Simulação Fluxo Subterraneo no Entorno de uma Baragem com Parede de Corte

TRABALHO PRÁTICO Peso 1 SIMULAÇÃO FLUXO SUBTERRÂNEO NO ENTORNO DE UMA BARRAGEM COM PAREDE DE CORTE Uma barragem de concreto com parede de corte cutoff wall foi construída parcialmente imersa em um aquífero confinado O aquífero é considerado homogêneo com uma condutividade hidráulica de 00005 ms e uma espessura de 10 m A porosidade efetiva do aquífero é 015 As condições de contorno são mostradas na figura representada abaixo Depth m Concrete dam with cutoff wall Distance m Figure 33 Saturated flow around a cutoff OBS Uma parede de corte cutoff wall também conhecida como parede diafragma ou parede de lama Slurry wall é um tipo de barreira subterrânea construída para impedir o movimento de água ou solo É comumente utilizado em projetos de engenharia civil e construção especialmente em áreas onde a infiltração de água ou a erosão do solo representam um risco Tem como objetivo criar uma barreira estanque que impeça o fluxo de água subterrânea para dentro ou para fora de uma área específica No caso específico a presença da parede de corte é para evitar a sobrepressão no sopé da barragem A parede é construída escavando uma vala até a profundidade desejada e depois enchendoa com uma mistura de lama suspensão espessa de argila bentonita ou outros aditivos em água A lama ajuda a estabilizar a vala e evitar que ela desmorone durante a escavação Uma vez que a vala é preenchida com lama barras de aço de reforço ou vergalhões são inseridas na mistura de lama para fornecer resistência estrutural Finalmente o concreto é despejado na vala deslocando a lama e formando uma parede sólida e impermeável O concreto cura e endurece com o tempo criando uma barreira permanente Use o aplicativo PMWIN 80 para criar um o modelo de fluxo e calcule a rede de fluxo e o fluxo através do aquífero para os casos em que 1 o aquífero é isotrópico e 2 o aquífero é anisotrópico com um fator de anisotropia de 02 TRABALHO PRÁTICO HIDROLOGIA Nome Simulação de Fluxo Subterrâneo no Entorno de uma Barragem com Parede de Corte SituaçãoProblema Uma barragem de concreto com parede de corte cutoff wall foi construída parcialmente imersa em um aquífero confinado O aquífero é considerado homogêneo com uma condutividade hidráulica de 00005 ms e uma espessura de 10 m A porosidade efetiva do aquífero é 015 As condições de contorno são mostradas na figura representada abaixo Uma parede de corte cutoff wall também conhecida como parede diafragma ou parede de lama Slurry wall é um tipo de barreira subterrânea construída para impedir o movimento de água ou solo É comumente utilizado em projetos de engenharia civil e construção especialmente em áreas onde a infiltração de água ou a erosão do solo representam um risco Tem como objetivo criar uma barreira estanque que impeça o fluxo de água subterrânea para dentro ou para fora de uma área específica No caso específico a presença da parede de corte é para evitar a sobrepressão no sopé da barragem A parede é construída escavando uma vala até a profundidade desejada e depois enchendo a com uma mistura de lama suspensão espessa de argila bentonita ou outros aditivos em água A lama ajuda a estabilizar a vala e evitar que ela desmorone durante a escavação Uma vez que a vala é preenchida com lama barras de aço de reforço ou vergalhões são inseridas na mistura de lama para fornecer resistência estrutural Finalmente o concreto é despejado na vala deslocando a lama e formando uma parede sólida e impermeável O concreto cura e endurece com o tempo criando uma barreira permanente Use o aplicativo PMWIN 80 para criar um o modelo de fluxo e calcule a rede de fluxo e o fluxo através do aquífero para os casos em que 1 o aquífero é isotrópico e 2 o aquífero é anisotrópico com um fator de anisotropia de 02 Referencial Teórico O fluxo subterrâneo no entorno de uma barragem com parede de corte é um fenômeno hidrogeológico complexo que envolve a interação entre a água superficial retida pela barragem e o fluxo de água subterrânea A construção de uma barragem com parede de corte pode alterar significativamente o regime hidrológico da área adjacente devido à criação de uma barreira física que interrompe o fluxo natural da água Uma das principais consequências da construção de uma barragem com parede de corte é a formação de um lago artificial no reservatório o que pode resultar em uma elevação do lençol freático na área adjacente devido ao aumento da pressão hidrostática Isso pode levar a mudanças no padrão de fluxo subterrâneo com a água fluindo da região de maior