63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

MODELAGEM DO ESCOAMENTO EM MEIOS POROSOS APLICADO AO TRANSPORTE DE CHUMBO

Otto Corrêa Rotunno Filho 1 Marthinus Th. van Genuchten 2 Kary de Paiva 3 Francesco Lugli 4 Julia de Carvalho Gimenes 5 Bernardo Silva Santos Gadea Cesar 6

1. Prof.Dr./ Orientador - Laboratório de Hidrologia e Meio Ambiente - UFRJ 2. Orientador - UFRJ 3. Orientador - UFRJ 4. Orientador - UFRJ 5. Aluna de Engenharia Civil - UFRJ 6. Aluno de Engenharia Civil - UFRJ

INTRODUÇÃO:

As organizações estão cada vez mais preocupadas com seu desempenho ambiental. Este comportamento insere-se no contexto legal cada vez mais restritivo. A resolução CONAMA nº 420, mais especificamente, dispõe sobre critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas em decorrência de atividades antrópicas. Tendo em vista a heterogeneidade e complexidade dos processos físico-químicos que ocorrem no solo, faz-se necessário o uso de ferramentas computacionais para caracterizar o comportamento do contaminante de modo a planejar ações de fiscalização, controle e remediação. Registra-se um progresso na compreensão conceitual e descrição matemática do transporte de água, calor e solutos na zona não saturada. Uma variedade de modelos analíticos e numéricos encontra-se disponível para prever esses processos, dos quais destacam-se os que simulam a interação solo-planta-atmosfera com abordagem de “sistema completo”. O objetivo do presente trabalho consiste em avaliar a sensibilidade do código HYDRUS 1D, ajustado a um cenário de contaminação por chumbo, quanto à variação das propriedades hidráulicas e dos parâmetros de transporte do modelo.

METODOLOGIA:

O modelo resolve a equação de Richards para o fluxo de água e a equação de convecção-dispersão para o transporte de calor e soluto. O transporte de calor considera a condução e convecção com o fluxo de água. As equações de transporte de solutos consideram o transporte convectivo-dispersivo na fase líquida. A condição de contorno relativa ao fluxo de água e calor foi inserida com condições atmosféricas variáveis. As variações diárias foram geradas no módulo de geração automática do programa e ajustados para representar a condição meteorológica do Rio de Janeiro. Os parâmetros do modelo relativo a propriedades hidráulicas do solo foram estimados pelo programa Rosetta, utilizando como dados de entrada a distribuição granulométrica (areia, silte e argila) e a densidade aparente do solo. Os parâmetros de transporte baseiam-se em dados experimentais procedentes de ensaios em vaso, sucessiva aplicação do modelo HYDRUS 1D ajustado a um cenário de contaminação por chumbo e calibração do processo. Os cenários consideraram a variação: (i) do modelo hidráulico; (ii) das propriedades hidráulicas; (iii) da temperatura; (iii) dos parâmetros de transporte de soluto; (iv) dos modelos de tortuosidade e (v) dos coeficientes de reação.

RESULTADOS:

Foram necessárias simulações de ensaio para compreensão e condicionamento do problema de modo a definir a distribuição da malha, o número de nós entre outros parâmetros do modelo. Não houve refinamento da malha tendo em vista o reduzido tempo de processamento. O tempo de simulação foi definido em 30 dias. O tempo de processamento entre as simulações variou menos que 2 segundos com número máximo de 6 interações e passo de tempo menor que 1 dia. Foram consideradas duas hipóteses: o contaminante no solo e o contaminante no fluxo de água. Em nenhuma delas observou-se grande variação na pluma de contaminação, tendo o contaminante ficado imobilizado na superfície do solo. O parâmetro adotado para comparação das hipóteses de simulação foi definido como sendo o volume acumulado de lixiviado. A variação no volume de lixiviado, como era de se esperar, é muito significativa (>100%) para a variação dos parâmetros de transporte de soluto; é significativa (<50%) para a modificação dos modelos hidráulicos; pouco representativa (<5%) para alterações em parâmetros de transporte dependentes da temperatura e modelos de tortuosidade e; não representativa (< 1%) quando o transporte pelo calor é desconsiderada no modelo.

CONCLUSÃO:

O modelo mostrou-se bastante sensível a pequenas variações do coeficiente de absorção (Kd), da dispersividade (Disp.) e difusividade (Difus.W). Observa-se, portanto, a importância do aprofundamento na investigação de campo para a determinação dos parâmetros de transporte e reação para a perfeita caracterização do problema. Outro aspecto relevante é a mobilização do soluto na superfície do solo que se deve, em especial, a grande variação nos teores de umidade (chuva e evapotranspiração) e dos fortes gradientes de temperatura a que é submetida superfície do solo (50 cm) ao longo do dia. Esse resultado demonstra que a consideração da condição de contorno do tipo atmosférica é um ponto crucial para a perfeita modelagem deste processo dinâmico. Menor relevância no processo de contaminação tiveram a consideração no modelo do transporte de soluto induzido pelos gradientes de calor e as condições hidráulicas do solo que, por outro lado, influenciam profundamente os resultados em uma situação de campo. O perfeito condicionamento do problema e a correta imposição das condições de contorno afetam significativamente o processo, com destaque para a cobertura vegetal e a calibração dos parâmetros de reação.

Palavras-chave: hidrologia subterrânea, escoamento em meios porosos, contaminação e remediação.