[pt] A contaminação do meio ambiente de subsuperfície com resíduos perigosos e tóxicos tem se tornado um dos maiores problemas ambientais em vários países, com muitos locais apresentando contaminação da água subterrânea. Existem diversas técnicas de controle de contaminação da água subterrânea, sendo que a mais comumente utilizada é a de pump-and-treat. Apesar de ser eficaz no controle da migração de plumas de contaminação, o pump-and-treat possui várias restrições físicas e químicas que limitam a sua eficácia quanto à remediação a longo prazo, especialmente se utilizado de forma isolada, ou no caso de aquíferos contaminados com líquidos não miscíveis com a água (NAPLs - Non Aqueous Phase Liquids). Técnicas adicionais e associadas a sistemas de controle de migração de plumas são muitas vezes recomendadas, tendo em vista o lento processo de dissolução natural destes líquidos em águas subterrâneas. Diante destas limitações, diversas técnicas alternativas ao pump-and-treat têm sido pesquisadas, sendo que uma das mais promissoras é o tratamento in situ dos contaminantes através das barreiras reativas, especialmente no caso de aquíferos contaminados com organoclorados alifáticos (solventes clorados). O projeto envolve a execução de uma barreira com materiais reativos e porosos (reatores) ao longo do caminho da pluma de contaminação. À medida que água percola passivamente através do reator, os contaminantes vão sendo degradados, minimizando ou prevenindo-se a contaminação do aquífero a jusante da barreira. O processo de degradação envolve a decloração redutiva dos organoclorados na presença de metais de valência nula (por exemplo, o ferro metálico). Esta pesquisa tem como objetivo geral fazer uma avaliação da utilização de barreiras reativas no processo de remediação de aquíferos contaminados com solventes clorados, enfatizando-se a sua aplicabilidade e limitações. A pesquisa tem ainda, como objetivo específico, mostrar que o tratamento de aquíferos deve ser feito de modo sequencial, ou seja, deve envolver diferentes tecnologias de remediação, de acordo com as características dos contaminantes presentes e seus subprodutos. Foram realizados vários ensaios de permeabilidade e de transporte de massa, para determinação da condutividade hidráulica e dos parâmetros de transporte de massa, em diferentes misturas de pó de ferro e pó de quartzo. Foram também realizados ensaios de batelada e de coluna com diferentes contaminantes na presença de pó de ferro, cujos resultados permitem uma avaliação das taxas de degradação destes compostos, bem como dos seus subprodutos. Conclui-se que a técnica da decloração redutiva com uso do ferro metálico pode apresentar resultados bem distintos, dependendo do contaminante em questão. Alguns contaminantes podem inclusive não apresentar degradação ou mesmo tempos de meia vida tão altos, que inviabilizem o uso da técnica em projetos de barreiras reativas. A produção de subprodutos clorados tão ou até mais tóxicos que o próprio contaminante original, e que não são degradados pelo mesmo princípio reativo, reforça a necessidade de tratamentos sequenciais na remediação de aquíferos. / [en] Underground contamination with hazardous wastes has been one of the largest environmental problems in several countries, with many sites presenting groundwater contamination. There are several technologies to control and remediate groundwater contamination and the technology more commonly used is the so called pump-and-treat. In spite of the potential for its use in the control of the migration of a plume, pump-and-treat possesses several physical and chemical restrictions that limit its effectiveness as a strategy of aquifer decontamination on long duration remediation works, especially if used isolated or when the aquifer is contaminated with NAPLs (Non Aqueous Phase Liquids). Additional and associated techniques to the control system of the plume migration are often recommended according the slow process of natural dissolution of these liquids in groundwater. Because these limitations, several technologies are being investigated. One of the most promising is the in situ treatment of the contaminant in reactive barriers, especially in aquifers contaminated with chlorinated aliphatic organic compounds (chlorinated solvents). The design involves the construction of a barrier with reactive and porous materials (reactors) that are placed in the aquifer to intercept the contaminant plume. As water passively flows through the reactor, the contaminants are degraded, therefore minimising or avoiding the aquifer contamination downstream the barrier. The degradation process involves the reductive dechlorination