pressão para áreas de menor pressão muitas vezes resultando em surgência de água em nascentes ou aumento do fluxo em cursos dágua próximos Além disso a presença da barragem pode alterar as características hidrogeológicas do subsolo como a permeabilidade e a porosidade do solo devido à compactação do solo durante a construção da barragem Isso pode influenciar a capacidade de infiltração da água no subsolo e afetar o fluxo de água subterrânea em longo prazo O monitoramento do fluxo subterrâneo no entorno de uma barragem com parede de corte é essencial para avaliar os impactos ambientais e hidrológicos da estrutura Estudos hidrogeológicos detalhados incluindo modelagem numérica do fluxo de água subterrânea são frequentemente realizados para entender melhor a dinâmica do sistema e prever possíveis impactos a longo prazo como a subsidência do solo ou a contaminação da água subterrânea Além disso medidas de mitigação podem ser implementadas para minimizar os impactos negativos do fluxo subterrâneo no entorno da barragem como a construção de sistemas de drenagem ou a implementação de técnicas de gestão de águas superficiais e subterrâneas integradas Essas medidas visam garantir a segurança da barragem e proteger o meio ambiente local Modelo Considerase a estatística inicial do modelo apresentada a seguir a Modelo Isotrópico referese a uma simplificação onde se assume que as propriedades hidráulicas do aquífero são uniformes e iguais em todas as direções Em outras palavras a permeabilidade do aquífero é considerada constante em todas as direções não havendo variação espacial na capacidade do aquífero de transmitir água Isso significa que o fluxo de água subterrânea é uniforme em todas as direções e não há preferência por uma direção específica Em um modelo isotrópico as linhas de fluxo de água subterrânea são retas e paralelas indicando um padrão de fluxo uniforme e homogêneo Embora um modelo isotrópico seja frequentemente usado como uma simplificação inicial para entender o comportamento básico de um aquífero na realidade muitos aquíferos são anisotrópicos o que significa que a permeabilidade varia em diferentes direções Portanto é importante reconhecer que um modelo isotrópico pode não capturar com precisão a complexidade do sistema hidrogeológico real A saída de fluxo é apresentada nos dados tabelados a seguir LISTING FILE outputdat UNIT 3 OPENING basdat FILE TYPEBAS UNIT 1 OPENING bcfdat FILE TYPEBCF UNIT 11 OPENING ocdat FILE TYPEOC UNIT 22 OPENING rivdat FILE TYPERIV UNIT 14 OPENING pcg2dat FILE TYPEPCG UNIT 23 OPENING budgetdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 50 OPENING headsdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 51 OPENING ddowndat FILE TYPEDATABINARY UNIT 52 OPENING mt3dflo FILE TYPEDATABINARY UNIT 32 1 MODFLOW US GEOLOGICAL SURVEY MODULAR FINITEDIFFERENCE GROUNDWATER FLOW MODEL THE FREE FORMAT OPTION HAS BEEN SELECTED 1 LAYERS 10 ROWS 35 COLUMNS 1 STRESS PERIODS IN SIMULATION MODEL TIME UNIT IS DAYS BAS5 BASIC MODEL PACKAGE VERSION 5 1195 INPUT READ FROM UNIT 1 ARRAYS RHS AND BUFF WILL HAVE SEPARATE MEMORY ALLOCATIONS INITIAL HEAD WILL BE KEPT THROUGHOUT THE SIMULATION 3549 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BAS 3549 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 BCF5 BLOCKCENTERED FLOW PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 11 STEADYSTATE SIMULATION CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 HEAD AT CELLS THAT CONVERT TO DRY 010000E31 WETTING CAPABILITY IS NOT ACTIVE LAYER LAYERTYPE CODE INTERBLOCK T 1 0 0 HARMONIC 1 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BCF 3550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 RIV5 RIVER PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 14 MAXIMUM OF 2000 RIVER REACHES CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 12000 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY RIV 15550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 0PCG2 CONJUGATE GRADIENT SOLUTION PACKAGE VERSION 21 6195 MAXIMUM OF 50 CALLS OF SOLUTION ROUTINE MAXIMUM OF 30 INTERNAL ITERATIONS PER CALL TO SOLUTION ROUTINE MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 14900 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY PCG 30450 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 1 BOUNDARY ARRAY 1 FOR LAYER 1 AQUIFER HEAD WILL BE SET TO 99999 AT ALL NOFLOW NODES IBOUND0 INITIAL HEAD 05000000E03 FOR LAYER 1 OUTPUT CONTROL IS SPECIFIED EVERY TIME STEP HEAD PRINT FORMAT CODE IS 0 DRAWDOWN PRINT FORMAT CODE IS 0 HEADS WILL BE SAVED ON UNIT 51 DRAWDOWNS WILL BE