Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

SIMULAÇÃO DE FLUXO E TRANSPORTE DE ÍONS DE VINHAÇAATRAVÉS DE VERTENTE DA FORMAÇÃO RIO CLAROSIMULATION OF WATER FLOW AND ION TRANSPORT FROM VINASSE IN
A TRANSECT OF THE RIO CLARO FORMATION
Miguel Angel Alfaro Soto1; Juliana Broggio Basso 2; Chang Hung Kiang 3 ;Martinus Th. van Genuchten4
Artigo recebido em: 10/02/2015 e aceito para publicação em: 26/06/2015.
DOI: http://dx.doi.org/10.14295/ras.v29i2.28239

Abstract: Vinasse is increasingly used in agricultural operations as a possible source of nutrients and organic
matter. This paper presents results of simulations of groundwater flow and ion transport from the hypotheticalinfiltration of vinasse from fertigation of sugar cane. The study was applied to a two-dimensional vertical transect in Ajapí (Rio Claro – SP). The main objective was to assess potential contamination of groundwater by
vinasse constituents, and their transport to a stream close to sources of infiltration. Numerical simulations werecarried out with the HYDRUS 2D/3D software package using representative data of the physical soil and hydrogeological properties of the area. Calculations assumed a steady-state flow regime in a layered but isotropic
porous medium representing the Rio Claro formation of sediments. Results show that for the hypothetical scenarios considered, ions derived from vinasse may have a high potential of contaminating both groundwater andnearby streams. This serves as a warning about the vulnerability of areas with similar scenarios involving theextensive use of vinasse through fertigation.
Keywords: Contaminant transport. Vinasse. Fertigation. Numerical model. HYDRUS 2/3D.
Resumo: A vinhaça é cada vez mais usada nas operações agrícolas como uma possível fonte de nutrientes ematéria orgânica. Neste artigo, são apresentados os resultados de uma simulação de fluxo subterrâneo da água ede transporte de íons, a partir da hipotética infiltração de vinhaça decorrente da fertirrigação na cultura de canade açúcar. O estudo é aplicado a um corte bidimensional de solo de Ajapí (Rio Claro – SP). As simulações tiveram com a finalidade de avaliar a potencial contaminação das águas subterrâneas e de um córrego localizado
próximo às fontes de infiltração. Foi realizada uma modelagem numérica empregando o software HYDRUS
2D/3D, usando dados representativos das propriedades físicas e hidrogeológicas do meio no local. Os cálculos
consideram os fluxos da água e da vinhaça em regime permanente, em um meio poroso homogêneo e isotrópico
representando os sedimentos da Formação Rio Claro. Os resultados obtidos apontaram que para os cenários
hipotéticos, aqui apresentados, íons provenientes da vinhaça, em determinadas concentrações, podem apresentar
alto potencial de contaminação tanto de águas subterrâneas como superficiais. Os resultados servem como alerta
para a vulnerabilidade de áreas com cenários similares, quais sejam, de intensa fertirrigação com vinhaça.
Palavras-chave: Transporte de contaminantes. Vinhaça. Fertirrigação. Modelo numérico. HYDRUS 2/3D.

1 INTRODUÇÃOO Brasil é o maior produtor de açúcar
e etanol no mundo. A área cultivada que serácolhida e destinada à atividade sucroalcooleira na safra 2014/2015 será de aproximadamente 9.004,5 mil hectares, distribuídas em

todos os estados produtores, sendo São Pauloo maior produtor, com 52% de área plantada(CONAB, 2014). A produção sucroalcooleiraé responsável pela geração da vinhaça, que é
seu principal resíduo, usado na complemen-_____________________________

1

LEBAC – Laboratório de Estudo de Bacias, Departamento de Geologia Aplicada, UNESP – Campus de Rio Claro (alfaro@rc.unesp.br)
2
LEBAC – Laboratório de Estudo de Bacias, Departamento de Geologia Aplicada, UNESP – Campus de Rio Claro (julibb@rc.unesp.br)
3
LEBAC – Laboratório de Estudo de Bacias, Departamento de Geologia Aplicada, UNESP – Campus de Rio Claro (chang@rc.unesp.br)
4
COPPE/LTCC, Departamento de Engenharia Mecânica, UFRJ – Universidade Federal de Rio de Janeiro(rvangenuchten@hotmail.com)
162

