Comparação de modelos computacionais para fluxo e transporte de poluentes em água subterrânea

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo da utilização de técnicas numéricas mais recentes e precisas associadas à modelagem do fluxo e transporte de poluentes em águas subterrâneas. A intenção principal é citar a técnica meshless e o modelo SUTRA como alternativas para a implementação dos problemas, bem como observar seus comportamentos em comparação aos métodos numéricos classicamente utilizados, tais como o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método das Diferenças Finitas (MDF). Foram desenvolvidos alguns algoritmos em linguagem MatLab utilizando os chamados métodos sem malha de discretização, para o cálculo das cargas hidráulicas e do fluxo. Os métodos meshless utilizados são Métodos de Colocação utilizando Funções de Base Radial (FBR). No trabalho são apontados alguns exemplos de situações envolvendo o fluxo e o transporte de solutos em água subterrânea, os quais foram calculados utilizando-se a técnica proposta, meshless, e o modelo SUTRA, respectivamente. As soluções obtidas a partir da Função de Base Radial Multiquádrica (FBR-MQ) são mais precisas, quando comparadas aos resultados em MEF e MDF, e ainda, os resultados convergem rapidamente apenas com uma simples mudança do parâmetro de forma c. Observou-se ainda a redução dos tempos de processamento, chegando a solução FBR-MQ a se apresentar em duas ordens de grandeza mais rápida, em termos de tempo de CPU. No exemplo referente ao problema de contorno inverso é constatado que o resultado pode ser obtido com FBR-MQ em apenas um simples passo, ao contrário dos métodos clássicos, que requerem muitas iterações para alcançar o resultado final. Nos exemplos de transporte são comparados os erros percentuais de balanço de massa entre os resultados obtidos no SUTRA e os resultados apresentados nos benchmarks, onde se percebe a excelente aplicabilidade e simplicidade de implementação no SUTRA, no processo de dispersão dependente da direção de fluxo em um meio anisotrópico. Não obstante sua aparição recente, as técnicas numéricas meshless visando a resolução de equações diferenciais parciais já são bastante utilizadas nas mais diversas áreas da engenharia, no entanto, aplicações dessa natureza em fluxo de águas subterrâneas ainda são incipientes em todo o mundo. O SUTRA é um programa de computador ainda recente, o qual apresentou resultados bastante satisfatórios com relação ao transporte de substâncias dissolvidas em um ambiente subsuperficial. Diante do exposto, o presente trabalho se apresenta como uma contribuição para o aprimoramento do cálculo das cargas hidráulicas e das concentrações de solutos, caracterizando-se como uma ferramenta alternativa de dimensionamento do bombeamento em aqüíferos