SAVED ON UNIT 52 COLUMN TO ROW ANISOTROPY READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 1G140 DELR READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 15G140 DELC READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 10G140 TRANSMIS ALONG ROWS 01000000E01 FOR LAYER 1 0 SOLUTION BY THE CONJUGATEGRADIENT METHOD 0 MAXIMUM NUMBER OF CALLS TO PCG ROUTINE 50 MAXIMUM ITERATIONS PER CALL TO PCG 30 MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 RELAXATION FACTOR ONLY USED WITH PRECOND TYPE 1 099000E00 PARAMETER OF POLYMOMIAL PRECOND 2 2 OR IS CALCULATED 1 HEAD CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 RESIDUAL CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 PCG HEAD AND RESIDUAL CHANGE PRINTOUT INTERVAL 1 PRINTING FROM SOLVER IS LIMITED1 OR SUPPRESSED 1 0 DAMPING PARAMETER 010000E01 1 STRESS PERIOD NO 1 LENGTH 01157000E04 NUMBER OF TIME STEPS 1 MULTIPLIER FOR DELT 1000 INITIAL TIME STEP SIZE 01157000E04 0 RIVER REACHES 0 1 CALLS TO PCG ROUTINE FOR TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 1 TOTAL ITERATIONS 0MAXIMUM HEAD CHANGE FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL 1 0000 0 0 0 0 0MAXIMUM RESIDUAL FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL 1 0000 0349 0 0 HEADDRAWDOWN PRINTOUT FLAG 1 TOTAL BUDGET PRINTOUT FLAG 1 CELLBYCELL FLOW TERM FLAG 1 OUTPUT FLAGS FOR EACH LAYER HEAD DRAWDOWN HEAD DRAWDOWN LAYER PRINTOUT PRINTOUT SAVE SAVE 1 0 0 1 1 UBUDSV SAVING CONSTANT HEAD ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW RIGHT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW FRONT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 HEADS AND FLOW TERMS SAVED ON UNIT 32 FOR USE BY MT3D TRANSPORT MODEL HEAD WILL BE SAVED ON UNIT 51 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 DRAWDOWN WILL BE SAVED ON UNIT 52 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 1 VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 CUMULATIVE VOLUMES L3 RATES FOR THIS TIME STEP L3T IN IN CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL IN 23321863 TOTAL IN 23321863 OUT OUT CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL OUT 00000 TOTAL OUT 00000 IN OUT 00000 IN OUT 00000 PERCENT DISCREPANCY 000 PERCENT DISCREPANCY 000 TIME SUMMARY AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 SECONDS MINUTES HOURS DAYS YEARS TIME STEP LENGTH 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 STRESS PERIOD TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 TOTAL TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 b Modelo Anisotrópico é aquele que leva em consideração a variação das propriedades hidráulicas do aquífero em diferentes direções Ao contrário de um modelo isotrópico onde se assume que a permeabilidade é uniforme em todas as direções um modelo anisotrópico reconhece que a permeabilidade pode ser diferente ao longo de diferentes eixos no subsolo Essa variação pode ocorrer devido a uma série de fatores como a orientação das camadas geológicas a presença de fraturas ou falhas no subsolo ou a estruturação do depósito sedimentar Por exemplo um aquífero pode ter uma permeabilidade maior na direção horizontal do que na vertical devido à orientação das camadas rochosas ou ao alinhamento das fraturas Em um modelo anisotrópico as linhas de fluxo de água subterrânea não são necessariamente retas ou paralelas e o padrão de fluxo pode ser mais complexo refletindo a variação espacial das propriedades hidráulicas Portanto um modelo anisotrópico é mais realista para representar a dinâmica do fluxo de água subterrânea em aquíferos onde a anisotropia é uma característica importante Essa abordagem é fundamental para uma modelagem precisa do comportamento hidrogeológico do aquífero especialmente em contextos onde a anisotropia é significativa e pode influenciar a distribuição e a direção do fluxo de água subterrânea Para um fator de anisotropia de 02 temos o seguinte conjunto de dados LISTING FILE outputdat UNIT 3 OPENING basdat FILE TYPEBAS UNIT 1 OPENING bcfdat FILE TYPEBCF UNIT 11 OPENING ocdat FILE TYPEOC UNIT 22 OPENING rivdat FILE TYPERIV UNIT 14 OPENING pcg2dat FILE TYPEPCG UNIT 23 OPENING budgetdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 50 OPENING headsdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 51 OPENING ddowndat FILE TYPEDATABINARY UNIT 52 OPENING mt3dflo FILE TYPEDATABINARY UNIT 32 1 MODFLOW US GEOLOGICAL SURVEY MODULAR FINITEDIFFERENCE GROUNDWATER FLOW MODEL THE FREE FORMAT OPTION HAS BEEN SELECTED 1 LAYERS 10 ROWS 35 COLUMNS 1 STRESS PERIODS IN SIMULATION MODEL TIME UNIT IS DAYS BAS5 