SOTO, M.A.A.; BASO, J.B.; KIANG, C.H.; GENUCHTEN, M.T.

tação da adubação do solo em algumas culturas e inclusive na própria cana de açúcar. No
entanto, seu uso em quantidades relativamente grandes pode ser questionável devido aproblemas ambientais produzidos pela fertirrigação, quando se leva em consideração que
a vinhaça é rica em matéria orgânica e potássio, com significativos teores de cálcio, magnésio, nitratos e enxofre.
Os impactos da vinhaça no ambiente,
com a aplicação excessiva (superiores à estabelecida pela CETESB, 2006) e contínua
desse efluente com alta carga orgânica
(DBO/DQO), baixo pH, elevada corrosividade, e presença de cátions e metais em solução, podem advir da infiltração que causa
contaminação de águas subterrâneas e salinização de aquíferos. Consequentemente, oconhecimento da distribuição da água e dos
solutos no meio poroso é de grande importância na avaliação de problemas deste tipo.
Questões como essas têm sido geralmente
abordadas mediante trabalhos conduzidos emlaboratório.
Brito et al. (2007) avaliaram a qualidade do lixiviado de solos (Nitossolo Háplico, Argissolo amarelo e Espodossolo Cárbico) que receberam diferentes doses de vinhaça em diferentes tempos de incubação. Elesutilizaram testes em colunas com solos de 20
cm de diâmetro e 110 cm de altura. As análises para quantificação de K, Ca, Mg e Na nos
efluentes coletados mostraram que os valores
dos cátions do lixiviado foram significativamente reduzidos em relação aos da vinhaça
in natura, indicando o elevado poder dos
solos de retenção dos vários constituintes davinhaça.
Uyeda et al. (2013) utilizaram colunas com diferentes tipos de solos (Latossolo
vermelho escuro, Latossolo roxo, Nitossolo
eutrófico vermelho) como permeâmetros a
carga constante para percolação de quatro
doses de vinhaça, com a finalidade de testar ahipótese de redução da condutividade hidráulica devido aos efeitos dispersivos das partículas de argila pela presença principalmente
do K e Na. Os resultados confirmaram a redução da condutividade hidráulica para oLatossolo vermelho escuro apenas para apli163

cações superiores a 300 m3/ha, bem como
aumentos de K e Ca, e da capacidade de troca de cátions.
Outros trabalhos como o de Da Silva
et al. (2012) utilizaram a modelagem numérica com a finalidade de obter os parâmetrosde transporte do Na e K decorrentes da vinhaça, velocidade de escoamento da água,fator de retardamento, dispersividade e coeficiente de dispersão, a partir de testes em colunas em um Nitossolo Vermelho Eutrófico.
Após simulação numérica, os resultados evidenciaram os efeitos de adsorção e deslocamento de Na e principalmente do K presentes
na vinhaça.
Na natureza, o transporte dos solutos
depende de muitos fatores físicos e químicos,
dentre eles as propriedades do meio, do fluido percolante e as condições ambientais. No
entanto, a dependência entre os parâmetrosde transporte envolvidos tornam a modelagem uma tarefa complexa, recorrendo ao
emprego da simulação numérica que utilizaintervalos discretos de espaço e tempo. Modelos de simulação numérica são atualmente
muito utilizados para auxiliar no entendimento dos complexos processos de deslocamentode solutos em perfis de solos saturados e não
saturados, sendo importantes ferramentas
para o gerenciamento de tomadas de decisão
e redução de impactos ao meio ambiente.
Embora de grande utilidade, a literatura especializada não tem se ocupado de trabalhos
que utilizem modelagem numérica com vistas à preservação de águas subterrâneas esuperficiais na região de São Paulo.
Nesse contexto, este trabalho visa
elucidar o potencial grau de contaminação
por vinhaça das águas subterrâneas e superficiais em sedimentos da Formação Rio Claro,a partir da fertirrigação de cultivo de cana deaçúcar. Cabe ressaltar que essa unidade constitui um importante aquífero utilizado como
fonte de abastecimento local de água, em
grande parte para consumo humano.
2 ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo se localiza no distrito industrial de Ajapi, município de Rio ClaÁguas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio Claroro (São Paulo). Sua escolha se justifica por se
tratar de uma região, cujo solo é tipicamente
utilizado para cultivo de cana de açúcar. A
Figura 1 mostra um mapa de localização daárea de estudo. A área se encontra cercada
por áreas industriais, de cultivo de cana deaçúcar e pelo córrego Antônio Chiaradia. O
local constitui uma vertente onde a porção

