DEGEO - Departamento de Geologia
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Item Funcionamento hidrogeológico cárstico via monitoramento hidrodinâmico. Estudo de caso na porção centro-sul da bacia do rio São Miguel, Pains (MG).(2022) Marques, Tássia Luana Silva; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Paiva, Isabel Maria Rodrigues de; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Costa, Adivane Terezinha; Paula, Rodrigo Sergio deEste trabalho objetiva compreender o funcionamento hidráulico e hidronâmico do aquífero cárstico local que compõe a bacia hidrográfica do rio São Miguel (~520 km2), localizada no centro-oeste de Minas Gerais, afluente do rio São Francisco, inserida na bacia hidrográfica Alto São Francisco. A área da bacia em estudo abrange, em sua maior parte, o município de Pains, onde os municípios limítrofes são: Arcos, Formiga, Pimenta, Piumhi, Doresópolis, Iguatama e Córrego Fundo. Para isto, foi realizado um monitoramento em três nascentes cársticas (S1, S2 e S3), no ano hidrológico de 2019/2020. As análises compreenderam a avaliação detalhada (a cada 15 minutos) dos parâmetros físico-químicos: temperatura (T) e condutividade elétrica (CE); além disso, foram realizadas medições das descargas (L/s) nas nascentes e coleta de dados de precipitação, obtidos da estação pluviométrica de Arcos. A partir de hidrogramas de nascentes constatou-se que as três nascentes respondem rapidamente ao sinal de entrada (precipitação), e possuem comportamentos tipicamente cársticos, apresentando rápida circulação das águas e rede de drenagem subterrânea bem estruturada e funcional, apesar de um dos hidrossistemas (drenado pela S1) apresentar características de circulação mais lenta. Os resultados das análises de séries temporais vinculados as análises das curvas de recessão (sazonais e intranuais) e a análise das variações CE e T da água das nascentes comprovaram a rápida circulação da água e funcionalidade da rede de drenagem subterrânea nas três nascentes, sobretudo em S2 e S3. Em S1, entretanto, devido à geometria interna (dobramentos), apresenta um comportamento bimodal, o que implica em uma resposta mais retardada frente as outras nascentes. O estudo apresenta, de forma inédita, o funcionamento hidrodinâmico de hidrossistemas cársticos neoproterozoicos, apontando, com análises multimétodos, tempos de residência da água, padrões de vazão, graus de carstificação e funcionalidade da rede de drenagem subterrânea. Todas as ferramentas utilizadas se mostraram indispensáveis para subsidiar a gestão dos recursos hídricos em áreas cársticas, podendo os resultados serem utilizados pelo poder público como valores de referência para regiões cársticas semelhantes, além de ajudar a compreender o comportamento hidrodinâmico das nascentes cársticas.Item Modelagem hidrogeológica numérica aplicada à avaliação de cenários de uso de água.(2022) Pereira, Simone Imaculada; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Miotlinski, Konrad; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Paula, Rodrigo Sérgio de; Bacellar, Luis de Almeida PradoUm modelo numérico 3D foi elaborado para representar as condições de níveis e fluxo do Sistema Aquífero Cárstico de Sete Lagoas e avaliar cenários futuros de uso de água subterrânea na porção central do município homônimo. Na elaboração, foram empregados: 257 dados de níveis piezométricos e vazões de 282 poços; um modelo geológico 3D; mapas de recarga e de superfícies potenciométricas; e parâmetros hidrodinâmicos obtidos in situ. O programa utilizado foi o FEFLOW e a calibração foi conduzida comparando-se níveis piezométricos de poços existentes e de superfícies potenciométricas, com os resultados de níveis calculados pelo modelo, sendo obtido um grau de correspondência (RMSE variou entre 4 e 23 m; e MAE entre 3 e 19 m) satisfatório levando-se em conta as escalas espacial e temporal dos dados de entrada e da análise numérica. Os parâmetros K (2; 20; 0,0035 m/d), Ss (9,0×10−3; 9,0×10−3; 4,5×10−3) e Sy (2,5×10−1; 5,0×10−1; 1,5×10−2), ajustados para o epicarste, a zona cárstica e a matriz do calcário, respectivamente, e as recargas obtidas na calibração são coerentes com as referências conceituais utilizadas. A recarga média anual definida na calibração foi de 29% da precipitação (~51 Mm3 /ano ou 12 L/s/km2 ), e a descarga que ocorre nos poços atualmente pode ser superior a 53 Mm3 /ano, o que caracteriza uma condição de déficit hídrico que contribui para a expansão do cone de rebaixamento existente na porção central de Sete Lagoas. O modelo indica que, entre 1942 e 2020, o bombeamento intenso causou alterações nas condições originais de confinamento do aquífero, o qual possuía 34% da área ativa em não confinamento na década de 1940, passando para 45% em 2020. Em cenários futuros, mantendo a vazão global atualmente extraída, mais de 50% do aquífero se tornaria não confinado em 2050, podendo chegar a 61% em 2100. Um recuo e estabilização da evolução do cone de rebaixamento aconteceria com uma redução de 40% da vazão atualmente explotada.Item Influências urbana, industrial e climática na superexplotação do aquífero cárstico no município de Sete Lagoas (MG).(2022) Schuch, Camila Santos; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Melo, Marília Carvalho de; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Hirata, RicardoAquíferos cársticos, quando explotados intensivamente, podem ter como consequência efeitos adversos diretos, como subsidência de terrenos, secas de nascentes e lagoas, e contaminação de água, e indiretos, como problemas ambientais, e instabilidades socioeconômica e política. No município de Sete Lagoas (MG), esses efeitos relacionados à explotação intensiva são observados há anos, e muitos deles estão se intensificando. O objetivo deste mestrado é analisar a influência das variações urbana, industrial e climática no comportamento do aquífero cárstico durante os últimos 40 anos (1980-2020) para confirmar se há superexplotação do aquífero, e desde quando essas influências atuam. Por meio da análise de dados de órgãos públicos e de trabalhos acadêmicos, foi determinado que o município explota, via poços tubulares, volumes acima da recarga média do aquífero desde a década de 2000. A partir da década de 1980, houve um aumento considerável de poços, muitos deles locados desordenadamente no município, devido às expansões urbana e industrial que resulta em um aumento na demanda hídrica. Esses poços estão concentrados em duas regiões (central urbana e polo industrial) onde há cones de rebaixamento com áreas de influência quilométricas (29 km² e 77 km², respectivamente), alterando o comportamento do aquífero de confinado para livre nessas localidades. Nessas regiões também concentram as subsidências de terrenos, além da diminuição ou secamento de lagoas (e.g. Grande, do Matadouro e Paulino). Dados referentes à última década indicam que a explotação via poços tubulares (73,9 Mm³/ano) já excedeu a recarga máxima do aquífero de 72,4 Mm³/ano. A partir de dados do censo demográfico, foi estimada a clandestinidade no município, que equivale a cerca de 67% dos poços, estes sem nenhum tipo de informação ou controle de uso. A recarga média do aquífero (56,1 Mm³/ano) corresponde a 12% da precipitação média da região. As tendências climatológicas de diminuição da pluviometria e aumento da temperatura indicam a probabilidade de recargas menores do aquífero. Áreas com taxa de recarga muito baixa (1-5%) equivalem a 77% do território, enquanto 17% possui taxas altas ou muito altas (35-75%). Considerando-se esses fatos, Sete Lagoas enfrenta um estado de superexplotação do aquífero cárstico e que pode se agravar futuramente.Item Associação de traçadores corantes e método de favorabilidade de rota cárstica para caracterizar direções de condutos e variabilidade sazonal dos parâmetros do fluxo e transporte em sistemas cársticos na bacia do São Miguel, Brasil.(2021) Assunção, Pedro Henrique da Silva; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Lucon, Thiago Nogueira; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Rudnitzki, Isaac Daniel; Paula, Rodrigo Sergio deDeterminar direções e caminhos de fluxo de águas subterrâneas em redes de condutos cársticos altamente heterogêneas e anisotrópicas não é uma tarefa simples, muitas vezes sendo limitada na indicação de direções gerais e conexões de fluxo de águas subterrâneas, sem estimar os índices de sinuosidade ou traçar caminhos sinuosos entre as zonas de recarga e descarga. Para minimizar essas limitações, este trabalho busca identificar as principais rotas de escoamento das águas subterrâneas, as variações espaciais e sazonais dos parâmetros de fluxo e transporte ao longo das rotas e os mecanismos de recarga e descarga em três sistemas altamente