BASIC MODEL PACKAGE VERSION 5 1195 INPUT READ FROM UNIT 1 ARRAYS RHS AND BUFF WILL HAVE SEPARATE MEMORY ALLOCATIONS INITIAL HEAD WILL BE KEPT THROUGHOUT THE SIMULATION 3549 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BAS 3549 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 BCF5 BLOCKCENTERED FLOW PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 11 STEADYSTATE SIMULATION CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 HEAD AT CELLS THAT CONVERT TO DRY 010000E31 WETTING CAPABILITY IS NOT ACTIVE LAYER LAYERTYPE CODE INTERBLOCK T 1 0 0 HARMONIC 1 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BCF 3550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 RIV5 RIVER PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 14 MAXIMUM OF 2000 RIVER REACHES CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 12000 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY RIV 15550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 0PCG2 CONJUGATE GRADIENT SOLUTION PACKAGE VERSION 21 6195 MAXIMUM OF 50 CALLS OF SOLUTION ROUTINE MAXIMUM OF 30 INTERNAL ITERATIONS PER CALL TO SOLUTION ROUTINE MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 14900 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY PCG 30450 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 1 BOUNDARY ARRAY 1 FOR LAYER 1 AQUIFER HEAD WILL BE SET TO 99999 AT ALL NOFLOW NODES IBOUND0 INITIAL HEAD 3500000 FOR LAYER 1 OUTPUT CONTROL IS SPECIFIED EVERY TIME STEP HEAD PRINT FORMAT CODE IS 0 DRAWDOWN PRINT FORMAT CODE IS 0 HEADS WILL BE SAVED ON UNIT 51 DRAWDOWNS WILL BE SAVED ON UNIT 52 COLUMN TO ROW ANISOTROPY READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 1G140 020000 DELR READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 15G140 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 DELC READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 10G140 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 TRANSMIS ALONG ROWS 01500000E01 FOR LAYER 1 0 SOLUTION BY THE CONJUGATEGRADIENT METHOD 0 MAXIMUM NUMBER OF CALLS TO PCG ROUTINE 50 MAXIMUM ITERATIONS PER CALL TO PCG 30 MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 RELAXATION FACTOR ONLY USED WITH PRECOND TYPE 1 099000E00 PARAMETER OF POLYMOMIAL PRECOND 2 2 OR IS CALCULATED 1 HEAD CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 RESIDUAL CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 PCG HEAD AND RESIDUAL CHANGE PRINTOUT INTERVAL 1 PRINTING FROM SOLVER IS LIMITED1 OR SUPPRESSED 1 0 DAMPING PARAMETER 010000E01 1 STRESS PERIOD NO 1 LENGTH 01157000E04 NUMBER OF TIME STEPS 1 MULTIPLIER FOR DELT 1000 INITIAL TIME STEP SIZE 01157000E04 0 RIVER REACHES 0 1 CALLS TO PCG ROUTINE FOR TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 1 TOTAL ITERATIONS 0MAXIMUM HEAD CHANGE FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL 1 0000 0 0 0 0 0MAXIMUM RESIDUAL FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL 1 0000 0 0 0 0 HEADDRAWDOWN PRINTOUT FLAG 1 TOTAL BUDGET PRINTOUT FLAG 1 CELLBYCELL FLOW TERM FLAG 1 OUTPUT FLAGS FOR EACH LAYER HEAD DRAWDOWN HEAD DRAWDOWN LAYER PRINTOUT PRINTOUT SAVE SAVE 1 0 0 1 1 UBUDSV SAVING CONSTANT HEAD ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW RIGHT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW FRONT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 HEADS AND FLOW TERMS SAVED ON UNIT 32 FOR USE BY MT3D TRANSPORT MODEL HEAD WILL BE SAVED ON UNIT 51 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 DRAWDOWN WILL BE SAVED ON UNIT 52 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 1 VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 CUMULATIVE VOLUMES L3 RATES FOR THIS TIME STEP L3T IN IN CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL IN 18453903 TOTAL IN 18453903 OUT OUT CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL OUT 00000 TOTAL OUT 00000 IN OUT 00000 IN OUT 00000 PERCENT DISCREPANCY 000 PERCENT DISCREPANCY 000 TIME SUMMARY AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 SECONDS MINUTES HOURS DAYS YEARS TIME STEP LENGTH 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 STRESS PERIOD TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 TOTAL TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 1 Discussão e Conclusões Observase assim a variação de fluxo para cada caso Em um aquífero confinado a variação do fator anisotrópico pode afetar significativamente o fluxo de água A anisotropia referese à propriedade do meio de conduzir o fluxo de água de forma diferente em diferentes direções Se houver uma diferença significativa