of the compounds in the presence of zero-valent metals (e.g. metallic iron). The general objective of this research is to make an evaluation of the use of reactive barriers in the emediation of aquifers that are contaminated with chlorinated solvents, and is emphasised its applicability and limitations. The specific objective of the research is to show that the treatment of aquifers should be made of sequential way, that is, it should involve different technologies of remediation according to the characteristics of the contaminants and their by-products. Several permeability and mass transport experiments were made for determination of the hydraulic conductivity and the parameters of mass transport in different mixtures of powder of iron and quartz. Batch and column tests were also made with different contaminants in the presence of iron powder and the results allow evaluating the degradation rates of these compounds and their by-products. The conclusion is that the reductive dechlorination with metallic iron can have different results depending on the type of contaminant. Some contaminants can not present any degradation or they have so high half-life times that the use of this technology in reactive barrier design is out of practice. Finally the formation of chlorinated by-products, which are more toxic than the own original contaminant and not degraded by the same technology, emphasises that the treatment of aquifers should be sequential. / [es] La contaminación del medio ambiente, particularmente subsuperficies, con residuos peligrosos y tóxicos se ha convertido en uno de los mayores problemas ambientales en varios paises, donde en muchos locales existe contaminación del agua subterránea. Existen diversas técnicas de control de contaminación del agua subterránea, entre ellas, la que se utiliza comúnmente es la de pump-and-treat. A pesar de su eficacia en el control de la migración de plumas de contaminación, el pump-and-treat posee varias restriciones físicas y químicas que limitan su eficacia a largo plazo, especialmente si se utiliza aisladamente, o en el caso de aquíferos contaminados con líquidos no miscibles con la agua (NAPLs - Non Aqueos Phase Liquids). Frecuentemente se recomiendan técnicas adicionales y asociadas a sistemas de control de migración de plumas, considerando la lentitud del proceso de disolución natural de estos líquidos en aguas subterráneas. Frente a estas limitaciones, diversas técnicas alternativas al pump-and-treat han sido investigadas y una de las más prometedoras es el tratamiento in situ de los contaminantes a través de las barreras reactivas, especialmente en el caso de aquíferos contaminados con organoclorados alifáticos (solventes clorados). Este proyecto propone la ejecución de una barrera con materiales reactivos y porosos (reactores) a lo largo del camino de la pluma de contaminación. A medida que el agua pasa pasivamente a través del reactor, los contaminantes se van degradando, minimizando o previniendo la contaminación del aquífero. El proceso de degradación utiliza la decloración reductiva de los organoclorados en presencia de metales de valencia nula (por ejemplo, el hierro metálico). Esta investigación tiene como objetivo general hacer una evaluación de la utilización de barreras reactivas en aquíferos contaminados con disolventes clorados, enfatizando su aplicabilidad y limitaciones. Outro objetivo específico de esta investigación es mostrar que el tratamiento de aquíferos debe ser realizado sucesivamente, o sea, debe envolver diferentes tecnologías de acuerdo con las características de los contaminantes existentes y sus subproductos. Se realizaron varios ensayos de permeabilidad y de transporte de masa, para determinación de la conductividad hidráulica y de los parámetros de transporte de masa, en diferentes mexclas de polvo de hierro y polvo de quartzo. También fueron realizados ensayos de batelada y de columna con diferentes contaminantes en presencia de polvo de hierro. Los resultados permiten una evaluación de las tasas de degradación de estos compuestos, así como de sus subproductos. Se concluye que la técnica de la decloración reductiva con uso del hierro metálico puede presentar resultados bien diferentes, dependiendo del contaminante en questión. Algunos contaminantes pueden incluso no presentar degradación o tiempo de vida media tan altos, que inviabilizen el uso de la técnica en proyectos de barreras reactivas. La producción de subproductos clorados tan o hasta más tóxicos que el contaminante original, y que no son degradados por el mismo principio reactivo, refuerza la necesidad de tratamientos sequenciales para la curación de aquíferos.