carstificados na bacia do rio São Miguel em Minas Gerais, Brasil. Para isso, foram aplicados testes com traçadores corantes usando Rodamina WT e Fluoresceína durante as estações seca e chuvosa e feitas modelagem e análises das curvas de restituição dos traçadores usando modelos de equilíbrio e não-equilíbrio para obter parâmetros de fluxo e transporte. Além disso, é proposto um modelo de índice baseado em SIG por meio de um sistema de classificação ponderada. Este método, denominado "favorabilidade de rota cárstica", considerando parâmetros favoráveis à carstificação (por exemplo, dados geológico-estruturais regionais e locais, geomorfológicos e espeleológicos) mais testes com traçadores e resultados de modelagem, indica as rotas mais prováveis do sistema cárstico, reduzindo incertezas, indicando índices de sinuosidade e obtendo distâncias sinuosas. Três sistemas cársticos principais foram delimitadas nas áreas leste, oeste e sul da bacia hidrográfica. No sistema leste, lagos perenes são considerados zonas de recarga de aquíferos. Em uma escala local, as direções de fluxo são definidas por condutos principais controlados por lineamentos estruturais (NW-SE, N-S e NE-SW) e planos de estratificação. A análise das curvas de restituição dos traçadores mostrou que os sistemas cársticos são muito dinâmicos com variações sazonais e existência de heterogeneidades (baypass, loops e zonas de estagnação) que controlam a variação dos parâmetros de fluxo e transporte. Os modelos 2RNE e MDP-2RNE apresentaram os melhores ajustes nas curvas por considerarem a heterogeneidade. O método de favorabilidade de rota cárstica mostra que os sistemas leste e oeste apresentam maiores feições favoráveis à carstificação, o que está atrelado a maiores índices de sinuosidade destes sistemas. A associação de diferentes técnicas mostrou-se útil para entender o comportamento do aquífero cárstico em escala regional e local.Item Caracterização de suscetibilidade ao colapso por análise estrutural e geofísica em área cárstica no município de Sete Lagoas - MG.(2020) Oliveira, Débora Vasconcelos de; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Aranha, Paulo Roberto AntunesProblemas geotécnicos, como colapsos, são comuns em ambientes cársticos e na cidade de Sete Lagoas (MG) inúmeros casos foram registrados nos últimos anos. Em consequência, estudos têm sido desenvolvidos com o intuito de delimitar áreas de maior suscetibilidade a este fenômeno, que está geralmente vinculado a presença de condutos ou cavidades subterrâneas, de desenvolvimento controlado pela estrutural. Entre os diversos métodos de caracterização de cavidades, um dos mais eficazes é a geofísica de superfície, em especial a eletrorresistividade, com a técnica de caminhamento. Uma técnica alternativa, menos conhecida, mas tida como eficiente para a detecção de direções de fraturas subverticais, é a aquisição elétrica azimutal, que consiste em rotacionar algum arranjo (e.g. Wenner, Dipolo Equatorial, Quadrático) em torno de um ponto. O objetivo principal deste trabalho foi definir a suscetibilidade ao colapso de uma área adjacente a uma lagoa no município de Sete Lagoas/MG por análise estrutural e eletrorresistividade. Objetivou-se, secundariamente, averiguar a eficácia da técnica de aquisição azimutal na detecção de fraturas verticais. Foram traçados lineamentos estruturais em imagens de sensores remotos, além de medidas em campo as atitudes do acamamento e das fraturas. O levantamento geofísico consistiu de linhas de caminhamento elétrico com arranjo dipolo-dipolo e de levantamentos azimutais com diversos arranjos e espaçamentos interletrodos. Foi possível identificar um antiforme vazado na área e uma cavidade ampla e rasa, conectada à lagoa. Além de fraturas paralelas ao acamamento, foram reconhecidas quatro famílias de fraturas subverticais, N20E (F1), E-W (F2), N50-70E (F3) e N30-50W (F4). A família F2 é a mais frequente e a F4 mais aberta, classificada como cavernosa. Com estas informações concluiu-se que o terreno estudado apresenta alta suscetibilidade ao colapso. A técnica azimutal se apresentou útil como complemento para identificar fraturas subverticais, uma vez que os resultados obtidos foram coerentes com os dados estruturais.Item Controles hidrogeológicos cársticos e efeitos antrópicos na Lagoa Grande, Sete Lagoas (MG).