Modelagem Aquifero Urucuia

Projeto de Estudo do Potencial Hídrico da Região Oeste da Bahia:
Quantificação e Monitoramento da Disponibilidade dos Recursos do
Aquífero Urucuia no Estado da Bahia.
Ação 2. Estudo Hidrogeológico e Modelagem Numérica de
Fluxo do Aquífero Cretáceo Urucuia: Balanço Hídrico e
Estimativa de Recursos Explotáveis.
Coordenação:
Eduardo Antônio Marques (UFV)
Gerson C. da Silva Jr. (UFRJ)

Ação 2. Estudo Hidrogeológico e Modelagem Numérica de Fluxo do Aquífero
Cretáceo Urucuia: Balanço Hídrico e Estimativa de Recursos Explotáveis.
o Coordenação:
o Eduardo Marques
o Gerson Cardoso da Silva Jr.
o Pesquisadores:
o Geól. Glauco Eger
o Geól. Archange Ilambwetsi
o Estagiários:
o Jeniffer Chiappini da Matta
o Jales Nepomuceno Júnior
Equipe técnica:

o Levantamento de dados existentes sobre o SAU;
o Criação e digitalização dos dados obtidos em banco de dados SIG em ambiente
do software ArcGis (mapeamento geológico, dados hidroquímicos;
o Campanhas de campo para levantamento de informações e cadastro de poços;
o Elaboração do modelo hidrogeológico conceitual;
o Elaboração do modelo hidrogeológico numérico através do software Visual
MODFLOW.
Etapas de Elaboração:

Objetivos:
o Modelo hidrogeológico conceitual (elementos):
o Estimativa da recarga
o Avaliação da Interação água superficial / subterrânea
o Simulações com a ferramenta Visual MODFLOW:
o previsão de comportamento futuro, teste de hipóteses conceituais e subsídio ao
gerenciamento do aquífero
o Simulações de cenários com implantação de novos poços de bombeamento,
variações de vazão, etc.

o Um dos principais sistemas aquíferos do Brasil;
o Estende-se por 6 estados: Piauí, Maranhão, Tocantins,
Goiás, Minas Gerais e Bahia (foco do estudo);
o O SAU ocupa uma área de 126 mil km2;
o A área de estudo compreende a porção oeste do estado
baiano com aproximadamente 82 mil km2.
o Os contornos da área de estudo além de coincidirem
com os limites estaduais, são representados por feições
naturais, como: divisores de fluxo e rios.
Ação 2. Estudo Hidrogeológico e Modelagem
Numérica de Fluxo do Aquífero Cretáceo Urucuia:
Balanço Hídrico e Estimativa de Recursos Explotáveis.
Sistema Aquífero Urucuia (SAU): Área de Estudo

o Subdivisão de acordo com as principais bacias hidrográficas
do oeste baiano;
o Disponibilidade variável de informações geológicas e
hidrogeológicas (quantitativa e qualitativamente);
o Melhora na resolução/detalhamento das simulações;
o Grande discrepância na qualidade e quantidade de dados
disponíveis em cada sub-bacia.
Sistema Aquífero Urucuia (SAU): Área de Estudo
Ação 2. Estudo Hidrogeológico e Modelagem
Numérica de Fluxo do Aquífero Cretáceo Urucuia:
Balanço Hídrico e Estimativa de Recursos Explotáveis.

o Levantamento de dados secundários
o Dados Hidrogeológicos do INEMA, CERB, ANA e CPRM (SIAGAS e
RIMAS);
o CPRM (Geologia);
o INPE (topodata - SRTM);
o ANA e INMET (dados pluviométricos).
Levantamento de dados existentes

o dados secundários (Exemplo: CPRM/SIAGAS)

o Levantamento de dados secundáriosSistema Aquífero Urucuia (SAU)
Com informações
de Nível d’água
Com informações de
Transmissividade

o Levantamento de dados secundários (Exemplo: INEMA, ANA/CNARH, RIMAS e CERB)
Poços de bombeamento
Poços de Monitoramento
no estado transiente Poços de bombeamento

o Levantamento de dados primários (campanhas de campo)
o Levantamento geológico;
o Cadastro de poços;
o Execução de testes de bombeamento
total de 10 testes + 5 testes (dados secundários)

o Levantamento de dados primários (campanhas de campo)
o Execução de testes de bombeamento
Gráfico de
rebaixamento x
Tempo do teste na
Faz. Grato.