[pt] O presente trabalho apresenta estudos de simulações dos processos de transporte e atenuação do derramamento de gasolina nas condições encontradas em postos de gasolina. Estas simulações são realizadas através da aplicação de métodos numéricos para análise de transporte de multicompostos em meios porosos. Na simulação são utilizados programas para análise tridimensional de fluxo e transporte de contaminantes, bem como um programa de pré- e pós-processamento gráfico utilizado na definição da geometria, geração da malha de diferenças finitas, definição dos parâmetros adotados e visualização dos resultados. Um estudo detalhado dos programas utilizados nas análises é realizado. Este estudo inclui um teste para validar os dados fornecidos pelo programa de análise de transporte de contaminantes, bem como, a implementação numérica de uma nova reação química (reação do BTEX com o reagente de Fenton). Como aplicação dos procedimentos estudados, foi utilizado um caso de derramamento de gasolina em um posto na cidade do Rio de Janeiro-RJ. Para representar este derramamento, a simulação foi dividida em três etapas. A primeira refere-se à tentativa de reproduzir as condições de fluxo e contaminação do BTEX, medidos no campo, até o instante de retirada dos tanques. A segunda etapa da simulação corresponde ao período após a substituição dos tanques. A última etapa da simulação, corresponde ao início da injeção de oxigênio usado para bioremediação da área contaminada. O trabalho apresenta uma descrição dos programas utilizados e sua formulação. Apresenta e comenta também os resultados das análises e implementação efetuada. / [en] The present work presents studies related to the simulation of transport and attenuation processes of gasoline spills in conditions normally encountered in petrol stations. These studies are carried out through the application of numerical methods for the analysis of transport of multicomponents in porous media. Computer programs for 3D analysis of flow and transport of contaminants were used as well as graphics routines for the visualization of results. A detailed study of the programs used was carried out. Validation tests were performed as well as an external implementation of a new routine to simulate a particular chemical reaction (reaction of BTEX with Fenton`s reagent) related to a special remediation technique. As application of the studied procedures, a case related to the gasoline spill in a petrol station located in the city of Rio de Janeiro-RJ was focused. In order to represent as close as possible the gasoline spill the simulation was divided into three stages. The first one, refers to an attempt to reproduce the flow and contamination conditions of BTEX compounds formed in situ until the removal of the underground tanks. The second stage corresponds to a period just after the replacement of the damaged tanks. Finally, the last stage consisted in the injection of oxygen used for bioremediation of the contaminated area. The present work describes the overall methodology used, the obtained results and pertinent comments. / [es] EL presente trabajo presenta estudios de simulación de los procesos de transporte y atenuación del derrame de gasolina en las condiciones encontradas en los puestos de gasolina. Estas simulaciones son realizadas aplicando métodos numéricos para el análisis de transporte de multicompuestos en medios porosos. En la simulación se utilizan programas par el análisis tridimensional de flujo y transporte de contaminantes, así como un programa de pré y postprocesamiento gráfico utilizado en la definición de la geometría, generación de la malla de diferencias finitas, definición de los parámetros adoptados y visualización de los resultados. Se incluye un detallado estudio de los programas utilizados en el análisis. Este estudio incluye una prueba para validar los datos suministrados por el programa de análisis de transporte de contaminantes, así como, la implementación numérica de una nueva reacción química (reacción del BTEX con el reagente de Fenton). Como aplicación de los procedimentos estudiados, fue utilizado un caso de derramamiento de gasolina en un puesto de la ciudad del Rio de Janeiro RJ. Para representar este derramamento, la simulación fue dividida en tres etapas. La primera intenta reproduzir las condiciones de flujo y contaminación del BTEX, medidos en el campo, hasta el instante de retirada de los tanques. La segunda etapa de la simulación corresponde al período después la substituición de los tanques. La última etapa, corresponde al início de la inyeción de oxígeno usado para biocuración de la área contaminada. EL trabajo presenta una descripción de los programas utilizados, de su formulación y los resultados del análisis son comentados.

O objetivo desta tese foi o desenvolvimento de um equipamento compacto para o tratamento de águas subterrâneas contaminadas por BTEX e TPH em postos de combustíveis. Esta questão ambiental é uma preocupação mundial devido ao nível de contaminação e a quantidade de vazamentos existentes, toxicidade dos poluentes e a necessidade de uso de aquíferos para consumo humano. O equipamento é composto por unidades que contemplam as seguintes etapas: (a) sucção e volatilização de compostos orgânicos voláteis; (b) injeção de ar (“air sparging”) para remoção de substâncias orgânicas voláteis; e (c) filtro de adsorção com recheio composto por mistura de 50% de carvão ativado e 50% de cinza de casca de arroz para a remoção de TPH. A parte experimental envolveu a caracterização de águas subterrâneas contaminadas e estudos em escala piloto e real. Os resultados obtidos demostraram que o equipamento de remediação desenvolvido é altamente eficiente para o tratamento de águas subterrâneas contaminadas. Com um tempo de detenção de 8 horas, obtiveram-se decréscimos superiores a 96% de BTEX e TPH. Nesta situação, a água contaminada tratada alcança valores que atendem aos critérios de lançamento estabelecidos pelas legislação nacional vigente. / This study describes the development of a compact device to treat groundwater contaminated with BTEX and TPH in gas stations. This environmental issue raises concerns worldwide, due to the level of contamination, the high occurrence of leaks, the toxicity of contaminants, and the importance of aquifers for human consumption. The equipment was formed by: a) a suction and treatment stage using vacuum and aeration with injectors (to replace the suction system based on a conventional vacuum pump and the air stripping and/or air sparging system); b) small-scale surface aerators (to replace the air stripping and/or air sparging system); c) an adsorption filter using a mixture of activated carbon (50%) and rice husk ash (50%) (to replace the activated carbon system). The experiment was conducted in four stages: a) characterization of groundwaters; b) presentation of the adsorbents used in the filter; c) pilot test (under controlled conditions to measure the efficiency to remove BTEX and TPH); and d) the full-scale tests (observation and confirmation of equipment efficiency). The results show that the remediation equipment developed is highly efficient to treat contaminated groundwater. An 8-h retention time afforded to reduce BTEX and TPH levels by over 96%. In this scenario, the treated water parameters meet the current legal requirements for discharge.