no fator anisotrópico isso significa que a permeabilidade do aquífero varia em direções diferentes Por exemplo se o aquífero for mais permeável na direção horizontal do que na vertical isso resultará em uma anisotropia Nesse contexto a variação do fator anisotrópico pode influenciar a direção e a taxa de fluxo de água dentro do aquífero confinado Onde a permeabilidade é maior o fluxo de água será mais rápido e mais direto enquanto onde a permeabilidade é menor o fluxo será mais lento e menos direto Portanto é importante considerar a anisotropia ao modelar o fluxo de água em um aquífero confinado pois isso pode afetar a distribuição e a direção do fluxo bem como a recarga e a descarga do aquífero Referências Chow Ven Te Handbook of Applied Hydrology McGrawHill Professional 1988 Todd David Keith e Larry W Mays Groundwater Hydrology Ed John Wiley Sons 2005 Viessman Jr Warren Gary L Lewis e John Wiley Hidrologia e Gestão de Águas Superficiais Ed Pearson Prentice Hall 2002 TRABALHO PRÁTICO HIDROLOGIA Nome Simulação de Fluxo Subterrâneo no Entorno de uma Barragem com Parede de Corte SituaçãoProblema Uma barragem de concreto com parede de corte cutoff wall foi construída parcialmente imersa em um aquífero confinado O aquífero é considerado homogêneo com uma condutividade hidráulica de 00005 ms e uma espessura de 10 m A porosidade efetiva do aquífero é 015 As condições de contorno são mostradas na figura representada abaixo Uma parede de corte cutoff wall também conhecida como parede diafragma ou parede de lama Slurry wall é um tipo de barreira subterrânea construída para impedir o movimento de água ou solo É comumente utilizado em projetos de engenharia civil e construção especialmente em áreas onde a infiltração de água ou a erosão do solo representam um risco Tem como objetivo criar uma barreira estanque que impeça o fluxo de água subterrânea para dentro ou para fora de uma área específica No caso específico a presença da parede de corte é para evitar a sobrepressão no sopé da barragem A parede é construída escavando uma vala até a profundidade desejada e depois enchendo a com uma mistura de lama suspensão espessa de argila bentonita ou outros aditivos em água A lama ajuda a estabilizar a vala e evitar que ela desmorone durante a escavação Uma vez que a vala é preenchida com lama barras de aço de reforço ou vergalhões são inseridas na mistura de lama para fornecer resistência estrutural Finalmente o concreto é despejado na vala deslocando a lama e formando uma parede sólida e impermeável O concreto cura e endurece com o tempo criando uma barreira permanente Use o aplicativo PMWIN 80 para criar um o modelo de fluxo e calcule a rede de fluxo e o fluxo através do aquífero para os casos em que 1 o aquífero é isotrópico e 2 o aquífero é anisotrópico com um fator de anisotropia de 02 Referencial Teórico O fluxo subterrâneo no entorno de uma barragem com parede de corte é um fenômeno hidrogeológico complexo que envolve a interação entre a água superficial retida pela barragem e o fluxo de água subterrânea A construção de uma barragem com parede de corte pode alterar significativamente o regime hidrológico da área adjacente devido à criação de uma barreira física que interrompe o fluxo natural da água Uma das principais consequências da construção de uma barragem com parede de corte é a formação de um lago artificial no reservatório o que pode resultar em uma elevação do lençol freático na área adjacente devido ao aumento da pressão hidrostática Isso pode levar a mudanças no padrão de fluxo subterrâneo com a água fluindo da região de maior pressão para áreas de menor pressão muitas vezes resultando em surgência de água em nascentes ou aumento do fluxo em cursos dágua próximos Além disso a presença da barragem pode alterar as características hidrogeológicas do subsolo como a permeabilidade e a porosidade do solo devido à compactação do solo durante a construção da barragem Isso pode influenciar a capacidade de infiltração da água no subsolo e afetar o fluxo de água subterrânea em longo prazo O monitoramento do fluxo subterrâneo no entorno de uma barragem com parede de corte é essencial para avaliar os impactos ambientais e hidrológicos da estrutura Estudos hidrogeológicos detalhados incluindo modelagem numérica do fluxo de água subterrânea são frequentemente realizados para entender melhor a dinâmica do sistema e prever possíveis impactos a longo prazo como a subsidência do solo ou a contaminação da água subterrânea Além disso medidas de mitigação podem ser implementadas para minimizar os impactos negativos do fluxo