O gerenciamento de áreas contaminadas suportado por Modelos matemáticos

UTILIZAÇÃO DO MODFLOW VISUAL PARA GERENCIAMENTO DE RISCO EM UM ANTIGO ATERRO INDUSTRIAL

Lucas Kimura, Filipe Gimenes, Rodrigo Coelho, Victor Vanin.

Contexto do Projeto: 

No ano de 1978 um clube recreativo foi construído sobre uma área pantanosa, localizada em um bairro residencial no estado de Minas Gerais, Brasil. Este local foi utilizado no passado como depósito de resíduos industriais sólidos e oleosos, sendo o benzeno o principal contaminante associado a esses resíduos. 

A EBP Brasil conduziu estudos ambientais no site, que permitiram a definição do modelo conceitual, assim evidenciando a estabilidade do quadro ambiental e a ausência de risco à saúde humana para o uso e layout atuais. 

O software Visual Modflow foi utilizado visando o gerenciamento do uso da água subterrânea na área e seu entorno imediato, e assim viabilizar o processo de reabilitação do local.  

 

Ao longo de 8 anos foram realizados diversos monitoramentos ambientais no local, que indicaram que as principais concentrações de benzeno na água coincidem com as ocorrências de borra oleosa, encontradas principalmente nas porções de turfa, a qual apresenta uma capacidade elevada de adsorção dos compostos presentes na fase dissolvida. 

Os potenciais riscos à saúde humana, relacionado à inalação de vapores a partir das concentrações no solo da zona vadosa foram mitigados através da remoção de aproximadamente 1.500 t de solo contaminado.

Assim, através do software Visual Modflow, foi possível a construção do modelo matemático de fluxo e transporte de benzeno, o qual possibilitou a confirmação da estabilidade da pluma, até mesmo em simulações para cenários hipotéticos conservadores.

Desta forma, mesmo com cenários onde foram consideradas variações climáticas drásticas, além do aumento do bombeamento de poços localizados ao redor, não houve deslocamento das plumas de benzeno para além dos limites do clube. 

• Premissas do modelo matemático

- Vários poços de produção residenciais em um raio de 500m
(taxa de bombeamento de 0,4 m3/dia/casa (ONU/IBGE/
SNSA) foram simulados com carga constante;

- A pluma inicial de benzeno foi interpolada considerando
as maiores concentrações históricas detectadas em cada poço de monitoramento em três diferentes camadas.

- Células de concentração constante foram usadas para
simular o produto em fase livre e resíduo oleoso.

• Cenários simulados

- Condições de calibração.
- Variações climáticas drásticas – redução de 33% nas taxaspluviométricas.
- Variações climáticas drásticas – aumento de 100% nas taxas pluviométricas.
- Aumento de 300% na vazão de bombeamento dos poços de produção localizados no entorno.

A partir da sobreposição das plumas nos diferentes cenários simulados, foi determinada a máxima área de expansão da pluma, assim foi possível delimitar um polígono de restrição do uso da água subterrânea na área em estudo.

• Conclusão

Através dos resultados das investigações, juntamente com o modelo matemático e a análise de risco, foi possível fundamentar um modelo conceitual capaz de subsidiar o gerenciamento do risco no local sem a necessidade de eliminar dos resíduos restantes no subsolo. 

As evidências obtidas através das investigações conduzidas no local demonstram que o resíduo oleoso presente na zona saturada apresenta baixo potencial de diluição e migração, acarretando na estabilidade das concentrações de benzeno na fase dissolvida, confirmando o estado de equilíbrio do mesmo com a água subterrânea.

Desta forma, os resultados obtidos aliados a inexistência de potencial risco à saúde humana para o uso e layout estabelecidos, comprovados pelos monitoramentos ambientais, apontam somente para a necessidade de adoção de medidas de controle institucional, mantendo-se o atual uso e ocupação do solo, bem como a restrição do bombeamento de água subterrânea no polígono de restrição indicado pela sobreposição das plumas nos diferentes cenários simulados. 