superior pertence à Formação Rio Claro. Essa unidade é formada por depósitos fluviais
de idade Cenozóica, pertencentes à Bacia
Sedimentar do Paraná. A unidade é constituída predominantemente por arenitos, em geralde granulometria fina a média, cujo solo éclassificado como latossolo vermelhoamarelo (LVA, 1984).

Figura 1 - Localização da área de estudo (Google Earth, 2014). Seção AA’ é apresentada na Figura 2
Figure 1- Location of the study area (Google Earth, 2014). Section AA' is shown in Figure 2

Apesar de apresentar extensão territorial restrita (em relação a outras unidades dabacia), a Formação Rio Claro constitui um
importante aquífero livre sobre o qual a atividade canavieira tem apresentado grandecrescimento, com aplicação frequente degrande volume de vinhaça no solo (fertirrigação). O substrato dessa unidade na área é
formado pela Formação Corumbataí que,segundo IPT (1981), é caracterizada por siltitos, arenitos finos a médios, silto-argilosos,
de origem marinha, em parte concrecionados
por calcário e sílex.

Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

2 MÉTODOS TEÓRICOS E EXPERIMENTAIS
Neste item são mostrados aspectos domodelo conceitual da área de estudo que reúne a informação referente à fonte de contaminação, rotas de exposição e os receptores,
bem como os dados necessários (parâmetros
físicos e de contaminantes) para calcular as
concentrações finais, isto é, nos pontos deinteresse, a partir de modelos numéricos contidos no software HYDRUS 2D/3D (SIMUNEK et al.,1999).

164

SOTO, M.A.A.; BASO, J.B.; KIANG, C.H.; GENUCHTEN, M.T.

2.1 Modelo conceitual da área de estudo
Estipulou-se, hipoteticamente, que
uma fonte de contaminação proveniente dafertirrigação com vinhaça inicia-se a partir dasuperfície do solo, onde a concentração inicial infiltra-se verticalmente ao longo da zona
não saturada até atingir o aquífero granular(zona saturada). Nessa zona, a vinhaça passa
por um processo natural de diluição, deslocando-se em sentido horizontal com a águasubterrânea até atingir o córrego Antônio
Chiaradia.
Para simular o transporte dos solutosna água subterrânea até a água superficial, foi
utilizado o software HYDRUS 2D/3D (SI-MUNEK et al.,1999). Para tanto, estabeleceu-se um modelo conceitual considerando a
localização, as dimensões geométricas, as
características físicas e hidráulicas do meio,
bem como dos contaminantes, que serviramcomo parâmetros de entrada para a simulação. A Figura 2 mostra um esquema do perfil
de solo com as características geométricas,
fontes de vinhaça, rotas de exposição e potenciais receptores dos contaminantes na áreade estudo. A seção avaliada apresenta aproximadamente 700 metros de comprimento e
50 metros de altura. Hipoteticamente, otransporte se iniciou na superfície da Formação Rio Claro, sobreposta à Formação Corumbataí.