(2020) Alves, Michele Aparecida Gomes; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Aranha, Paulo Roberto Antunes; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Barbosa, Maria Sílvia Carvalho; Mourão, Maria Antonieta AlcântaraEstudos sobre conexões hidráulicas entre águas subterrâneas e superficiais são cada vez mais importantes principalmente em áreas de grande densidade urbana e que são abastecidas quase que exclusivamente por águas subterrâneas. Com o município de Sete Lagoas, Minas Gerais, Brasil, não é diferente. Assim, é de suma importância um estudo integrado destes dois tipos de recursos hídricos. O município, localizado sobre rochas calcárias da Formação Sete Lagoas (Grupo Bambuí), depende quase inteiramente das águas subterrâneas para o abastecimento. A expansão urbana possivelmente associadas a mudanças climáticas, superexplotação e características do carste (e.g. sumidouros e condutos) podem afetar os níveis de água das lagoas locais. Como exemplo, a Lagoa Grande, de aproximadamente 1 km2 e localizada a nordeste do município, teve seus níveis de água diminuídos de forma contínua e significativa. Essa situação requer atenção especial, pois é a maior lagoa do município em termos de área e volume, além de ser importante em termos de paisagem e recarga do aquífero cárstico local. Ressaltase que a área circundante da lagoa também passou por um rápido crescimento urbano e industrial nos últimos 15 anos, o que suscita suposições de uma correlação direta entre esses eventos e a diminuição do nível da água dela. De acordo com essas questões, o objetivo desta dissertação é verificar se a expansão urbano-industrial combinada com a alta demanda por água subterrânea, as mudanças climáticas e a presença de características cársticas podem ser os causadores do quase esgotamento da Lagoa Grande. Para isso, foram realizados testes de bombeamento de longa duração, amostragem de água para análises de isótopos estáveis (18O e 2H), levantamentos geofísicos (caminhamento elétrico e sondagem elétrica vertical) e análises de bancos de dados hidrogeológicos e climatológicos para a construção de um modelo conceitual hidrogeológico 3D. Os resultados demostram que a redução nos índices pluviométricos no período de 1961 a 2019 aliada à expansão urbano-industrial, resultando em uma maior demanda por água na região, impacta nos recursos hídricos de forma geral. Essa alta demanda e o progressivo rebaixamento de nível do aquífero afetou no volume de água da Lagoa Grande. A geofísica mostra que a lagoa possui regiões fortemente estruturadas que servem de rota para infiltração e mistura de águas, e os estudos com os isótopos revelam indícios de captação de águas mais evaporadas (comuns em águas superficiais) por poço de abastecimento.Item Comportamento hidrogeoquímico da região cárstica do Alto São Francisco (MG) : implicações associadas a sazonalidade e ciclo de contaminantes, áreas de recarga, descarga e comunicações hidráulicas(2018) Lucon, Thiago Nogueira; Leite, Mariangela Garcia Praça; Costa, Adivane Terezinha; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Leite, Mariangela Garcia Praça; Hoeser, Hubert Matias Peter; Santiago, Aníbal da Fonseca; Auler, Augusto Sarreiro; Karmann, IvoEste estudo visa compreender o comportamento e a qualidade das águas da bacia hidrográfica do rio São Miguel (≈520 km2), centro-oeste de Minas Gerais, afluente do rio São Francisco e inserida na bacia hidrográfica do Alto São Francisco (235.635 km2). A região abrange em sua maior parte os municípios de Pains e Arcos, seguida por áreas dos municípios de Iguatama, Formiga e Córrego Fundo. Para tanto, foi realizado um monitoramento hidroquímico sazonal das águas (meteóricas, superficiais e subterrâneas) em 89 pontos da bacia, durante dois períodos secos e dois chuvosos. As análises incluíram a determinação dos parâmetros físico-químicos, como temperatura, pH, Eh, condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (STD), oxigênio dissolvido e turbidez, assim como a concentração dos ânions nitrato (NO3-), fosfato (PO43-), bicarbonato (HCO3), sulfato (SO42-) e cloreto (Cl-), e cátions maiores e elementos menores, traço, terras raras e as assinaturasisotópicas de δ18O e δ2H. Com o auxílio estatístico, foram propostos valores de Natural Background Level - NBL 90% para os principais íons das águas da bacia. As águas analisadas foram classificadas predominantemente como cálcicas bicarbonatadas, apresentando os maiores valores