subterrâneo no entorno da barragem como a construção de sistemas de drenagem ou a implementação de técnicas de gestão de águas superficiais e subterrâneas integradas Essas medidas visam garantir a segurança da barragem e proteger o meio ambiente local Modelo Considerase a estatística inicial do modelo apresentada a seguir a Modelo Isotrópico referese a uma simplificação onde se assume que as propriedades hidráulicas do aquífero são uniformes e iguais em todas as direções Em outras palavras a permeabilidade do aquífero é considerada constante em todas as direções não havendo variação espacial na capacidade do aquífero de transmitir água Isso significa que o fluxo de água subterrânea é uniforme em todas as direções e não há preferência por uma direção específica Em um modelo isotrópico as linhas de fluxo de água subterrânea são retas e paralelas indicando um padrão de fluxo uniforme e homogêneo Embora um modelo isotrópico seja frequentemente usado como uma simplificação inicial para entender o comportamento básico de um aquífero na realidade muitos aquíferos são anisotrópicos o que significa que a permeabilidade varia em diferentes direções Portanto é importante reconhecer que um modelo isotrópico pode não capturar com precisão a complexidade do sistema hidrogeológico real A saída de fluxo é apresentada nos dados tabelados a seguir LISTING FILE outputdat UNIT 3 OPENING basdat FILE TYPEBAS UNIT 1 OPENING bcfdat FILE TYPEBCF UNIT 11 OPENING ocdat FILE TYPEOC UNIT 22 OPENING rivdat FILE TYPERIV UNIT 14 OPENING pcg2dat FILE TYPEPCG UNIT 23 OPENING budgetdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 50 OPENING headsdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 51 OPENING ddowndat FILE TYPEDATABINARY UNIT 52 OPENING mt3dflo FILE TYPEDATABINARY UNIT 32 1 MODFLOW US GEOLOGICAL SURVEY MODULAR FINITEDIFFERENCE GROUNDWATER FLOW MODEL THE FREE FORMAT OPTION HAS BEEN SELECTED 1 LAYERS 10 ROWS 35 COLUMNS 1 STRESS PERIODS IN SIMULATION MODEL TIME UNIT IS DAYS BAS5 BASIC MODEL PACKAGE VERSION 5 1195 INPUT READ FROM UNIT 1 ARRAYS RHS AND BUFF WILL HAVE SEPARATE MEMORY ALLOCATIONS INITIAL HEAD WILL BE KEPT THROUGHOUT THE SIMULATION 3549 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BAS 3549 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 BCF5 BLOCKCENTERED FLOW PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 11 STEADYSTATE SIMULATION CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 HEAD AT CELLS THAT CONVERT TO DRY 010000E31 WETTING CAPABILITY IS NOT ACTIVE LAYER LAYERTYPE CODE INTERBLOCK T 1 0 0 HARMONIC 1 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BCF 3550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 RIV5 RIVER PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 14 MAXIMUM OF 2000 RIVER REACHES CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 12000 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY RIV 15550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 0PCG2 CONJUGATE GRADIENT SOLUTION PACKAGE VERSION 21 6195 MAXIMUM OF 50 CALLS OF SOLUTION ROUTINE MAXIMUM OF 30 INTERNAL ITERATIONS PER CALL TO SOLUTION ROUTINE MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 14900 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY PCG 30450 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 1 BOUNDARY ARRAY 1 FOR LAYER 1 AQUIFER HEAD WILL BE SET TO 99999 AT ALL NOFLOW NODES IBOUND0 INITIAL HEAD 05000000E03 FOR LAYER 1 OUTPUT CONTROL IS SPECIFIED EVERY TIME STEP HEAD PRINT FORMAT CODE IS 0 DRAWDOWN PRINT FORMAT CODE IS 0 HEADS WILL BE SAVED ON UNIT 51 DRAWDOWNS WILL BE SAVED ON UNIT 52 COLUMN TO ROW ANISOTROPY READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 1G140 DELR READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 15G140 DELC READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 10G140 TRANSMIS ALONG ROWS 01000000E01 FOR LAYER 1 0 SOLUTION BY THE CONJUGATEGRADIENT METHOD 0 MAXIMUM NUMBER OF CALLS TO PCG ROUTINE 50 MAXIMUM ITERATIONS PER CALL TO PCG 30 MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 RELAXATION FACTOR ONLY USED WITH PRECOND TYPE 1 099000E00 PARAMETER OF POLYMOMIAL PRECOND 2 2 OR IS CALCULATED 1 HEAD CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 RESIDUAL CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 PCG HEAD AND RESIDUAL CHANGE PRINTOUT INTERVAL 1 PRINTING FROM SOLVER IS LIMITED1 OR SUPPRESSED 1 0 DAMPING PARAMETER 010000E01 1 STRESS PERIOD NO 1 LENGTH 01157000E04 NUMBER OF TIME STEPS 1 MULTIPLIER FOR DELT 1000 INITIAL TIME STEP SIZE 01157000E04 0 RIVER REACHES 0 1 CALLS TO PCG ROUTINE