O presente trabalho apresenta um estudo de caso de contaminação de solo e água subterrânea por derivados do petróleo em uma refinaria da região Sudeste do país, para o qual foram aplicados todos os níveis ou tiers da metodologia RBCA de avaliação de risco à saúde humana. Diferentes vias de exposição foram consideradas ao longo de toda a metodologia, a qual foi dividida em determinística, compreendendo os dois primeiros níveis, e estocástica, no caso do terceiro nível. Sobre a abordagem determinística, o modelo de Domenico (1987) para transporte de contaminantes em água subterrânea foi substituído por um conjunto de soluções analíticas que considera diferentes geometrias de fonte de contaminação para casos instantâneos e contínuos de liberação de contaminantes, permitindo que a metodologia RBCA também possa ser empregada mesmo quando o modelo de Domenico (1987) não se aplica. A comparação deste conjunto de soluções com outro utilizado apenas para comparar e confirmar a validade dos modelos escolhidos demonstrou grande estabilidade nas soluções, enquanto os modelos de comparação apresentaram instabilidade nas soluções para altos valores da variável tempo. Tal fato comprovou a viabilidade do emprego do conjunto de soluções analíticas proposto para avaliação de risco à saúde humana. No contexto da abordagem estocástica da estimativa do risco, o método de Monte Carlo foi empregado para propagação das incertezas sobre uma das soluções analíticas citadas anteriormente, da qual, por sua vez, foram extraídos os resultados para a simulação estocástica do risco para a via de contato dermal com água superficial contaminada por Benzeno. Os resultados da simulação estocástica demonstraram uma correlação muito grande do risco com a variável C (concentração do contaminante), a qual, por sua vez, foi modelada pela simulação estocástica da condutividade hidráulica. Logo, pode-se concluir que a condutividade hidráulica afeta a estimativa do risco, para o qual observou-se uma diferença de seis ordens de magnitude entre o valor mínimo e o máximo simulados e duas ordens de magnitude para o valor real do risco. / This dissertation presents a case study on soil and ground water contamination by components derived from petroleum in a refinery located in the Southeast region of Brazil. All of the RBCA health risk assessment methodology tiers were applied in this study. Different exposure pathways were considered throughout the methodology. Firstly, the deterministic approach which encompasses the first two tiers and secondly, the stochastic approach which addressed the third tier. Regarding the deterministic approach, the Domenico (1987) ground water contaminant transport model was replaced by a new set of analytical solutions that consider different geometries of contamination sources used in cases of instantaneous and continuous release of contaminants. This replacement allowed for the utilization of the RBCA methodology whenever the Domenico (1987) analytical model does not apply. A comparison between this set of analytical solutions with another set used to validate and testify the chosen set only, showed great solution stability response; whereas, the models of comparison have demonstrated instability for high values of the time variable. Such a fact proved the validity of the use of the proposed set of analytical solutions inserted in a health risk assessment context. In the context of the stochastic approach of risk estimation, the Monte Carlo method was employed to propagate uncertainties over one of the analytical solutions mentioned above, from which results were obtained to simulate dermal contact with contaminated surface water while swimming exposure pathway. The results of the stochastic simulation demonstrated a high correlation between the risk and the variable C (contaminant concentration), which was modeled by the hydraulic conductivity stochastic simulation. Hence, it may be concluded that the hydraulic conductivity affects the risk estimation, for which a difference of six orders of magnitude between the minimum and maximum simulated values and two orders of magnitude for the real risk value was observed.