de NBL 90% para o cálcio (Ca2+), potássio (K+), bicarbonato (HCO3), sulfato (SO42-), cloreto (Cl-), nitrato (NO3-) e arsênio (As3+) durante o período chuvoso; diferentemente, os elementos magnésio (Mg2+), sódio (Na+), fosfato (PO43-) e zinco (Zn) apresentaram decréscimo nesta mesma estação. Os valores acima de NBL 90% para NO3-, PO43- e Cl estão diretamente ligados à ação antrópica. Para o elemento cádmio (Cd), verificou-se que as concentrações mais elevadas deste elemento entram na bacia a partir de águas meteóricas, contaminando posteriormente as águas superficiais e subterrâneas. O estudo apresenta de forma inédita todo o funcionamento hidrodinâmico da bacia cárstica em estudo, apontando com apoio das assinaturas isotópicas para o δ18O e δ2H, as áreas de recarga e descarga, além da identificação das redes de fluxo e interconexões hidráulicas subterrâneas. O estudo fez uso de diversas ferramentas que se mostram indispensáveis para subsidiar a gestão dos recursos hídricos em áreas cársticas, podendo os resultados serem utilizados pelo poder público como valores de referência para regiões cársticas semelhantes, além de ajudar a compreender o comportamento hidroquímico, principalmente para os elementos de elevada toxicidade.Item Modelo hidrogeológico conceitual e análise da favorabilidade hidrogeológica do aquífero cárstico na região urbana de Sete Lagoas – MG.(2020) Gomes, Rafael Magnabosco de Almeida; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Carvalho, Ana Maciel de; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Paula, Rodrigo Sergio de; Bacellar, Luis de Almeida PradoEstudos hidrogeológicos em aquíferos cársticos são cada vez mais requisitados, principalmente em cidades que dependem da exploração de água subterrânea para abastecimento público. Porém, devido à alta heterogeneidade e anisotropia do carste, são necessários estudos mais específicos a fim de entender seu comportamento hidrogeológico. Este mestrado estudou a região urbana do município de Sete Lagoas, localizado em um contexto hidrogeológico cárstico, onde quase a totalidade do uso da água é subterrânea. A falta de uma gestão dos recursos hídricos adequada na cidade, aliada à complexidade do aquífero local, está agravando problemas como falta de água, principalmente durante a estiagem, resultando na perfuração de poços secos ou pouco produtivos. Devido a isso, o objetivo foi desenvolver um método para mapear a favorabilidade hidrogeológica a partir de um modelo hidrogeológico conceitual detalhado, para servir como ferramenta de gestão dos recursos hídricos subterrâneos da região. Para isso, além de trabalhos de campo, foram usados dados geológicos em superfície e subsuperfície para modelagem geológica 3D com Geomodeller, dados de testes de bombeamento (vazão específica, Q/s, e transmissividade, T), análise de sensoriamento remoto e geofísica para elaboração de mapas temáticos. Os resultados indicam que a favorabilidade hidrogeológica está correlacionada com os parâmetros: 1) densidade de lineamentos morfoestruturais e geofísicos; 2) densidade de feições cársticas na superfície; 3) espessura acumulada da zona carstificada interceptada pelos poços; e 4) taxa de recarga. As áreas mais favoráveis são aquelas onde os parâmetros se sobrepõem e possuem maior peso na classificação de favorabilidade hidrogeológica. Essas regiões estão localizadas no centro da área de estudo sobre sedimentos inconsolidados, onde a carstificação foi mais intensa, nas regiões com maior densidade de lineamentos (principalmente E-W e NE), ou próximo às lagoas e feições cársticas. As áreas menos favoráveis estão sobre as regiões pouco carstificadas, com ausência de lineamentos ou feições cársticas próximas, ou sobre espessas camadas de metapelitos na região sudeste e noroeste da área de estudo. A distribuição espacial de poços pouco produtivos por toda a área, mesmo em regiões hidrogeologicamente mais favoráveis, mostra o quanto o aquífero é heterogêneo e anisotrópico, provando a necessidade de estudos mais detalhados para análise da favorabilidade hidrogeológica em escala local. O método desenvolvido foi validado a partir da calibração com 185 valores de vazão específica e 32 de transmissividade dos poços, e mostrou-se eficaz em seu propósito de indicar zonas com maior favorabilidade hidrogeológica, podendo ser aplicado em outras regiões com contexto hidrogeológico semelhante.