Figura 2 - Seção A-A’ características geométricas, fontes de contaminação (F1 a 200 metros do córrego e
F2 a 400 metros do córrego), rotas de exposição e potenciais receptores
Figure 2 - Section A-A 'geometric characteristics, sources of contamination (F1- 200 meters from thestream and F2- 400 meters from the stream), exposure media and potential receptors

Com o intuito de simplificar o problema
e devido a não se contar com dados experimentais suficientes, assumiu-se a isotropicidade e homogeneidade dos solos de cadaformação. De forma arbitrária, foram estabelecidas duas fontes de vinhaça, com 80 metros de comprimento cada, com as fontes
localizadas a 200 metros do córrego (F1) e a
400 metros do córrego (F2). Os cálculos foram focados na relação entre distância, tempo
de chegada e concentração final no córrego
Antônio Chiaradia.
2.2 Caracterização física e hidráulica
Amostras indeformadas das forma165

ções Rio Claro e Corumbataí foram utilizadas para ensaios de caracterização física
(granulometria, massas específicas do solo e
dos grãos), além desses, foram realizados
testes para determinação da curva de retenção de água no solo pelo método do papel
filtro (Marinho, 1994) e para determinação
da condutividade hidráulica saturada com opermeâmetro Guelph (REYNOLDS e ELRICK, 1995).
Quanto ao ajuste de curvas de retenção foi necessário o emprego do modelo deDurner (1994), que é mais apropriado parasolos com distribuições bimodais de poros,
tal como será comentado mais adiante. O
modelo é descrito por:Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio ClarokSe   wi 1  i h i
i 1

n



 mi

(1)

onde Se representa a saturação eficaz, h é acarga de pressão, k representa o número desubsistemas que formam a distribuição total
de poros (2 em nosso estudo), e wi são os
fatores designados para os pesos das subcurvas que variam entre 0 e 1, isto é Σwi=1. Da
mesma forma que no modelo unimodal devan Genuchten (1980), os parâmetros das
subcurvas (i.e., αi, e ni) estão sujeitos à condicionantes: αi >0 e ni > 1, enquanto que
mi=1-1/ni.
Também utilizou-se a função condutividade hidráulica, obtida a partir da curva
de retenção e da condutividade hidráulica
saturada. No entanto, devido às características de retenção da água, foi necessário adotar
também a versão bimodal do modelo de van
Genuchten (Durner, 1994), dado por:   w  1  (1  S )  
K (S )  K   w S  w  
0,5

k

e

s

i 1

k

i 1

i

ei

i

1/ m m
ei

i

2

k

i 1

2

i

i

(2)
onde K(Se) representa a função condutividade
hidráulica e Ks é a condutividade hidráulica
do solo saturado.
2.3 Transporte de solutos
O software HYDRUS 2D/3D (Simunek et al.,1999) considera o fluxo de águautilizando a equação geral de Richards e aequação de advecção-dispersão para o transporte do soluto em um meio variavelmente
saturado. Para um meio isotrópico bidimensional, a equação de Richards é dada por: (h) h Kij   S (h), (i, j  1, 2)
 Kijt xi 
xj


(3)
onde θ é a umidade volumétrica, xi (i = 1, 2)
são as coordenadas espaciais, t o tempo, Kij
os componentes do tensor de condutividade
hidráulica, e S(h) o termo fonte (ou sumidouÁguas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