[pt] A análise quantitativa de risco à saúde humana (AqR) devido a uma determinada área contaminada vem se verificando como importante ferramenta na gestão ambiental bem como a concretização de dano ambiental, tanto no Brasil como em outros países. Os procedimentos para AqR consistem em passos seqüenciados de forma orgânica e lógica e englobam características legais, aspectos toxicológicos e mecanismos de transporte. Apesar de não haver uma lei específica que regule a AqR, o Direito Ambiental permite que estas metodologias sejam plenamente aplicadas tanto no âmbito administrativo quanto no âmbito judicial para a caracterização de dano ambiental. As metodologias de AqR se valem de modelos fármaco-cinéticos que relacionam a exposição ao composto químico à possibilidade de causar danos à saúde humana. A Geotecnia Ambiental estuda o transporte e comportamento dos contaminantes nos solos e nas águas subterrâneas. A AqR se mostra um problema complexo e permeado por inúmeras incertezas e variabilidades. Foi proposta a utilização do método do segundo momento de primeira ordem (FOSM) para quantificar as incertezas relacionadas com a estimativa dos parâmetros de transporte a serem usadas em um modelo analítico de transporte de soluto em meios porosos (Domenico). O estudo de caso consiste na aplicação do programa desenvolvido para esta finalidade (SeRis). O método se mostra computacionalmente econômico e o estudo de caso, dentro das idealizações, identificou os parâmetros com maior importância relativa e apresentou uma variância total razoável para o resultado. / [en] The quantitative human health risk assessment (AqR) due a contaminated site has became an important tool at Environmental Managenment and at the identification of environmental harm, at Brazil and other countries. The AqR procedures consists in logical sequence of actions concerned about legal aspects, toxicological matter and transport phenomena. In spite of the absence of a single law that could regulate specifically the AqR, the Environmental Law, as a whole, allows that AqR methodologies to be fully applied at governamental and judicial levels. The AqR procedures are base on pharmaco-kinetics models that quantitatively relates the exposure to the chemicals to human harm potency. The Environmental Geotechnics studies the fate and transport of contaminants at soil and groundwater. AqR is complex and full of uncertainties and variabilities subject. It have been proposed the application of the first order second moment method (FOSM) to quantify the uncertainties related to the estimation of the transport parameters to be used in the analytical transport model of solute in porous media (Domenico). It have been developed a specific software that meets this objective (SeRis). This software proved to be computationally efficient. The case study example indicated the relative importance of the considered parameters and presented a reasonable total system variance.

A bacia hidrográfica do Rio Mãe Luzia está localizada dentro da bacia carbonífera catarinense, no sul do estado de Santa Catarina, em uma região muito impactada em termos ambientais, principalmente pela geração de Drenagem Ácida de Mina (DAM), o principal aspecto ambiental a ser considerado para o gerenciamento de recursos hídricos subterrâneos e superficiais. A indústria carbonífera, com a explotação do carvão mineral há mais de um século, contribuiu muito para a degradação da qualidade das águas superficiais da região. Ao contrário da poluição das águas superficiais, a poluição das águas subterrâneas é de difícil detecção, de difícil controle e ainda pode persistir por anos, décadas e até mesmo séculos. Nesse sentido, justifica-se a realização de estudos visando à proteção dos recursos hídricos subterrâneos e evitar a sua deterioração. O presente estudo tem como objetivo mapear a vulnerabilidade natural à contaminação dos aqüíferos e realizar a avaliação de risco de contaminação das águas subterrâneas nas áreas degradadas pela extração de carvão. Para o estudo da vulnerabilidade utilizou-se a metodologia GOD que consiste na combinação de três parâmetros físicos: o tipo de ocorrência do aqüífero, descrição da zona não saturada e profundidade do nível freático. Para a avaliação de risco, foram combinados mapas de vulnerabilidade e da cobertura do solo atual das áreas impactadas pela atividade carbonífera, que nos fornece a informação onde o rejeito e o estéril foram isolados cessando a oxidação da pirita, evitando a geração da DAM. O Mapa de Vulnerabilidade evidenciou as áreas mais suscetíveis para contaminação (localizadas ao norte da bacia, em uma região não degradada pela extração de carvão), enquanto que o Mapa de Risco mostrou regiões