o Geologia:
o Grupo Urucuia
o Fm. Posse
o Fm. Serra das Araras
Modelo Conceitual

o Geologia:
o Grupo Urucuia
o Fm. Serra das Araras
o Fm. Posse
Modelo Conceitual

Modelo Conceitual: relação água subterrânea x água superficial

Modelo Conceitual: dados para o Modelo Numérico
o O modelo conceitual da área aponta para:
o Sistema aquífero poroso; espessura do pacote sedimentar > 300 m prof.;
o Comportamento predominantemente livre;
o Fluxo subterrâneo predominante W-E, divisor subterrâneo próximo à escarpa W
o Quanto aos parâmetros hidráulicos:
o Transmissividades calculadas/estimadas do SAU até T = 3200 m2/dia;
o Condutividade hidráulica são da ordem de K =10-3 a 10-5 m/s;
o Capacidade específica média Qe = 52,4 m3/h/m;
o Vazões outorgadas: Q = 250 - 600m3/h principalmente para irrigação.

o Estimativa da recarga do aquífero, via balanço hídrico e comparação com recarga obtida
através do estudo do grupo do Prof. Marcos Costa. Ainda por realizar
o Avaliar os dados de recarga obtidos pelo estudo de infiltração
o Análise da interação Água Superficial – Água Subterrânea – realizada com base nos dados
obtidos pela equipe do Prof. Pruski e já considerados no modelo numérico.
o Atualização do Modelo Hidrogeológico Conceitual.
o Distribuição da condutividade hidráulica, coeficiente de armazenamento e recarga
Modelo Conceitual: dados para o Modelo Numérico

Modelo Numérico (Matemático)
Para as simulações  SAU baiano subdividido em 4 bacias:
✓ Bacias do Rio Grande Alto e Rio Grande Médio,
✓ Bacia do Rio Corrente, e
✓ Bacia do Rio Carinhanha;
✓ Simulações iniciadas com o rio Corrente: homogeneidade, disponibilidade de informações  avaliação
de dificuldades e do comportamento geral do aquífero;
✓ Simulações:
✓ Estado estacionário para todas as bacias, e
✓ Estado transiente nas bacias do rio Grande Alto e rio Corrente, devido a disponibilidade de
informações de monitoramento.
Preparação dos dados para entrada no Visual MODFLOW

Topografia do SAU
- Extraída de imagens SRTM (30 m x30 m)
Preparação dos dados para entrada no Visual MODFLOW

Definição da base do SAU:
- Informações divergentes quanto a profundidade
máxima do SAU (Gaspar, 2008; ANA, 2018 e
CPRM);
- Adotou-se como limite inferior máximo para o
modelo as maiores profundidades dos poços de
bombeamento na região.
Resultado da interpolação da base do
SAU (B. do Alto Grande).
Preparação dos dados para entrada no
Visual MODFLOW

Elaboração do modelo com base nas campanhas de campo e no levantamento de dados.
✓ Modelo Hidrogeológico Numérico (Visual MODFLOW);
✓ Modelagem numérica inicial: Estado Estacionário;
✓ Modelagem Numérica: Estado Transiente (quando houver dados disponíveis)
Premissas adotadas para a construção dos modelos:
✓ Aquífero livre, homogêneo (ocorrência de aquitardos – Gaspar, 2006);
✓ Drenagens superficiais conectadas ao aquífero;
✓ Limites do aquífero: limites “no flow” (tipo 2) (base e laterais) ou dreno; e
✓ MALHA: ~200.000 células ativas, duas ou três camadas (aquífero mais raso, ativamente
conectada aos rios; aquífero livre mais profundo).
Modelo conceitual  Numérico

