Avaliação da heterogeneidade da condutividade hidráulica de um aquífero sedimentar costeiro, livre e raso, e de seus efeitos para o transporte de contaminantes dissolvidos.

Abstract

A adequada caracterização da magnitude e distribuição espacial da condutividade hidráulica é essencial para representar os processos de fluxo de águas subterrâneas e de transporte de contaminantes em aquíferos, e portanto, para as atividades de gerenciamento de áreas contaminadas e avaliação de impactos ambientais. Mesmo para aquíferos considerados homogêneos em relação a essa propriedade, heterogeneidades podem afetar significativamente os processos de fluxo e transporte. O objetivo principal deste trabalho envolve a análise quantitativa de propriedades geológicas e hidrogeológicas de um aquífero sedimentar costeiro, arenoso, livre, e raso, tradicionalmente caracterizado como homogêneo, com enfoque na caracterização da heterogeneidade espacial da condutividade hidráulica. O objetivo secundário envolve avaliar indícios de efeitos dessas heterogeneidades para o campo de fluxo do aquífero. Para isto, foram compilados dados de caracterizações geológicas e hidrogeológicas realizadas na área experimental do Núcleo Ressacada de Pesquisas em Meio Ambiente (REMA), na Fazenda da Ressacada da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), onde diversos experimentos controlados de infiltração de combustíveis orgânicos em aquíferos para estudos de remediação já foram realizados nos últimos 20 anos. Foi realizada uma análise descritiva e exploratória desses dados, a partir da qual foi possível estabelecer relações entre fácies sedimentares, granulometria dos sedimentos, e a condutividade hidráulica. Foi desenvolvida uma metodologia para definir grupos de hidrofácies, fácies sedimentares com comportamento hidráulico semelhante, utilizando métodos de aprendizado estatístico supervisionado e não-supervisionado. A partir da utilização do conceito de hidrofácies, foi possível avaliar qualitativamente a distribuição espacial da condutividade hidráulica na área investigada, assim como possíveis efeitos da heterogeneidade geológica no comportamento do campo de fluxo do aquífero e de substâncias dissolvidas em escala local. A conclusão a partir dos resultados desse trabalho é que existem indícios de que o transporte dos contaminantes dissolvidos no aquífero na área experimental do REMA é realizado principalmente através das fácies mais permeáveis, que atuam como caminho preferencial, através dos mecanismos de advecção e dispersão. Fácies menos permeáveis, na forma de lentes de argila, atuam como barreira para o fluxo advectivo, onde o transporte difusivo é dominante.

Abstract: The adequate characterization of the magnitude and spatial distribution of hydraulic conductivity is essential to correctly represent the processes of groundwater flow and contaminants transport in aquifers, and therefore, for the activities of contaminated sites management and environmental impacts assessments. Even for aquifers considered homogeneous with respect to this property, heterogeneities can significantly affect flow and transport processes. The main objective of this work involves the quantitative analysis of geological and hydrogeological properties of a coastal, sandy, phreatic, and shallow sedimentary aquifer, traditionally characterized as homogeneous, focusing on the characterization of the spatial heterogeneity of hydraulic conductivity. The secondary objective involves evaluating evidence of effects of these heterogeneities for the aquifer flow field. Data from geological and hydrogeological characterizations carried out in the experimental area of the Núcleo Ressacada de Pesquisas em Meio Ambiente (REMA-UFSC) laboratory, at Ressacada Farm, Florianópolis, where several controlled experiments concerning organic fuels infiltration in the aquifer for remediation studies have already been carried out in the last 20 years. A descriptive and exploratory analysis of these data was carried out, from which it was possible to establish relationships between sedimentary facies, sediment granulometry, and hydraulic conductivity. A methodology was developed to define groups of hydrofacies, sedimentary facies with similar hydraulic behavior, using supervised and unsupervised statistical learning methods. The concept of hydrofacies permitted qualitatively assess the spatial distribution of hydraulic conductivity in the investigated area, as well as possible effects of geological heterogeneity on the behavior of the aquifer flow field and dissolved substances at a local scale. The conclusion from the results of this work is that there are indications that the transport of contaminants dissolved in the aquifer in the experimental area of REMA is carried out mainly through the most permeable facies, which act as a preferential path, through the mechanisms of advection and dispersion. Less permeable facies, in the form of clay lenses, act as a barrier to advective flow, where diffusive transport is dominant.