onde podem ser priorizados os trabalhos de pesquisa e recuperação das áreas degradadas devido ao risco elevado associado a estas áreas. / The Mãe Luzia river watershed is located inside the Santa Catarina coal basin in the southern of Santa Catarina state, a region very environmentally impacted mostly by the generation of Acid Mine Drainage (AMD), the main environmental aspects to be considered for the management of groundwater and surface water. The coal industry, with the exploitation of coal for more than a century, contributed much to the degradation of the quality of surface waters in the region. Unlike the surface water pollution, pollution of groundwater is difficult to detect, difficult to control and still may persist for years, decades and even centuries. In this sense, it justifies studies aimed the protection of groundwater resources and prevent deterioration. The present study aims to map the natural vulnerability of aquifers to contamination and perform a risk assessment of groundwater contamination in areas degraded by coal mining. The vulnerability was studied using the GOD methodology, which is the combination of three physical parameters: Groundwater occurrence, Overall litology of aquiperm or aquitard and Depth to groundwater table. For risk assessment were combined the vulnerability map and the current soil cover in the areas impacted by the coal industry, which give us the information where the waste/tailing were isolated, ceasing the oxidation of pyrite, avoiding AMD generation. The Vulnerability Map showed the area most susceptible to contamination (located north of the watershed, in a region not degraded by coal mining), while the Risk Map shows areas where works of search and recovery of degraded areas can be prioritized due to the high risk associated with these regions.

A gestão integrada dos recursos hídricos constitui um dos fundamentos da lei 9.433/97, que considera a unidade do ciclo hidrológico como requisito necessário ao estabelecimento de critérios de outorga de direito de uso dos recursos hídricos. No entanto, na prática do gerenciamento das alocações de água no Brasil, a interdependência entre os recursos hídricos superficiais e subterrâneos não é considerada, devido, principalmente, à falta de informações hidrogeológicas nas bacias e aos aparatos institucionais das autoridades outorgantes terem sempre sido mais voltados à gestão das águas superficiais. Além disso, o conhecimento científico nessa área ainda é escasso, especialmente quanto a estudos que abordem o uso integrado das águas na escala da bacia hidrográfica. Neste trabalho foi realizada uma análise integrada de retiradas de água superficial e subterrânea em uma bacia hidrográfica, utilizando um modelo hidrológico distribuído de simulação de processos de transformação chuva-vazão em grande escala. Diferentes cenários de usos foram simulados e, por meio deles, foram geradas curvas relacionando máximos percentuais de uso de água superficial e subterrânea com seus impactos sobre as vazões mínimas no rio, a partir das quais, se podem definir possíveis limites para outorga integrada de recursos hídricos na escala das bacias hidrográficas. O estudo de caso foi aplicado na bacia do Alto Rio Paranaíba, afluente do Rio Paraná, em Minas Gerais, e os resultados mostraram que a máxima quantidade de água subterrânea que poderia ser retirada na bacia é inferior à recarga estimada do aqüífero, para um nível de impacto sobre a vazão no rio atualmente considerado aceitável de acordo com a legislação. / Integrated water resources management is the basis for law no. 9433/97, which is known as the National Water Policy. According to that law, the whole hydrologic cycle should be taken in consideration when defining water rights. However, in Brazilian water use allocation practice, surface water and groundwater interaction is not considered due to the lack of hydrogeological information on watersheds and to the water agencies focus on surface water management. Furthermore, scientific knowledge on this subject is still scarce especially on water integrated use in the large-scale. This study aims to analyze surface water and groundwater integrated use in a basin through a rainfall-runoff distributed hydrological model. Different withdrawal scenarios were simulated and curves relating surface water and groundwater use and its impacts on river minimum flows were obtained. These curves may support withdrawal threshold definition in the macro-scale. A case study was applied in the Upper Paranaíba river basin, a tributary of Paraná river in the State of Minas Gerais. Results showed that maximum groundwater withdrawal in the basin should be less than estimated aquifer recharge.

