potenciométrico resultante, foi elaborado o mapa de profundidades de níveis d’água subterrânea previstas para após o enchimento do lago, denominado de Mapa Previsional de Influência. Nesse mapa foram delimitadas duas zonas de influência (de 0-5 m e de 5-10 m) e uma zona sem influência do reservatório ou com profundidade final do nível freático superior a 10 m. Finalmente, definiu-se um programa de monitoramento potenciométrico do sistema aqüífero livre para execução em situação posterior ao enchimento do reservatório, a fim de avaliar o tempo e tipo de resposta do aqüífero livre ao processo de enchimento e efetuar a retroanálise das previsões. De acordo com programa definido, a primeira campanha de medição deverá coincidir com o início do enchimento do reservatório, a partir desta, o monitoramento deverá ser mensal até os três primeiros meses e, posteriormente, trimestral até completar um ano após o enchimento. A execução do presente estudo comprovou a viabilidade da aplicação do SIG, associado à modelagem matemática com fins previsionais, em escala de bacia de contribuição, para a avaliação das modificações induzidas no nível do aqüífero livre após o enchimento de reservatórios. Recomenda-se a metodologia aqui proposta como ferramenta a ser aplicada em outros locais que apresentem a mesma problemática. / The purpose of the current research was to demonstrate the viability of using Geographic Information System – GIS associated to mathematical models as a methodological option to be applied in the study of the water table elevation induced by dam reservoirs after their impoundment. The chosen area was the drainage basin of Biritiba-Mirim river, located in Alto Tietê area, in São Paulo State. The understanding of the hydrogeological system was acquired through geological, hydrogeological and climatological data. The surveys executed in the area, also allowed the construction of the conceptual model. In the area, two aquifers types were identified: the Sedimentary, restricted to the fluvial plains, and the altered Crystalline, due to the weathering. The regional groundwater flow was toward Biritiba-Mirim river, while the secondary drainage was a local groundwater discharge area. The conceptual model data was, initially, organized in a Geographic Information System and later transferred to the mathematical model. A mathematical model was built on the Biritiba-Mirim drainage basin using MODFLOW, a three-dimensional program of finite differences developed by McDONALD & HARBAUGH (1988). The model calibration was executed through successive trial-error process, using Geographic Information System as a input data and MODFLOW to evaluate results. After the conclution of the calibration process, the Biritiba-Mirim reservoir impoundment was simulated using Geographic Information System to input the new variable. The simulation, also accomplished in MODFLOW, made possible to limitate the main areas that will be impacted on their ground water levels. Using that map were located the monitoring wels. From the monitoring data, collected in a year period, it was possible to verify the model. The reservoir impoundment simulation was repeated. From the resulted potenciometric map, the groundwater final depths map was elaborated. In that map, named Predictional Influence Map, two influence zones were defined (0-5 m and 5-10 m), and a zone without the reservoir influence or with final water table level more than 10 m depth. Finally, an aquifer monitoring program was defined, in order to follow the water table impact after the reservoir impoundment. According to this program, two weeks after the impoundment should be made the first field measurement. The periodicity should be monthly until the first three months, and, after that, quarterly until the end of the first year. The present study showed the viability of using Geographic Information System associated to mathematical models to predict modifications induced on the water table levels after a reservoir impoundment. This methodology is recommended as an important tool to be applied in other cases with the same problem.