MODELO 3-D DE ÁGUA SUPERFICIAL COMO FERRAMENTA PARA DEFINIÇÕES DO MONITORAMENTO AMBIENTAL 

Talita Noccetti, Daniel Savio, Vinicius Ambrogi. 

Contexto do projeto: 

Devido a solicitações do órgão ambiental local, uma mineradora localizada em área de grande sensibilidade hídrica precisou expandir sua rede de monitoramento ambiental de águas superficiais. 

Dessa forma, a EBP Brasil foi contratada para realizar um projeto de modelo matemático para a definição do monitoramento, desenvolvido com o objetivo de controlar melhor as descargas dos efluentes tratados e assim detectar potenciais impactos nas praias recreativas da região, utilizando um modelo de dispersão tridimensional (3D) para a identificação de áreas de impacto pelo lançamento. 

Inicialmente foi realizado um levantamento de campo para identificar os principais pontos de lançamento no rio, vazão de descarga, geografia local e dados de processos industriais. 

O modelo tridimensional considerou a batimetria dos rios, as margens, influência das chuvas e das marés, bem como as concentrações de descargas de águas residuais buscando definir os pontos de amostragem que melhor refletiriam o impacto ambiental do lançamento nas águas superficiais e sedimentos do curso d'água.

O escopo do modelo levou em consideração também algumas praias recreativas da região para o escopo do modelo, sendo executados 4 cenários típicos: vazões máximas e mínimas de descarga de águas residuais e efeitos de maré alta e baixa no rio.

Resultados:

Com os resultados obtidos a partir da modelagem, foi possível identificar os principais pontos de influência das descargas de águas residuais no rio e o potencial de concentrações de substâncias químicas de interesse (SQIs) nos sedimentos e região. 

Considerando os efeitos das marés, foi possível determinar que as concentrações de interesse são encontradas não apenas a jusante (direção normal para onde corre o fluxo de água em um rio, do ponto mais alto para um ponto mais baixo) do ponto de lançamento, mas também a montante (a direção contrária ao fluxo natural da água, indo do ponto mais baixo para o ponto mais alto).

Como resultado final dos trabalhos foi possível redefinir o plano de monitoramento das águas, considerando as áreas de influência a montante e a jusante do local de lançamento. Esses pontos serão usados em campanhas futuras como referências para a coleta de dados, recalibração do modelo e ações ambientais. 


 

REFINAMENTO DE MODELO CONCEITUAL PARA APOIAR A MUDANÇA DE USO DE UM ANTIGO LOCAL INDUSTRIAL IMPACTADO COM SOLVENTES CLORADOS

Roberta Mori, Filipe Gimenes, M. Scarance, L. Imura, M Nunes e Victor Vanin. 

Contexto do projeto:

A EBP Brasil realizou um estudo de caso que teve como objetivo apresentar um refinamento do modelo conceitual a fim de definir as alternativas de intervenção necessárias que possibilitem a ocupação residencial em uma antiga área industrial, na qual solventes clorados foram armazenados e manuseados. Esta área industrial foi desativada em 2003, quando as fontes primárias cessaram.

Como fonte secundária havia concentrações de solventes clorados remanescentes nas zonas vadosa e saturada. Essas concentrações representavam riscos potenciais para o cenário de uso futuro do local.

A fim de refinar o modelo conceitual ambiental da área, as seguintes linhas de evidência foram utilizadas, incluindo:

- MiHPT (Membrane Interface Probe and Ferramenta de Perfilagem Hidráulica)

- Investigação direta do solo (guiada pelos resultados do MiHPT)

- Modelagem matemática da retrodifusão (back-difusion)

- Estimativa de massa de contaminantes presentes no aquífero




Resultados

• - Foram identificados 2 compartimentos aquíferos: transporte e armazenamento
• - O valor absoluto da massa residual era relativamente baixo (30 kg), sendo a maior parte armazenada na camada de argila (compartimento de armazenamento entre 4 e 9 metros abaixo da superfície do solo)
• - Havia potencial de retrodifusão de contaminantes para o nível superior do aquífero (zona de transporte) → as concentrações futuras estimadas não representam qualquer risco para inalação de vapores em áreas abertas.