ro) de água. Uma vez que neste estudo omeio foi considerado isotrópico, o tensor decondutividade é diagonal, onde Kxx e Kyy tornam-se iguais à condutividade hidráulica não
saturada, K(h) ou K(θ).
O transporte de soluto pode ser descrito usando a equação de advecçãodispersão, dada por:( RC ) C  qC
, (i, j  1, 2)
  Dijt xi 
 x j  xi(4)onde C representa a concentração em solução, q o fluxo de água, e Dij o tensor de dispersão que pode ser descrito em termos dedispersividade longitudinal (DL), a dispersividade transversal (DT), e o coeficiente dedifusão molecular (Dw). O termo R na equação (4) refere-se ao fator de retardamento
considerando adsorção em equilíbrio.
Cabe ressaltar que, os parâmetros dedispersividade (DL e DT) foram estimados
segundo recomendações da ASTM (1995).
Adicionalmente, o coeficiente de difusão é
modificado pelo fator de tortuosidade (τ),
utilizando-se a relação de Millington e Quirk(1961).
3 RESULTADOS
Neste item são apresentados os resultados da caracterização física, hidráulica,
bem como da simulação numérica obtidospara o presente estudo.
3.1 Caracterização física e hidráulica
As Figuras 3 e 4 mostram as curvasde retenção de água obtidas para os solos das
formações Rio Claro e Corumbataí, respectivamente. Verifica-se que, para as duas unidades, as curvas de retenção são típicas desolos com distribuição bimodal de poros.
Consequentemente, o ajuste da curva aos
dados experimentais em ambos os solos foi
realizado utilizando a Equação (1) de Durner(1994) que permitiu um adequado ajustamento aos dados experimentais. Segundo Alfaro
Soto e Chang (2008), este tipo de curva de
166

SOTO, M.A.A.; BASO, J.B.; KIANG, C.H.; GENUCHTEN, M.T.

retenção é comum em solos do estado de São
Paulo (entre outros estados) e decorre da es-

truturação de solos de características lateríticas.

Figura 3 - Curva de pressão capilar da Formação Rio ClaroFigure 3 - Capillary pressure curve of the Rio Claro Formation

Figura 4 - Curva de pressão capilar da Formação CorumbataíFigure 4 - Capillary pressure curve of the Corumbataí Formation

Adicionalmente, a partir dos dados doajuste da curva de retenção e testes de condutividade hidráulica saturada foi possível adeterminação da função condutividade hidráulica não saturada mediante a Equação

167(2). A Figura 5 mostra as curvas das funções
K(h) para os dois tipos de solos, evidenciando a peculiaridade da função condutividade
hidráulica.

Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio ClaroFigura 5- Função condutividade hidráulica (não saturada) dos solos das formações Rio Claro e
CorumbataíFigure 5 - Hydraulic conductivity function (unsaturated) of Rio Claro and Corumbataí formations

Como já apontado por Alfaro Soto e
Chang (2013) a importância da bimodalidade
em solos reside na significativa diferença decondutividade hidráulica não saturada paraum mesmo valor de pressão capilar caso seja
considerado um modelo unimodal. Consequentemente, este fato sugere que é necessário o uso da função bimodal, caso contrário,podem ser também obtidos discrepantes concentrações finais dos solutos nos pontos deexposição (água subterrânea e córrego). A
Tabela 1 resume os parâmetros físicos e hidráulicos obtidos para os solos das formações
Rio Claro e Corumbataí, utilizados na simulação.

Tabela 1 Características físicas e hidráulicas representativas dos solos das Formações Rio Claro e Corumbataí
Table 1 - Physical and hydraulic characteristics of soils from Rio Claro and Corumbataí formations

Parâmetro

UnidadeTexturaMassa específica seca, ρdMassa específica dos sólidos, ρs
Umidade volumétrica saturada, θs
Umidade volumétrica residual, θrParâmetro da subcurva 1, α1Parâmetro da subcurva 1, n1
Peso da subcurva 1, w1
Parâmetro da subcurva 2, α2Parâmetro da subcurva 2, n2
Condutividade hidráulica saturada, Ks

g/cm3
g/cm3
cm3/ cm3
cm3/ cm3
cm-1
(-)
(-)
cm-1
(-)
(cm/dia)

Como sabido, os impactos da vinhaça
em aquíferos são decorrentes de suas propriedades e composição (DBO/DQO, pH, corrosividade, cátions, metais, etc). Porém, para
esta simulação de transporte de solutos foiÁguas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Formação
Rio Claro
Areia argilosa
1,37
2,60
0,45
0,00
0,01783,270
0,656
1,0E-5
1,680
343