A gestão integrada dos recursos hídricos constitui um dos fundamentos da lei 9.433/97, que considera a unidade do ciclo hidrológico como requisito necessário ao estabelecimento de critérios de outorga de direito de uso dos recursos hídricos. No entanto, na prática do gerenciamento das alocações de água no Brasil, a interdependência entre os recursos hídricos superficiais e subterrâneos não é considerada, devido, principalmente, à falta de informações hidrogeológicas nas bacias e aos aparatos institucionais das autoridades outorgantes terem sempre sido mais voltados à gestão das águas superficiais. Além disso, o conhecimento científico nessa área ainda é escasso, especialmente quanto a estudos que abordem o uso integrado das águas na escala da bacia hidrográfica. Neste trabalho foi realizada uma análise integrada de retiradas de água superficial e subterrânea em uma bacia hidrográfica, utilizando um modelo hidrológico distribuído de simulação de processos de transformação chuva-vazão em grande escala. Diferentes cenários de usos foram simulados e, por meio deles, foram geradas curvas relacionando máximos percentuais de uso de água superficial e subterrânea com seus impactos sobre as vazões mínimas no rio, a partir das quais, se podem definir possíveis limites para outorga integrada de recursos hídricos na escala das bacias hidrográficas. O estudo de caso foi aplicado na bacia do Alto Rio Paranaíba, afluente do Rio Paraná, em Minas Gerais, e os resultados mostraram que a máxima quantidade de água subterrânea que poderia ser retirada na bacia é inferior à recarga estimada do aqüífero, para um nível de impacto sobre a vazão no rio atualmente considerado aceitável de acordo com a legislação. / Integrated water resources management is the basis for law no. 9433/97, which is known as the National Water Policy. According to that law, the whole hydrologic cycle should be taken in consideration when defining water rights. However, in Brazilian water use allocation practice, surface water and groundwater interaction is not considered due to the lack of hydrogeological information on watersheds and to the water agencies focus on surface water management. Furthermore, scientific knowledge on this subject is still scarce especially on water integrated use in the large-scale. This study aims to analyze surface water and groundwater integrated use in a basin through a rainfall-runoff distributed hydrological model. Different withdrawal scenarios were simulated and curves relating surface water and groundwater use and its impacts on river minimum flows were obtained. These curves may support withdrawal threshold definition in the macro-scale. A case study was applied in the Upper Paranaíba river basin, a tributary of Paraná river in the State of Minas Gerais. Results showed that maximum groundwater withdrawal in the basin should be less than estimated aquifer recharge.

O presente trabalho apresenta um estudo de caso de contaminação de solo e água subterrânea por derivados do petróleo em uma refinaria da região Sudeste do país, para o qual foram aplicados todos os níveis ou tiers da metodologia RBCA de avaliação de risco à saúde humana. Diferentes vias de exposição foram consideradas ao longo de toda a metodologia, a qual foi dividida em determinística, compreendendo os dois primeiros níveis, e estocástica, no caso do terceiro nível. Sobre a abordagem determinística, o modelo de Domenico (1987) para transporte de contaminantes em água subterrânea foi substituído por um conjunto de soluções analíticas que considera diferentes geometrias de fonte de contaminação para casos instantâneos e contínuos de liberação de contaminantes, permitindo que a metodologia RBCA também possa ser empregada mesmo quando o modelo de Domenico (1987) não se aplica. A comparação deste conjunto de soluções com outro utilizado apenas para comparar e confirmar a validade dos modelos escolhidos demonstrou grande estabilidade nas soluções, enquanto os modelos de comparação apresentaram instabilidade nas soluções para altos valores da variável tempo. Tal fato comprovou a viabilidade do emprego do conjunto de soluções analíticas proposto para avaliação de risco à saúde humana. No contexto da abordagem estocástica da estimativa do risco, o método de Monte Carlo foi empregado para propagação das incertezas sobre uma das soluções analíticas citadas anteriormente, da qual, por sua vez, foram extraídos os resultados para a simulação estocástica do risco para a via de contato dermal com água superficial contaminada por Benzeno. Os resultados da simulação estocástica demonstraram uma correlação muito grande do risco com a variável C (concentração do contaminante), a qual, por sua vez, foi modelada pela simulação estocástica da condutividade hidráulica. Logo, pode-se concluir que a condutividade hidráulica afeta a estimativa do risco, para o qual observou-se uma diferença de seis ordens de magnitude entre o valor mínimo e o máximo simulados e duas ordens de magnitude para o valor real do risco. / This dissertation presents a case study on soil and ground water contamination by components derived from petroleum in a refinery located in the Southeast region of Brazil. All of the RBCA health risk assessment methodology tiers were applied in this study. Different exposure pathways were considered throughout the