FOR TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 1 TOTAL ITERATIONS 0MAXIMUM HEAD CHANGE FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL 1 0000 0 0 0 0 0MAXIMUM RESIDUAL FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL 1 0000 0349 0 0 HEADDRAWDOWN PRINTOUT FLAG 1 TOTAL BUDGET PRINTOUT FLAG 1 CELLBYCELL FLOW TERM FLAG 1 OUTPUT FLAGS FOR EACH LAYER HEAD DRAWDOWN HEAD DRAWDOWN LAYER PRINTOUT PRINTOUT SAVE SAVE 1 0 0 1 1 UBUDSV SAVING CONSTANT HEAD ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW RIGHT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW FRONT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 HEADS AND FLOW TERMS SAVED ON UNIT 32 FOR USE BY MT3D TRANSPORT MODEL HEAD WILL BE SAVED ON UNIT 51 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 DRAWDOWN WILL BE SAVED ON UNIT 52 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 1 VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 CUMULATIVE VOLUMES L3 RATES FOR THIS TIME STEP L3T IN IN CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL IN 23321863 TOTAL IN 23321863 OUT OUT CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL OUT 00000 TOTAL OUT 00000 IN OUT 00000 IN OUT 00000 PERCENT DISCREPANCY 000 PERCENT DISCREPANCY 000 TIME SUMMARY AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 SECONDS MINUTES HOURS DAYS YEARS TIME STEP LENGTH 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 STRESS PERIOD TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 TOTAL TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 b Modelo Anisotrópico é aquele que leva em consideração a variação das propriedades hidráulicas do aquífero em diferentes direções Ao contrário de um modelo isotrópico onde se assume que a permeabilidade é uniforme em todas as direções um modelo anisotrópico reconhece que a permeabilidade pode ser diferente ao longo de diferentes eixos no subsolo Essa variação pode ocorrer devido a uma série de fatores como a orientação das camadas geológicas a presença de fraturas ou falhas no subsolo ou a estruturação do depósito sedimentar Por exemplo um aquífero pode ter uma permeabilidade maior na direção horizontal do que na vertical devido à orientação das camadas rochosas ou ao alinhamento das fraturas Em um modelo anisotrópico as linhas de fluxo de água subterrânea não são necessariamente retas ou paralelas e o padrão de fluxo pode ser mais complexo refletindo a variação espacial das propriedades hidráulicas Portanto um modelo anisotrópico é mais realista para representar a dinâmica do fluxo de água subterrânea em aquíferos onde a anisotropia é uma característica importante Essa abordagem é fundamental para uma modelagem precisa do comportamento hidrogeológico do aquífero especialmente em contextos onde a anisotropia é significativa e pode influenciar a distribuição e a direção do fluxo de água subterrânea Para um fator de anisotropia de 02 temos o seguinte conjunto de dados LISTING FILE outputdat UNIT 3 OPENING basdat FILE TYPEBAS UNIT 1 OPENING bcfdat FILE TYPEBCF UNIT 11 OPENING ocdat FILE TYPEOC UNIT 22 OPENING rivdat FILE TYPERIV UNIT 14 OPENING pcg2dat FILE TYPEPCG UNIT 23 OPENING budgetdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 50 OPENING headsdat FILE TYPEDATABINARY UNIT 51 OPENING ddowndat FILE TYPEDATABINARY UNIT 52 OPENING mt3dflo FILE TYPEDATABINARY UNIT 32 1 MODFLOW US GEOLOGICAL SURVEY MODULAR FINITEDIFFERENCE GROUNDWATER FLOW MODEL THE FREE FORMAT OPTION HAS BEEN SELECTED 1 LAYERS 10 ROWS 35 COLUMNS 1 STRESS PERIODS IN SIMULATION MODEL TIME UNIT IS DAYS BAS5 BASIC MODEL PACKAGE VERSION 5 1195 INPUT READ FROM UNIT 1 ARRAYS RHS AND BUFF WILL HAVE SEPARATE MEMORY ALLOCATIONS INITIAL HEAD WILL BE KEPT THROUGHOUT THE SIMULATION 3549 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BAS 3549 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 BCF5 BLOCKCENTERED FLOW PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 11 STEADYSTATE SIMULATION CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 HEAD AT CELLS THAT CONVERT TO DRY 010000E31 WETTING CAPABILITY IS NOT ACTIVE LAYER LAYERTYPE CODE INTERBLOCK T 1 0 0 HARMONIC 1 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY BCF 3550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 RIV5 RIVER PACKAGE VERSION 5 9193 INPUT READ FROM UNIT 14 MAXIMUM OF 2000 RIVER REACHES CELLBYCELL FLOWS WILL BE SAVED ON UNIT 50 12000 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY RIV 15550 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 999999990 0PCG2 CONJUGATE GRADIENT SOLUTION PACKAGE VERSION 21 6195 MAXIMUM