• Condições de contorno:
• River (azuis)
• No flow (vermelho)
• Recarga (distribuído em
cada bacia)
• Dreno (pontual)
Modelo Hidrogeológico Conceitual  Numérico

o Distribuição da recarga: realizada com base nas estações pluviométricas do HIDROWEB/ANA.
o Modelo no estado estacionário:
o % recarga  17,3% do total precipitado sobre a área de estudo (princípio da parcimônia).
Recarga simulada correspondendo ao valor real da chuva mensal ponderada das estações da bacia
distribuída em sua área.
o Modelo transiente:
o Realizado com o intervalo de tempo entre 2008 e 2017;
o Calibração: dados da Rede RIMAS – CPRM (bacia do rio Corrente):
o Bacia do Carinhanha: 11 poços de monitoramento (desde 2015 até 2017)
o Bacia do Alto Grande: 38 poços de monitoramento (desde 2011 até 2017.

o Vazões de bombeamento: vazões diárias máximas de outorga (INEMA e ANA(CNARH)):
o Modelo no estado estacionário: vazões constantes;
o Modelo transiente: % de demanda sobre as vazões máximas de outorga, calculados com base
nos projetos agronômicos e cálculos fornecidos pela equipe da Ação 3 (Rec. Hídricos
superficiais).
o A distribuição dos parâmetros hidráulicos foi a mesma da simulação em estado estacionário.

 Bacia do Alto Grande
Modelo Numérico: Visual MODFLOW

Modelo Numérico
Visual MODFLOW
Domínio da Simulação da Bacia do
Alto Grande.

Modelo Numérico - Visual MODFLOW: Bacia do Alto Grande
Distribuição dos poços de observação (A), poço de bombeamento (B) e condições de contorno
(C) na bacia do Alto Grande.
A B C

Distribuição dos parâmetros hidráulicos.
Kx Layer1 Kx Layer2 Kx Layer3

Zonas de distribuição da Recarga.

Modelo Numérico
Visual MODFLOW: Bacia do Alto
Grande
Cargas hidráulicas calculadas no estado
estacionário:
- variaram de 868m a 562.9 m
 utilizadas como cargas iniciais do
modelo transiente.

Simulação em estado transiente na bacia do Alto Grande.
Layer1 Layer2 Layer3

Simulação em estado
transiente

Simulações transientes:
• RMS normalizado de aproximadamente 9,5% no
período de monitoramento temporal
• Residual absoluto máximo de -5,05m.
• Variação de RMS  necessidade de ajustes
hmodelado < hreal
• Ajustes em elaboração.

Modelo Numérico:
Visual MODFLOW
A análise do gráfico da série temporal aponta um bom ajuste a curva de calibração. Ressalta-se que o
mesmo indicativo de queda no nível potenciométrico apontado pelos dados de observação no campo é
detectado na simulação computacional

Modelo Numérico:
Visual MODFLOW
Bombeamento nas condições atuais: a vazão de uma pequena parcela dos poços instalados na região foi
computada e não é a principal “consumidor” das vazões do SAU.
Entradas (m3):
Recarga 8,72 x 1010
Rios 8,70 x 109
Saídas (m3):
Rios 9,41 x 1010
Poços de bombeamento 1,81 x 109

Modelo Numérico:
Visual MODFLOW
Simulação transiente: o armazenamento é o principal mantenedor do fluxo de base. Há variação da taxa de
recarga e de bombeamento ao longo do tempo, porém as vazões dos rios são mantidas constantes.
Entradas (m3):
Armazenamento 34,9 x 109
Recarga 3,28 x 109
Rios 6,17 x 109
Saídas (m3):
Rios 43,8 x 109

 Bacia do Médio Grande
Modelo Numérico: Visual MODFLOW

- Domínio da Simulação 3d
Limites
Modelo Numérico - Visual MODFLOW:
Bacia do Médio Grande

- Potenciometria

- Calibração

- Balanço de Massas
Entradas (m3):
Recarga 2,97x 1010
Rios 2,49 x 1010
Saídas (m3):
Rios 5,46 x 1010

