Avaliação de métodos de campo para a determinação de condutividade hidráulica em meios saturados e não saturados

Abstract

A determinação da condutividade hidráulica de meios não saturados e saturados, em pesquisas hidrogeológicas, é uma atividade cotidiana, tanto para estudos acadêmicos quanto para trabalhos práticos. Esse parâmetro hidrodinâmico é obtido por medidas in situ, para os meios não saturados são aplicadas as metodologias dos anéis concêntricos e open end hole e para a zona saturada são comumente utilizados o slug test ou bail test. Para a determinação da condutividade hidráulica, a obtenção dos dados de campo pode ser realizada de diferentes maneiras e o tratamento desses dados pode ser efetuado pelo uso de diferentes equações, gerando muitas vezes, resultados contraditórios ou totalmente desvinculados da realidade dos sistemas aquíferos estudados. Esta pesquisa procurou avaliar as metodologias de obtenção dos dados em campo e a melhor solução para o conjunto de dados para estimação da condutividade hidráulica em diferentes meios (intergranular com grãos simples, intergranular com estruturação, fraturado e saprolitos de materiais pelíticos e graníticos), na zona vadosa e na zona saturada. Foram realizados ensaios de infiltração in situ para a zona não saturada e slug test para a zona saturada, em poços de monitoramento no Distrito Federal e no sul do estado do Tocantins. Os dados foram obtidos manualmente e automaticamente (com uso de transdutor de pressão) e foram tratados por meio de planilhas eletrônicas e por softwares comerciais, utilizando-se quatro soluções matemáticas intituladas métodos da vazão; de Hvorslev; de Bouwer & Rice e de Cooper et al. Para a zona não saturada observou-se que a estruturação dos solos e a biopedoturbação são fatores fundamentais no controle da condutividade hidráulica. As variações em diferentes solos e em horizontes distintos do mesmo perfil são decorrentes da textura, selecionamento e granulometria dos diferentes materiais. Para a zona saturada, os diferentes métodos para determinação da condutividade hidráulica, podem resultar em contrastes superiores a 100 vezes. Para os resultados obtidos nesta pesquisa, observou-se que o Método da Vazão pode ser aplicado para responder questões nas quais não se tem acesso aos parâmetros construtivos ou descritivos do poço em estudo. Porém, deve-se avaliar os resultados com cuidado, pois a equação tende a superestimar os valores de condutividade hidráulica. Os resultados obtidos nos ensaios do tipo Slug test somados a avaliação dos resultados dos ensaios de infiltração e às características físicas dos meios e dos materiais presentes em cada meio, levam a considerar que os dados tratados pelo método de Hvorslev indicam valores de condutividade hidráulica mais próximos dos esperados para os meios estudados. Os resultados mostram que ensaios do tipo Slug Test podem ser realizados de forma manual, sem necessariamente se dispor de um transdutor de pressão, desde que sejam tomados cuidados especiais como repetir o experimento quando não se tem segurança de que a máxima elevação tenha sido medida e avaliar os intervalos de tempo entre cada medida (de forma que se tenha uma escala aproximadamente logarítmica do rebaixamento versus tempo). Os estudos de campo desenvolvidos neste trabalho mostram que a introdução de um volume de água é mais conveniente que o uso de uma barra para elevação do nível d’água. Este procedimento é viável em casos em que o poço penetra apenas uma reduzida seção da zona saturada, facilita a repetição do ensaio com volumes sucessivamente maiores e permite eliminar mais facilmente os efeitos construtivos sobre os resultados de condutividades hidráulicas obtidos. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The determination of the hydraulic conductivity of saturated insaturated media for hydrogeologic research is a frequent activity, to academic studies and for practical works. This hydrodynamic parameter is determined by in situ measures, for the insaturated zone the concentric rings and open end hole methodologies are applied and for the saturated zone the slug and bail test is commonly used. To the determination of the hydraulic conductivity the field data attainment can be carried out by different ways and the treatment of these data can be developed by the use of different equations, generating contradictory results and some times results totally disconnected to the reality of the studied aquifers systems. This research looked for the evaluation of the methodologies for field data acquisition and the best solution for the data set for estimation of hydraulic conductivity in different media (sandy-gravel material, structured tropical soils, broken and granite and siltstone saprolite), in the vadose and in the saturated zone. It was developed in situ infiltration tests to the saturated and not saturated zones in soils and monitoring wells in the Federal District and south Tocantins State regions (Brazil). The data were obtained by hand and automatically (with a pressure transducer advice) and were treated by Microsoft Excel and by hydrogeology commercial software using four mathematical solutions: the Yield Method, Hvorslev, Bouwer & Rice and Cooper et al. For the not saturated zone it was observed that the structured of soils and bioturbation are basic factors in the control of the hydraulic conductivity. The differences in soil types and in different horizons of the same soil profile are due to the texture, grain size and compaction of the different materials. For the saturated zone the different methods for determining the hydraulic conductivity, can result in contrasts over 100 times. By the results of this research, it was observed that the Yield Method can be applied to answer questions where the constructive or descriptive parameters of the well are not known. However, the results must be evaluated with care, because this equation tends to overestimate the hydraulic conductivity values. The results of the Slug type test added to the evaluation of the results of the in situ infiltration test and to the physical characteristics of the studied media, lead to consider that the data treated by the Hvorslev method indicate hydraulic conductivity values next to the waited for the studied materials. The results show that the type Slug Test can be carried out by manual form, without necessarily making use of a pressure transducer device, since some special care are considered as the repetition of the experiment when the maximum rise are not well measured and to evaluate the time intervals between each measure (in an approximately logarithmic scale of the drawdown versus time). The studies developed in this work show that the introduction of a water volume in the well is more convenient than the use of a slug for rising of the water level. This procedure is viable in cases where the well penetrates only one reduced section of the saturated zone, facilitates the repetition of the test with successively larger volumes and allows to more easily eliminate the well constructive effect on the results of hydraulic conductivity.