Transporte de solutos em diferentes cenários geológicos gerados por modelos estocásticos de cadeias de Markov: estudo aplicado ao Aquífero Resende

Abstract

Grande parte dos estudos envolvendo simulações de fluxo de água subterrânea e transporte de solutos em meios porosos negligencia a importante influência que a heterogeneidade geológica do aquífero pode exercer sobre o comportamento e destino de solutos dissolvidos em água subterrânea. Ao desconsiderar as inúmeras incertezas associadas ao meio geológico, o modelador pode realizar previsões errôneas sobre a migração de contaminantes e até mesmo conduzir a escolha de sistemas de remediação inapropriados. Sabendo-se disso, o presente trabalho propõe-se a investigar a influência da heterogeneidade geológica no transporte e destino de contaminantes dissolvidos em águas subterrâneas numa área do Aquífero Resende, na região de Guarulhos. Este aquífero apresenta uma forte heterogeneidade litológica, o que acarreta em um elevado grau de incerteza quanto ao arranjo espacial dos litotipos e dos parâmetros hidráulicos, tornando a previsão da migração de contaminantes mais complexa. Além disso a presença de corpos arenosos com elevada permeabilidade neste aquífero é um fator de extremo interesse para este estudo, visto que uma possível conectividade destes corpos pode levar a formação de caminhos de fluxo preferenciais, por onde o transporte de soluto é mais eficiente. Para se atingir o objetivo proposto, foram gerados diferentes cenários geológicos igualmente prováveis baseados no método estocástico de cadeias de Markov, utilizando o programa computacional T-PROGS. Estes cenários foram então utilizados como parâmetros de entrada nos softwares MODFLOW e MT3DMS, com intuito de simular o fluxo e transporte de contaminante em cada um dos cenários gerados. As simulações estocásticas resultaram em um conjunto de cenários amplamente discrepantes, os quais são constituidos por litotipos com diferentes distribuições espaciais e corpos arenosos de baixa conectividade. As simulações de transporte de soluto, por sua vez, produziram plumas de contaminante cujas dimensões, formas e valores de massa mostraram-se bastante variáveis a depender do cenário analisado. Esta variabilidade de resultados reforça o caráter heterogêneo do aquífero e aponta para um elevado grau de incerteza quanto às propriedades hidrogeológicas da área de estudo.

Most studies involving groundwater flow simulation and solute transports in a porous environment have neglected the important influence that geological heterogeneity can exert on the behavior and final destination transport of dissolved solutes in groundwater. By disregarding inumerous uncertainties associated with geological environment, the hidrogeologycal modelor can make wrong forecasts about the contaminant migration, and even lead to an inappropriate remediation system choice. Considering this, the porpose of this study is to investigate the influence of geologycal heterogeneities on the transport and underground migration of dissolved pollutants of an area inside Resende Aquifer, at the city of Guarulhos municipality, São Paulo State, Brazil. The Resende Aquifer has a strong lithological heterogeneity, wich can generate a high degree of uncertainty when it comes to spatial arrangement of lithotypes and hydraulic parameters, turning more complex the pollutant migration forecast. Besides, the presence of sandy portions with high permeabiltity in the aquifer is a factor of extreme interest for this study, since the possible connection between portions of geological layers can lead to preferencial flow paths, where the solute tranportations are more efficient. To achieve this objective, many different geological scenarios were generated equally likely, based on the stochastic Markov chain method, using the T-PROGS software. Those scenarios were used as entry parameters on the softwares MODFLOW and MT3DMS, in order to simulate flow and direction of transport in each one scenario. The stochastic simulation presented in this study resulted in a set of widely discrepant scenarios which are formed by lithotypes with different spatial distributions and sandy portions of low connectivity. The solute transport simulations, on the other hand, yielded pollutant plumes whose dimensions, shapes and mass values would vary depending on the scenario analysis. This variability of results fortities the heterogeneous character of the aquifer and it is suitable for a high degree of uncertainty regarding the hydrogeological properties of the study area.