OF 50 CALLS OF SOLUTION ROUTINE MAXIMUM OF 30 INTERNAL ITERATIONS PER CALL TO SOLUTION ROUTINE MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 14900 ELEMENTS IN X ARRAY ARE USED BY PCG 30450 ELEMENTS OF X ARRAY USED OUT OF 1 BOUNDARY ARRAY 1 FOR LAYER 1 AQUIFER HEAD WILL BE SET TO 99999 AT ALL NOFLOW NODES IBOUND0 INITIAL HEAD 3500000 FOR LAYER 1 OUTPUT CONTROL IS SPECIFIED EVERY TIME STEP HEAD PRINT FORMAT CODE IS 0 DRAWDOWN PRINT FORMAT CODE IS 0 HEADS WILL BE SAVED ON UNIT 51 DRAWDOWNS WILL BE SAVED ON UNIT 52 COLUMN TO ROW ANISOTROPY READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 1G140 020000 DELR READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 15G140 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 28571 DELC READING ON UNIT 11 WITH FORMAT 10G140 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 TRANSMIS ALONG ROWS 01500000E01 FOR LAYER 1 0 SOLUTION BY THE CONJUGATEGRADIENT METHOD 0 MAXIMUM NUMBER OF CALLS TO PCG ROUTINE 50 MAXIMUM ITERATIONS PER CALL TO PCG 30 MATRIX PRECONDITIONING TYPE 1 RELAXATION FACTOR ONLY USED WITH PRECOND TYPE 1 099000E00 PARAMETER OF POLYMOMIAL PRECOND 2 2 OR IS CALCULATED 1 HEAD CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 RESIDUAL CHANGE CRITERION FOR CLOSURE 010000E02 PCG HEAD AND RESIDUAL CHANGE PRINTOUT INTERVAL 1 PRINTING FROM SOLVER IS LIMITED1 OR SUPPRESSED 1 0 DAMPING PARAMETER 010000E01 1 STRESS PERIOD NO 1 LENGTH 01157000E04 NUMBER OF TIME STEPS 1 MULTIPLIER FOR DELT 1000 INITIAL TIME STEP SIZE 01157000E04 0 RIVER REACHES 0 1 CALLS TO PCG ROUTINE FOR TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 1 TOTAL ITERATIONS 0MAXIMUM HEAD CHANGE FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL HEAD CHANGE LAYERROWCOL 1 0000 0 0 0 0 0MAXIMUM RESIDUAL FOR EACH ITERATION 1 INDICATES THE FIRST INNER ITERATION 0 RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL RESIDUAL LAYERROWCOL 1 0000 0 0 0 0 HEADDRAWDOWN PRINTOUT FLAG 1 TOTAL BUDGET PRINTOUT FLAG 1 CELLBYCELL FLOW TERM FLAG 1 OUTPUT FLAGS FOR EACH LAYER HEAD DRAWDOWN HEAD DRAWDOWN LAYER PRINTOUT PRINTOUT SAVE SAVE 1 0 0 1 1 UBUDSV SAVING CONSTANT HEAD ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW RIGHT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 UBUDSV SAVING FLOW FRONT FACE ON UNIT 50 AT TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 HEADS AND FLOW TERMS SAVED ON UNIT 32 FOR USE BY MT3D TRANSPORT MODEL HEAD WILL BE SAVED ON UNIT 51 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 DRAWDOWN WILL BE SAVED ON UNIT 52 AT END OF TIME STEP 1 STRESS PERIOD 1 1 VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 CUMULATIVE VOLUMES L3 RATES FOR THIS TIME STEP L3T IN IN CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL IN 18453903 TOTAL IN 18453903 OUT OUT CONSTANT HEAD 00000 CONSTANT HEAD 00000 RIVER LEAKAGE 00000 RIVER LEAKAGE 00000 TOTAL OUT 00000 TOTAL OUT 00000 IN OUT 00000 IN OUT 00000 PERCENT DISCREPANCY 000 PERCENT DISCREPANCY 000 TIME SUMMARY AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 1 SECONDS MINUTES HOURS DAYS YEARS TIME STEP LENGTH 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 STRESS PERIOD TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 TOTAL TIME 099965 166608E02 277680E04 115700E05 316769E08 1 Discussão e Conclusões Observase assim a variação de fluxo para cada caso Em um aquífero confinado a variação do fator anisotrópico pode afetar significativamente o fluxo de água A anisotropia referese à propriedade do meio de conduzir o fluxo de água de forma diferente em diferentes direções Se houver uma diferença significativa no fator anisotrópico isso significa que a permeabilidade do aquífero varia em direções diferentes Por exemplo se o aquífero for mais permeável na direção horizontal do que na vertical isso resultará em uma anisotropia Nesse contexto a variação do fator anisotrópico pode influenciar a direção e a taxa de fluxo de água dentro do aquífero confinado Onde a permeabilidade é maior o fluxo de água será mais rápido e mais direto enquanto onde a permeabilidade é menor o fluxo será mais lento e menos direto Portanto é importante considerar a anisotropia ao modelar o fluxo de água em um aquífero confinado pois isso pode afetar a distribuição e a direção do fluxo bem como a recarga e a descarga do aquífero Referências Chow Ven Te Handbook of Applied Hydrology McGrawHill Professional 1988 Todd David Keith e Larry W Mays Groundwater Hydrology Ed John Wiley Sons 2005 Viessman Jr Warren Gary L Lewis e John Wiley Hidrologia e Gestão de Águas Superficiais Ed Pearson Prentice Hall 2002