Conclusão:

Considerando que a área impactada corresponde a apenas 5% da área total de um terreno de 13.000 m², aliado ao baixo potencial de espalhamento da pluma (baixa transmissividade) e que não há aporte dos contaminantes para as áreas externas, os riscos decorrentes da massa de contaminantes remanescente poderão ser gerenciados por meio de medidas de controle institucionais, não sendo necessárias ações de remediação, as quais dispenderiam grandes esforços e investimentos para a remoção da massa armazenada na argila compacta em maiores profundidades. 

Portanto, visando viabilizar a mudança de uso futuro da área para residencial, o projeto deve levar em conta as restrições de uso da água subterrânea e deve prever a manutenção da área impactada como ambiente aberto e não edificado. 


 

AVALIAÇÃO DO IMPACTO COM XILENO NO AQUÍFERO CRISTALINO EM UM SÍTIO INDUSTRIAL EM SÃO PAULO, BRASIL, USANDO GEOFÍSICA E MODELAGEM MATEMÁTICA

Danilo Saunite, Lucas Kimura, Norbert Brandsch

Contexto do Projeto: 

Entre 2008 e 2011, a EBP Brasil conduziu Investigações em uma antiga indústria química em São Paulo, Brasil, na qual ocorria a manipulação de solventes aromáticos, principalmente xilenos. Essas investigações indicaram presença de produto residual no solo na área produtiva e de fase livre no aquífero, além da existência de uma pluma de xilenos na água subterrânea. 

Essa pluma se estende no aquífero freático desde a antiga unidade produtiva até aportar em um rio distante cerca de 100 metros da área-fonte. Entretanto, observou-se que no horizonte superior do aquífero cristalino (biotita-gnaisse fraturado – 15 m de profundidade), o centro de massa da pluma apresentava-se deslocado mais para leste e mais a jusante em relação ao freático, fora do sentido de fluxo principal. Para melhor entender tais ocorrências, diversos estudos adicionais foram então conduzidos.

Até fins dos anos 1990, o entorno do site era predominantemente industrial, contendo diversos poços profundos de captação que favoreciam um significativo fluxo vertical subterrâneo descendente em nível regional. 
A existência de contaminação por compostos organoclorados no aquífero cristalino levou à proibição do uso de águas subterrâneas na região em 2005. 

A interrupção do bombeamento pelos poços existentes ocasionou a reversão do forte fluxo descendente, inclusive ocasionando artesianismo em poços profundos de captação (> 200m de profundidade) na região. Na área avaliada, baseando-se na existência de um canal de drenagem próximo com direção SW-NE, supôs-se que o mesmo poderia estar alinhado a sistemas de fraturas na rocha. 

Com esse entendimento, tais fatos associados poderiam ter favorecido a migração da pluma em níveis mais profundos, apesar de se tratar de composto mais leve que a água. Dessa forma, com base no modelo conceitual existente e a fim de validar as informações acima mencionadas, o seguinte escopo de investigação foi definido: 

1) Avaliação geofísica, através da técnica de eletrorresistividade, para avaliar a existência ou não de zonas mais condutivas na rocha alinhadas às drenagens; 

2) Perfilagem acústica em furos de sondagem na rocha fraturada, a fim de verificar em detalhe níveis mais fraturados na rocha; 

3) Instalação de conjuntos de poços multiníveis para detalhamento tridimensional da contaminação; 

4) Modelagem matemática de fluxo em regime transiente e de transporte de xilenos utilizando o software Visual ModFlow.

Conclusão:

Através do estudo geofísico, foi possível confirmar a existência de uma faixa de maior permeabilidade na rocha, consistente com a direção do corpo d’água superficial observado. Assim, interpretou-se que tal estrutura favoreceu o fluxo subterrâneo descendente e deslocada cerca de 20m a leste da pluma do freático. 

Os resultados analíticos das águas subterrâneas confirmaram a inflexão da pluma no cristalino no sentido leste. Através da modelagem matemática, foi possível reproduzir as condições regionais de fluxo e transporte durante o período de bombeamento intenso até 2005, o que gerava forte fluxo descendente na área, permitindo a migração da pluma de xilenos até horizontes mais profundos. 

