Une vraie question de société

Baseado em estudos realizados por Hans Jurgen Eling em vários aterros sanitários, onde foi verificada relação entre precipitação pluviométrica e o escoamento de líquidos lixiviados, foi estabelecida, na Suíça, uma sistemática empírica para determinação da vazão de percolado, denominada Método Suíço (Barros, 2004).

Este é um método de formulação semelhante ao Método Racional. Entretanto, não considera os efeitos da evaporação potencial. Segundo Capelo Neto et al. (1999), é um método bem simples, mas deixa a desejar no que diz respeito à precisão.

Neste método, segundo Barros (2004), estima-se que uma porcentagem da precipitação infiltra nos resíduos, atinge a camada de impermeabilização de base e, conseqüentemente, deve ser drenada. Esta porcentagem é, normalmente, estipulada em função do peso específico dos resíduos dispostos no aterro e da experiência do projetista. O método suíço considera como elementos principais a precipitação pluviométrica sobre a cobertura e o peso específico inicial dos resíduos. O cálculo da vazão média pode ser expresso pela Equação 3.2

T K A P Q= ⋅ ⋅ (Eq. 3.2)

Em que: Q = Vazão média de lixiviado (l/s); P = Precipitação média anual (mm); A = Área total do aterro (hectares); t = Tempo (segundos/ano); K = Coeficiente que dependente do peso específico inicial dos RSU (Tabela 3.9).

Tabela 3.9 - Valores de K para aplicação no Método Suíço.

Resíduos Peso Específico do Lixo (kN/m³) K

Fracamente compactados 4 a 7 0,25 a 0,50

Fortemente compactados Acima de 7 0,15 a 0,25

42 3.4.3 HELP

O modelo HELP (Hydrology Evaluation Leachate Performance), descrito por Schroeder et al. (1994a, b), pode ser considerado um dos principais modelos para estimar a geração de líquidos lixiviados em aterros sanitários e exije um volume significativo de informações. O modelo tenta responder pela complexidade do sistema, incorporando mais aspectos que a maioria dos modelos de balanço hídrico existentes (Guyonnet et al., 1998).

O HELP é um modelo hidrológico quase-bidimensional, desenvolvido pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (United States Enviromental Protection Agency – USEPA), que executa simulações do movimento de água através de aterros sanitários. O objetivo principal do modelo é auxiliar na análise e na comparação de alternativas de projetos, tendo como base o balanço hídrico.

O HELP emprega um esquema simplificado para modelar o fluxo de água através das camadas de solo e a remoção de água por meio de evapotranspiração e contém um banco de dados descrevendo condições meteorológicas, vegetação e propriedades saturadas e não saturadas dos solos (Khire et al., 1997).

Uma desvantagem do modelo HELP está no fato de que o mesmo não considera o histórico de preenchimento dos aterros sanitários e sim como se o mesmo fosse uma única célula construída ao mesmo tempo (Guyonnet et al., 1998). Também o que muitas vezes dificulta a sua utilização, é a indisponibilidade de informações, principalmente os dados climatológicos da área de estudo e propriedades hidráulicas dos solos e resíduos.

3.4.4 MODUELO

O modelo MODUELO, descrito em Cortazar et al. (2002), foi desenvolvido pelo Grupo de Engenharia Ambiental da Universidade de Cantábria, Espanha.

O MODUELO é um modelo baseado em uma discretização tri-dimensional do aterro sanitário. É um modelo que simula a geração de líquidos em aterros sanitários, o qual foi criado para avaliar os efeitos ambientais de um aterro. O modelo utiliza informações climatológicas, dados da evolução da geração de resíduos e a definição geométrica do aterro sanitário, para calcular os líquidos produzidos ao longo de um determinado período como também a sua contaminação orgânica e o gás gerado no processo de biodegradação. O modelo possibilita a incorporação do histórico de enchimento do aterro e incorpora um modulo

independente para simular diferentes cenários, os quais permitem o estudo da performance do aterro e suas características sob diferentes hipóteses. O modelo foi concebido focando particularmente aterros operados pelo método da depressão ou em vale (Cortazar et al., 2002). O modelo se baseia em três etapas principais para simular a geração de líquidos:

Modulo I = Concepção e operação do aterro (geração de resíduos, configuração do aterro,

sistemas de drenagem e dados climatológicos);

Modulo II = Hidrologia (balanço de água geral, fluxos horizontais e verticais, modelos de

transporte, submodelo de fluxo de drenagem)

Modulo III = Contaminação.

Na Figura 3.14 é representado, resumidamente, o processo de cálculo empregado pelo MODUELO.

Figura 3.14 - Processo geral de cálculo do MODUELO (Cortazar et al., 2002).

Diferentemente dos demais modelos citados anteriormente, o MODUELO considera a influência do histórico de preenchimento e características do aterro na simulação da geração de líquidos lixiviados. O modelo faz distinção de dois tipos de superfície: (1) o que é utilizado para definir o terreno, detalhado de acordo com as informações disponíveis, (2) e a superfície de cálculo, determinado pelo modelo, o qual pode ser realizada de maneira simplificada, para

44 reduzir tempo de simulação. São distinguidos: a topografia do terreno, as células diárias de resíduos, a cobertura e o sistema de drenagem.