Formação
CorumbataíSilte arenoso
1,39
2,76
0,454
0,00
0,01361,360
0,314
8,0E-06
4,220
18,0

escolhido um tipo arbitrário de íon, não reativo com o meio, cuja concentração foi assumida como igual a 1 mmol/cm3. Desta
forma, o resultado será a fração de concentração final (Ci) em relação à inicial (Co),168

SOTO, M.A.A.; BASO, J.B.; KIANG, C.H.; GENUCHTEN, M.T.

servindo de referência para determinação
expedita do transporte de outros tipos de contaminantes ao possuírem uma relação proporcional entre eles. Para tanto, foram adotados apenas os mecanismos de advecção edispersão hidrodinâmica, não sendo consideradas as reações de adsorção.
Devido às características intrínsecas
do solo da Formação Rio Claro na área, isto

é, elevada macroporosidade e fraturas, estabeleceu-se o fluxo em regime permanente ou
steady state (sendo este mais conservador)
com elevada taxa de recarga (0,09 cm/dia),conforme estudos já realizados nas proximidades por Carnier e Chang (2008). A Tabela
2 compila alguns parâmetros utilizados paraanálise de transporte de solutos.

Tabela 2 - Parâmetros selecionados utilizados para simulação do transporte de solutos em solos das formações Rio Claro e Corumbataí
Table 2 - Parameters selected for simulation of solute transport in soils from Rio Claro and Corumbataíformations

Parâmetro

UnidadeDistância entre foco e fonte, x
Dispersividade longitudinal, DL
Dispersividade transversal, DT
Coeficiente de difussão, Dw
Fator de retardamento, Rmmm
cm2/ano-3.2 Simulação Numérica
A análise de transporte de solutos
contemplou o modelo bidimensional. Os
dados das cargas de pressão positivas enegativas (sucções matriciais na zona não
saturada) em toda a extensão do solo foramZÍon da vinhaça
Rio Claro
Corumbataí
200 e 400
200 e 4002e4
2e4
0,66 e 1,33
0,66 e 1,33
365
365
-

obtidos por extrapolação a partir do nível
freático, onde a pressão capilar é igual azero para o teor de umidade de saturação
da Tabela 1. A Figura 6 mostra os resultados da distribuição das pressões para a
condição steady state.

Z

X

X

-300.000

0.000

300.000

600.000

900.000

1200.000 1500.000 1800.000 2100.000 2400.000 2700.000

Head - h[cm], Min=-229.478, Max=2602.984
Figura 6 - Perfil dePressure
carga depressão (cm) em regime permanente
Figure6
Pressurehead
profile(cm) subjected to steady steate flow
Project 0-RC-S2-Paper2c - Structured fine mesh, transient

Results, Pressure Head, Time 12 - 35.0 years

Adicionalmente, com base nas curvas nula é coincidente com a do início do lençol-300.000
0.000
300.000
600.000
900.000 1200.000 1500.000 1800.000 2100.000 2400.000 2700.000
de retenção de água no solo e características freático da Figura 7. Adicionalmente, a Figude recarga foi possível estabelecer a distri- ra 7 mostra que os teores de umidade nos
Pressure Head - h[cm], Min=-229.478, Max=2602.984buição de umidade em regime permanente. A solos das formações Rio Claro e Corumbataí,
Project
0-RC-S2-Paper2cfine mesh,
Figura7 mostrao perfil- Structured
de umidade
em transient
re- abaixo do lençol freático, são coincidentes
Results, Pressure Head, Time 12 - 35.0 years
gime permanente. Na Figura 6, a posição da com a máxima saturação obtida na curva deisolinha correspondente à pressão capilar pressão capilar da Tabela 1 (θs=0,45).
169

Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Z

Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio Claro

Z

X

X

0.167 0.193 0.219 0.245 0.271 0.298 0.324 0.350 0.376 0.402 0.428 0.454

Water Content - 3th[-],Figura 7 - Perfil
de umidade (cm /cm3)Min=0.167,
submetido aMax=0.454
fluxo em regime permanente
33
Figure7
Water
content
profile(cm/cm)
subjected
to steady state flow
oject 0-RC-S2-Paper2c - Structured fine m es h, trans ient

es ults , Water Content, Tim e 12 - 35.0 years
0.167 0.193 0.219 0.245 0.271 0.298 0.324 0.350 0.376 0.402 0.428 0.454