methodology. Firstly, the deterministic approach which encompasses the first two tiers and secondly, the stochastic approach which addressed the third tier. Regarding the deterministic approach, the Domenico (1987) ground water contaminant transport model was replaced by a new set of analytical solutions that consider different geometries of contamination sources used in cases of instantaneous and continuous release of contaminants. This replacement allowed for the utilization of the RBCA methodology whenever the Domenico (1987) analytical model does not apply. A comparison between this set of analytical solutions with another set used to validate and testify the chosen set only, showed great solution stability response; whereas, the models of comparison have demonstrated instability for high values of the time variable. Such a fact proved the validity of the use of the proposed set of analytical solutions inserted in a health risk assessment context. In the context of the stochastic approach of risk estimation, the Monte Carlo method was employed to propagate uncertainties over one of the analytical solutions mentioned above, from which results were obtained to simulate dermal contact with contaminated surface water while swimming exposure pathway. The results of the stochastic simulation demonstrated a high correlation between the risk and the variable C (contaminant concentration), which was modeled by the hydraulic conductivity stochastic simulation. Hence, it may be concluded that the hydraulic conductivity affects the risk estimation, for which a difference of six orders of magnitude between the minimum and maximum simulated values and two orders of magnitude for the real risk value was observed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A widespread attitude exists of underestimating the risks of pollution of the groundwaters that it opposes to the growth of its use; this situation increases its risk of contamination. Like this, the work had as general objective to determine areas susceptible to the contamination of the groundwaters in Santa Maria's Geographical Micro region; and as specific objectives to collect data, to establish the natural vulnerability of the aquifers, to identify the pollutant activities and to represent cartographically the obtained information. A database was elaborated with information of the 345 registered wells (SIAGAS/CPRM) and the method GOD was applied (Foster and Hirata, 1987) considering Groundwater degree of hydraulic confinement, Occurrence of the litology substratum and Depth of the groundwater level. It was verified that the area presents fragile natural structure, prevailing the classes of High and Extreme vulnerability. The identified socioeconomic activities through consultations to the Base of Municipal Information (IBGE, 2002) they refer to the agricultural and cattle production. It was ended that the groundwaters in Santa Maria, Cacequi, São Sepé, Itaara, São Pedro do Sul, Nova Esperança do Sul, São Vicente and Jaguari are more susceptible the contamination for activities of the urban-residential section. While in Dilermando de Aguiar, Mata, São Martinho da Serra, Toropi and Vila Nova do Sul the risk of contamination is linked to the activities of the rural section. Those activities can alter or to induce new recharge mechanisms, the understanding of those mechanisms and the correct evaluation of such modifications is fundamental, because the polluting load can be controlled or modified, not happening the same with the natural vulnerability of the aquifer (Foster and Hirata, 1993). / Existe uma atitude generalizada de subestimar os riscos de poluição das águas subterrâneas que se contrapõe ao crescimento de sua utilização, esta situação aumenta seu risco de contaminação. Assim, o trabalho teve como objetivo geral determinar áreas susceptíveis à contaminação das águas subterrâneas na Microrregião Geográfica de Santa Maria; e como objetivos específicos coletar dados, estabelecer a vulnerabilidade natural dos aqüíferos, identificar as atividades poluentes e representar cartograficamente às informações obtidas. Elaborou-se um banco de dados com informações dos 345 poços cadastrados (SIAGAS/CPRM) e aplicou-se o método GOD (Foster e Hirata, 1987) considerando Grau de confinamento hidráulico, Ocorrência do substrato litológico e Distância do nível da água. Constatou-se que a área apresenta estrutura natural frágil, predominando as classes de vulnerabilidade Alta e Extrema. As atividades sócio-econômicas identificadas através de consultas à Base de Informações Municipais (IBGE, 2002) referem-se à produção agrícola e pecuária. Concluiu-se que as águas subterrâneas em Santa Maria, Cacequi, São Sepé, Itaara, São Pedro do Sul, Nova Esperança do Sul, São Vicente e Jaguari estão mais susceptíveis a contaminação por atividades do setor urbano-residencial. Enquanto em Dilermando de Aguiar, Mata, São Martinho da Serra, Toropi e Vila Nova do Sul o risco de contaminação está vinculado às atividades do setor rural. Essas atividades podem alterar ou induzir novos mecanismos de recarga, o entendimento desses mecanismos e a correta avaliação de tais modificações são fundamentais, pois a carga contaminante pode ser controlada ou modificada, não ocorrendo o mesmo com a vulnerabilidade natural do aqüífero (Foster e Hirata, 1993).