Figura 1 – Desenho em 3D mostrando a posição da superfície potenciométrica (em verde) em relação à
superfície do terreno, na bacia do rio Corrente.
 Bacia do Corrente
Modelo Numérico - Visual MODFLOW: Bacia do Corrente

- Domínio da Simulação
Limites
Bacia do Corrente

- Poços de Observação e Bombeamento
Poços de
Observação
Poços de
Bombeamento

- Distribuição dos parâmetros hidráulicos
Kx Layer1 Kx Layers2&3

- Distribuição das condições de contorno (Recarga e ‘River’
Recarga
Cond. contorno

- Resultados
Modelo Numérico: V-MODFLOW
Bacia do Corrente
Modpath

- Calibração

- Calibração temporal

- Balanço de Massas
Bacia do Corrente
Entradas (m3):
Rios (drenança) 2,81 x 109
Recarga 5,67 x 109
Saídas (m3):
Rios (drenança) 8,25 x 109
Drenos 1,14 x 108

 Bacia do Carinhanha
Modelo Numérico - Visual MODFLOW: Bacia do Carinhanha

 Domínio da simulação

 Poços de observação

 Poços de Bombeamento

 Condições de contorno
218,75
201,25
166,25
148,75
Recarga (mm/ano)

 Calibração

 Resultados - Potenciometria
(Simulação de Fluxo)

 Resultados:
 Balanço de Massas
Entradas (m3):
Recarga 17,9 x 109
Rios 2,08 x 109
Saídas (m3):
Rios 19,8 x 109
Poços de bombeamento 1.68 x 108

 Resultados:
 Balanço de Massas
Estado estacionário do Carinhanha: o maior volume de recarga ao aquífero provém da precipitação; o maior
consumidor, dentro das condições de contorno atuais, seria a descarga nos rios da bacia.

Sistema Aquífero Urucuia (SAU): Detalhamentos
• As simulações podem fornecer, além de estimativas do
balanço de entradas e saídas de água subterrânea dos
aquíferos espacial e temporalmente, “insights” sobre o
comportamento do aquífero em outros aspectos como a
interferência entre poços, relação água superficial x
água subterrânea, etc.
ZoneBudget

Sistema Aquífero Urucuia (SAU): Simulações preditivas
• Em realização: série de simulações de possíveis cenários futuros;
• As elaborações já realizadas (processamento de dados primários,
secundários e resultados das simulações  Hidroestratigrafia,
arquitetura - geometria, propriedades hidráulicas, fluxo e potenciometria,
recarga, interação água subterrânea / água superficial e poços de
bombeamento são a base para esse trabalho;
• Nas bacias do rio Carinhanha e Médio Grande esse trabalho será
dificultado pela escassez ou ausência de dados  sem dados para
calibração temporal.

Sistema Aquífero Urucuia (SAU): Simulações preditivas
0
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
TotalAnnualPumping(ac.-ft./yr)
Exemplo: Bacia
Edwards-Trinity, EUA
Futuro: previsão
TaxadeBombeamentom3/ano

Conclusões
• Desenvolveu-se um modelo de diferenças finitas de três camadas em cada
uma das subbacias para o Sistema Aquífero Urucuia no Estado da Bahia;
• Os principais fluxos de água de entrada ao aquífero vem da recarga da
chuva e, em áreas restritas, perdas dos rios e irrigação, enquanto perdas
pelos canais fluviais são a principal saída do aquífero;
• O modelo calibrado tem um RMS normalizado inferior a 10% em cada uma
das subbacias, tanto no estado estacionário quanto no transiente, com
valor de RMSE variando entre 5 e 20 m aproximadamente;
• O modelo é bastante sensível a variações de condutividade hidráulica e à
recarga;
• Tendo-se obtido um erro médio quadrático aceitável nas simulações, em
seguida serão realizadas simulações preditivas em consonância com as
demais Ações do projeto e AIBA.

69
Perguntas??
Eduardo Marques – emarques@ufv.br / (31) 3899-3096 / (31) 99890-2812
Gerson Cardoso da Silva Júnior – gerson@acd.ufrj.br / (21) 99746-6863
OBRIGADO!

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