Determinação da vulnerabilidade intrínseca à poluição e transporte de contaminação : uma ferramenta para a gestão de recursos hídricos subterrâneos na área do porto do Pecém, CE

Abstract

Esta pesquisa trata da avaliação da sensibilidade dos métodos semi-quantitativos indexadores e dos modelos matemáticos de fluxo e transporte na determinação da vulnerabilidade do aquífero à poluição em zonas costeiras. Diversos dados como mapeamento geológico e pedológico, levantamento geofísico elétrico e eletromagnético, ensaios de condutividade hidráulica e análises granulométricas foram obtidos na área de influência do Complexo Industrial e Portuário do Pecém no Ceará para auxiliar na elaboração do modelo hidrogeológico conceitual. A quantificação de recarga foi realizada pela associação dos resultados granulométricos obtidos com o método de variação do nível estático. Já a evapotranspiração real foi calculada pelo método Thornthwaite. Todos os dados obtidos serviram de base para a análise crítica dos parâmetros hidrogeológicos e sua hierarquização pelos principais métodos de avaliação da vulnerabilidade à poluição do aquífero. Com base nesses resultados foi proposta uma nova hierarquização dos parâmetros os quais foram sintetizados em um novo método de avaliação da vulnerabilidade. Além disso, os dados primários subsidiaram a elaboração de um modelo tri-dimensional do fluxo subterrâneo e do transporte de contaminantes com o intuito tanto de avaliar a aplicação desses modelos matemáticos no gerenciamento de recursos hídricos costeiros como determinar o grau de sensibilidade dos métodos indexadores por uma confrontação de resultados. Considerou-se o embasamento cristalino, o Grupo Barreiras, os depósitos eólicos e de praia, e aluviões como as unidades litológicas no modelo conceitual. O sistema aqüífero compreende: aluviões, aqüífero livre dos depósitos eólicos e de praia, aquífero livre do Grupo Barreiras. O embasamento cristalino sotoposto pelo Grupo Barreiras e pelos depósitos eólicos e de praia serve de base impermeável para os sistemas aqüíferos. Com base na integração de dados pode-se concluir que: (1) A recarga na área de pesquisa calculada com base no método de variação do nível estático onde para a região litorânea apresenta valores da ordem de 100 mm/ano, enquanto para os sedimentos arenosos quaternários e para os sedimentos areno-argilosos terciários apresentam valores da ordem de 300 e 200 mm/ano, respectivamente. (2) A evapotranspiração real determinada para a área de pesquisa pelo método de Thorntwaite aponta para valores regionais da ordem de 700 mm/ano, mas, aparentemente superestimados quando comparados com os dados obtidos com o modelo matemático de fluxo que indicam valores 50% menores. (3) As condutividades hidráulicas vertical e horizontais apresentam a mesma ordem de grandeza independente do material terrígeno analisado onde foi possível identificar três regiões homogêneas e isotrópicas compostas por valores com ordem de grandeza de 10-5 cm/s, 10-3 cm/s e 10-1 cm/s, respectivamente, Grupo Barreiras, depósitos eólicos / de praia e aluviões. (4) A reorganização e a incorporação de novos parâmetros tendem a realçar da melhor forma possível o conceito mais aceito de vulnerabilidade. Os pesos utilizados pelos métodos DRASTIC e SINTACS não são eficazes para delimitar áreas com diferentes graus de vulnerabilidade sem sofrer influências excessivas de algum parâmetro hidrogeológico. O método GOD tende a superestimar em classes de alta e muita vulnerabilidade. A melhor resposta com o método SORETO foi obtida quando somente os parâmetros com alta resolução espacial foram ponderados. (5) Premissas aplicadas ao modelo hidrogeológico conceitual foram confirmadas considerando o modelo de fluxo que apresenta um erro RMS de 4%. Esse modelo matemático também demonstra que para os dois cenários avaliados: situação de bombeamento atual e poços explotando o dobro da vazão (com relação à atual) há uma grande disponibilidade hídrica subterrânea ainda disponível na área de pesquisa. (5) A área prevista para a instalação de uma refinaria é considerada como adequada com relação às considerações e premissas advectivas adotadas nos modelos de fluxo e transporte de contaminantes avaliados. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This research deals with the evaluation sensitivity of the semi-quantitative index methods and mathematical models of flow and transport to determining the vulnerability of the aquifer to pollution in coastal areas. Several data such as geological and soil mapping, electrical and electromagnetic geophysical surveys, tests of hydraulic conductivity and grain size analysis were obtained to the area of influence of the Industrial and Harbor Complex of Pecém, Ceará State Brazil, to assist the preparation of the hydrogeological conceptual model. The quantification of recharge was carried out by the association of granulometric results obtained with the method of variation of the static level. The actual evapotranspiration was calculated by the Thornthwaite method. All data obtained served as the basis for critical analysis of hydrogeological parameters and their ranking by the major methods for assessing vulnerability to pollution of the aquifer. Based on these results it was proposed a new ranking of the parameters which were summarized in a new method for assessing vulnerability. Furthermore, the primary data support the development of a three-dimensional groundwater flow and transport model of contaminants in order both to assess the application of mathematical models in coastal water resources management, and determine the degree of sensitivity of methods and the comparison of results. The basement, the Barreiras Group, the Aeolian and Beach deposits, and alluvium were considered as the lithological units in the conceptual model. The aquifer system includes: the alluvium, the Beach, and the Barreiras unconfined aquifers. The Crystalline Basement under the Barreiras Aquifer, the Aeolian and Beach deposits and the Alluvium is considered the basis for the aquifer system. Based on the data integration it can be conclude: (1) The recharge for the search area estimates on the static level variation method for the coastal region which presents values of the order of 100 mm/year while the sandy sediments and the sandy-clayey Tertiary deposits show values around 300 and 200 mm/year, respectively. (2) The actual evapotranspiration for the area determined by the Thorntwaite method shows regional values of the order of 700 mm/year, apparently overestimated when compared with data obtained with the mathematical model that indicate values 50% lower. (3) The vertical and horizontal hydraulic conductivity show the same order of magnitude independent of the terrigenous material examined where it was possible to identify three regions of homogeneous and isotropic values with order of magnitude of 10-7 m/s, 10-5 m/s and 10-3 m/s, respectively, Barreiras Group material, Beach deposits and Alluvium. (4) The reorganization and incorporation of new parameters tend to highlight the best way possible the most accepted concept of vulnerability. The weights used by the DRASTIC and SINTACS methods are not effective to delimit areas with different degrees of vulnerability without incurring excessive influence of some hydrogeological parameter. The GOD method tends to overestimate classes of high and very high vulnerability. The best response with the SORETO method was obtained only when the parameters with high spatial resolution have been considered. (5) Premises applied to the hydrogeological conceptual model was confirmed considering the type of flow that gives a RMS error of 4%. This mathematical model also shows that the two scenarios evaluated: current pumping situation of wells and double pumping rates flow, show that there is great groundwater availability in the region. (5) The area specified to the installation of a refinery is considered appropriate with regard to the considerations and advective assumptions adopted in the flow and transport models of contaminants.