Water Content - th[-], Min=0.167, Max=0.454
A Figura 8 mostra os resultados
da didade), em relação à fonte F2, mais distante
distribuição
do soluto da -vinhaça
as fonProject 0-RC-S2-Paper2c
Structured com
fine mesh,transiente com lençol freático a cerca de 20 m de proWater Content,- 35.0 years
tes a Results,
200 metros(F1) eTime
40012 metros(F2) do fundidade mais distante (Figura 8b). Após
córrego após 5 anos (Figuras 8a e 8b, respec- um período de 17,5 anos (Figuras 8c e 8d),
tivamente), 17,5 anos (Figuras 8c e 8d, res- verifica-se ainda que apenas o soluto provepectivamente) e 35 anos (Figuras 8e e 8f, niente da fonte mais próxima atingiu o córrerespectivamente). Na situação mostrada na go. Após 35 anos (Figuras 8e e 8f), os solutos
Figura 8a (fonte F1, após um período de 5 advindos de ambas as fontes atingiram o córanos), a dispersão vertical permitiu que o rego, porém o deslocamento do soluto dacontaminante atingisse o nível freático, devi- fonte mais próxima (Figuras 8e) se mostrou
do à maior proximidade de F1 com o córrego predominantemente vertical.
(com NA a aproximadamente 6 m de profun-

Z

Z

X

X

(a)

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000(b)Concentration - c[mmol/cm^3], Min=0.000, Max=0.911
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Project 0-RC-S2-Paper1c - Structured fine mesh, transient
Results, Concentration, Time 4 - 5.0 years
Concentration - c[mmol/cm^3], Min=0.000, Max=0.872

Project 0-RC-S2-Paper2c - Structured fine mesh, transient
Results, Concentration, Time 4 - 5.0 yearsÁguas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

170

SOTO, M.A.A.; BASO, J.B.; KIANG, C.H.; GENUCHTEN, M.T.

Z

Z

X

X

(d)

(c)

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Concentration - c[mmol/cm^3], Min=0.000, Max=0.911
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Project 0-RC-S2-Paper1c - Structured fine mesh, transient
Results, Concentration, Time 8 - 15.0 years

Concentration - c[mmol/cm^3], Min=0.000, Max=0.982

Z

Z

Project 0-RC-S2-Paper2c - Structured fine mesh, transient
Results, Concentration, Time 8 - 15.0 years

X

X

(f)

(e)

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Concentration - c[mmol/cm^3], Min=0.000, Max=0.911
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Project 0-RC-S2-Paper1c - Structured fine mesh, transient
Results, Concentration, Time 12 - 35.0 years
Concentration - c[mmol/cm^3], Min=0.000, Max=0.996

Project 0-RC-S2-Paper2c - Structured fine mesh, transient
Results, Concentration, Time 12 - 35.0 years

Figura 8 - Distribuição do soluto (mmol/cm3) da vinhaça com distâncias entre as fontes e córrego F1= 200 m,
F2= 400 m após 5 anos (Figuras a e b, respectivamente), 17,5 anos (Figuras c e d, respectivamente) e 35 anos (Figuras e e f, respectivamente)
Figure 8 - Distribution of solute (mmol / cm3) of vinasse with distances between sources and stream F1=
200m, F2 = 400 m after 5 years (Figures a and b, respectively), 17,5 years (Figures c and d, respectively ) and 35 (Figures e and f, respectively)