Simulações futuras, já sem esse componente vetorial de fluxo descendente, mostraram que o potencial de ampliação da pluma é baixo. Por fim, em um cenário simulado sem ações de intervenção, as concentrações decairiam a níveis inferiores ao valor de intervenção para xilenos em um prazo de 15 anos.

 

AVALIAÇÃO DO IMPACTO COM XILENO NO AQUÍFERO CRISTALINO EM UM SÍTIO INDUSTRIAL EM SÃO PAULO, BRASIL, USANDO GEOFÍSICA E MODELAGEM MATEMÁTICA

Danilo Saunite, Lucas Kimura, Norbert Brandsch

Contexto do Projeto:

Entre 2008 e 2011, a EBP Brasil conduziu Investigações em uma antiga indústria química em São Paulo, Brasil, na qual ocorria a manipulação de solventes aromáticos, principalmente xilenos. Essas investigações indicaram presença de produto residual no solo na área produtiva e de fase livre no aquífero, além da existência de uma pluma de xilenos na água subterrânea. 


Essa pluma se estende no aquífero freático desde a antiga unidade produtiva até aportar em um rio distante cerca de 100 metros da área-fonte. Entretanto, observou-se que no horizonte superior do aquífero cristalino (biotita-gnaisse fraturado – 15 m de profundidade), o centro de massa da pluma apresentava-se deslocado mais para leste e mais a jusante em relação ao freático, fora do sentido de fluxo principal. Para melhor entender tais ocorrências, diversos estudos adicionais foram então conduzidos.

Até fins dos anos 1990, o entorno do site era predominantemente industrial, contendo diversos poços profundos de captação que favoreciam um significativo fluxo vertical subterrâneo descendente em nível regional. 
A existência de contaminação por compostos organoclorados no aquífero cristalino levou à proibição do uso de águas subterrâneas na região em 2005. 

A interrupção do bombeamento pelos poços existentes ocasionou a reversão do forte fluxo descendente, inclusive ocasionando artesianismo em poços profundos de captação (> 200m de profundidade) na região. Na área avaliada, baseando-se na existência de um canal de drenagem próximo com direção SW-NE, supôs-se que o mesmo poderia estar alinhado a sistemas de fraturas na rocha. 

Com esse entendimento, tais fatos associados poderiam ter favorecido a migração da pluma em níveis mais profundos, apesar de se tratar de composto mais leve que a água. Dessa forma, com base no modelo conceitual existente e a fim de validar as informações acima mencionadas, o seguinte escopo de investigação foi definido: 

1) Avaliação geofísica, através da técnica de eletrorresistividade, para avaliar a existência ou não de zonas mais condutivas na rocha alinhadas às drenagens; 

2) Perfilagem acústica em furos de sondagem na rocha fraturada, a fim de verificar em detalhe níveis mais fraturados na rocha; 

3) Instalação de conjuntos de poços multiníveis para detalhamento tridimensional da contaminação; 

4) Modelagem matemática de fluxo em regime transiente e de transporte de xilenos utilizando o software Visual ModFlow.

Conclusão

 Através do estudo geofísico, foi possível confirmar a existência de uma faixa de maior permeabilidade na rocha, consistente com a direção do corpo d’água superficial observado. Assim, interpretou-se que tal estrutura favoreceu o fluxo subterrâneo descendente e deslocada cerca de 20m a leste da pluma do freático. 

Os resultados analíticos das águas subterrâneas confirmaram a inflexão da pluma no cristalino no sentido leste. Utilizando a modelagem matemática, foi possível reproduzir as condições regionais de fluxo e transporte durante o período de bombeamento intenso até 2005, o que gerava forte fluxo descendente na área, permitindo a migração da pluma de xilenos até horizontes mais profundos. 

Simulações futuras, já sem esse componente vetorial de fluxo descendente, mostraram que o potencial de ampliação da pluma é baixo. Por fim, em um cenário simulado sem ações de intervenção, as concentrações decairiam a níveis inferiores ao valor de intervenção para xilenos em um prazo de 15 anos.