Com a finalidade de avaliar a variação da concentração do íon do soluto em
relação à chegada na água subterrânea e nocórrego foram inseridos pontos de observação na modelagem numérica. Um ponto deobservação encontra-se próximo ao contato
da zona de descarga (seepage) do córrego eos outros dois pontos de observação, na profundidade do lençol freático logo abaixo do
centro de massa de cada fonte.
A Figura 9 mostra o gráfico deconcentração (mmol/cm3) do soluto versus
tempo (anos) para os pontos de observação
localizados abaixo de cada fonte de171

contaminação (F1 e F2), na profundidade dolençol freático (6m e 20m, respectivamente).
O gráfico mostra que a chegada do soluto naágua subterrânea (AS) ocorrerá em menos de1 ano a partir da fonte F1 e em menos de 3
anos a partir da fonte F2. A fonte F2 proveria
a máxima concentração na água subterrânea(44% da concentração inicial), situação que
seria atingida após um período de aproximadamente 30 anos. Já a concentração máxima
proveniente da fonte F1 (31% da concentração original) poderia ser atingida em apenas
10 anos.

Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio ClaroFigura 9 - Concentrações (mmol/cm3) do soluto versus tempo (anos) para os pontos de observação localizados abaixo de cada fonte de contaminação (F1 e F2)
Figure 9 - Concentrations (mmol/cm3) of the solute versus time (years) to the observation points locatedbelow each source of contamination (F1 and F2)

A Figura 10 mostra a relação entre asconcentrações (mmol/cm3) finais do soluto
versus tempo (anos) para o ponto de observação localizado na zona de descarga do córrego. As concentrações finais são provenientes
de cada fonte de contaminação (F1 e F2). O
gráfico sugere que a chegada do contaminan-Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

te no córrego ocorrerá em apenas 2,2 anos e
14,2 anos a partir das fontes F1 e F2, respectivamente. Adicionalmente, observa-se que,para o período analisado, no máximo 14% e
10% da concentração inicial atingirão o córrego após um período de 30 anos e 35 anos apartir das fontes F1 e F2, respectivamente.

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SOTO, M.A.A.; BASO, J.B.; KIANG, C.H.; GENUCHTEN, M.T.

Figura 10 - Concentrações (mmol/cm3) finais do soluto versus tempo (anos) para o ponto de observação
localizado na margem do córrego, para as concentrações provenientes de cada fonte de contaminação (F1 e F2)
Figure 10 - Final concentrations (mmol/cm3) of the solute versus time (years) to the observation point on
the stream bank, for concentrations from each contamination source (F1 and F2)

4 CONCLUSÕES
Foi simulado um modelo conceitual
hipotético de contaminação por vinhaça emum perfil de solo típico da cidade de Rio Claro (SP), próximo a áreas de fertirrigação relacionada à atividade sucroalcooleira. A análise numérica das condições simuladas mostra que as águas subterrâneas do local estão
sujeitas a contaminação, indicando que osoluto da vinhaça pode alcançar o nível freático em pouco tempo de percolação (1 a 3anos), dependendo de sua profundidade (6ma 20m). Adicionalmente, concentrações entre
31% e 44% da concentração inicial do soluto
podem ser atingidas em períodos de tempo de
10 a 30 anos.
Quanto às águas superficiais, também
sujeitas à contaminação, o modelo mostra
que o córrego Antônio Charadia pode seratingido em apenas 2,2 anos para uma fontede contaminação localizada a 200 m de distância do córrego e nível de água subterrânea(NA) a 6m de profundidade ou 14,2 anos pa-

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ra uma fonte a 400m e NA a 20m de profundidade. Quanto às concentrações o modelo
aponta que um máximo de 14% da concentração inicial chegará ao córrego após um
período de 30 anos.
Cabe ressaltar que as localizações das
fontes são hipotéticas, e que modelos numéricos incorporam simplificações de sistemas
naturais complexos. No entanto, é importanteobservar que os períodos de chegada de contaminantes são curtos e as concentrações
finais podem comprometer a qualidade daságuas superficiais e subterrâneas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Fundação de
Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo(Processo FAPESP No 2012/5097-2) pelofinanciamento deste projeto.

Águas Subterrâneas (2015) 29(2): 162-174.

Simulação de fluxo e transporte de íons de vinhaça através de vertente da formação Rio Claro

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