3.4.5 SWB

O Modelo SWB (Serial Water Balance), descrito em Velásquez et al. (2003), foi desenvolvido pelo Departamento de Engenharia Ambiental do Instituto de Engenharia da UNAM (National Autonomous University of Mexico).

Este modelo faz algumas suposições relativas a dados operacionais de aterros sanitários e o comportamento dos líquidos lixiviados dentro destes. Para fazer com que o método seja utilizado em qualquer aterro sanitário, o Modelo SWB considera uma configuração padrão de aterros sanitários. O confinamento diário das células é realizado em camadas, sendo cada célula construída sobre outras duas da camada inferior (Figura 3.15). Desta forma, os líquidos produzidos na célula superior fluem verticalmente e proporcionalmente à área das duas células abaixo.

Posteriormente, o SWB assume que os líquidos fluem verticalmente, de acordo com a Lei de Darcy para fluxo em zonas não saturadas. O fluxo horizontal de líquidos não é considerado neste método. Precipitação Evapotranspiração Liquidos Lixiviados Células Terreno Natural Material de Cobertura Ru no_ff Run off

Figura 3.15 - Macro-células mostrando o funcionamento do Modelo SWB

A evapotranspiração de uma célula encerrada (coberta com solo) só é considerada em dias chuvosos e durante um dia após cada dia chuvoso, até que a água disponível seja exaurida. Este processo ocorre em cada célula, até que haja sobreposição de novas células. O número médio de dias em que é observada precipitação em cada mês é calculado assumindo que a precipitação somente ocorreu em dias alternados.

Outra suposição feita pelo SWB é que a evapotranspiração termina quando a água ultrapassa uma profundidade de mais que 30 cm. Esta suposição é considerada válida tanto para as células que já estão encerradas (cobertas com solo) quanto para aquelas que ainda estão em construção, porque ainda não havia nenhuma informação disponível relativo a essas células no processo de construção.

3.4.6 MOBYDEC

O Modelo MOBYDEC (Global Model for Landfill Hydrologic Balance), descrito por Guyonnet & Bourin (1994), é baseado em uma aproximação do modelo clássico de balanço hídrico proposto por Thornthwaite & Mather (1955). O balanço considera a precipitação diária e a evapotranspiração potencial (PET), e propõe que a evapotranspiração real (AET) seja igual à PET (corrigida por um coeficiente para levar em consideração o tipo de vegetação de cobertura) caso não haja precipitação suficiente para calcular a PET corrigida. Se a precipitação não for suficiente, então a água é retirada da umidade disponível na cobertura. Se ainda não houver água suficiente para considerar para calcular o PET corrigido, então a umidade disponível da cobertura é utilizada e AET é menor que a evapotranspiração corrigida (então AET é igual à precipitação mais a água que estava disponível na cobertura). Neste caso não ocorre infiltração para dentro da massa de resíduos.

Se a precipitação exceder PET corrigido, então AET iguala ao PET corrigido e o excesso de água é armazenado em forma de umidade disponível da cobertura. Se a umidade máxima disponível na cobertura for excedida, então um coeficiente de escoamento superficial é aplicado, e o restante se transforma em infiltração na massa de resíduos. A condutividade hidráulica do material de cobertura é considerada um fator limitante e define a quantidade máxima permissível de infiltração (assumindo uma drenagem por gravidade).

Entretanto, a aplicação desse método em regiões de clima árido e semi-árido é considerada limitada (Parsons, 1995 apud Guyonnet & Bourin, 1994). Porém, deveria também ser considerado que uma das principais causas de discrepância entre recarga prevista com o método de balanço hídrico, e que de fato é observado em condições semi-áridas, é o espaço de tempo usado nos cálculos do balanço. Se o espaço de tempo é muito grande (por exemplo, um ano) então as estimativas de recarga podem ser totalmente sem sentido, porque a evapotranspiração média anual pode exceder a precipitação anual. Ainda, na maioria das regiões áridas e semi-áridas alguma recarga ainda ocorre. Isto porque a precipitação acontece

46 em períodos curtos de tempo. Se o balanço fosse executado em uma escala de tempo menor, a precipitação excederia a evapotranspiração em certos períodos (Guyonnet & Bourin, 1994).

3.4.7 UNSAT-H

O Modelo UNSAT-H (Unsaturated Soil Water and Heat Flow Model), descrito por Fayer (2000), foi desenvolvido pelo Pacific Northwest Laboratory - Department of Energy (DOE) e é um programa computacional unidimensional, o qual pode simular o balanço hídrico de coberturas em aterros sanitários como também o fluxo de vapor e calor no solo. Simula o fluxo de água através do solo utilizando a equação diferencial parcial de Richards e o fluxo de calor pela equação de condução de calor de Fourier.

O componente do fluxo de vapor no UNSAT-H é calculado pela equação de condução de vapor de Fourier, a qual não é usada para análise de cobertura de aterros.

A Figura 3.15 mostra o esquema de seção transversal de uma cobertura ilustrando a metodologia pela qual o UNSAT-H calcula o balanço hídrico. A superfície de escoamento é determinada como a diferença entre precipitação e infiltração, onde essa baseia-se na condutividade hidráulica saturada e não saturada dos solos constituintes do sistema de cobertura. O escoamento superficial ocorre quando a água aplicada na superfície do solo excede à capacidade de infiltração do perfil do solo durante ou após a chuva. A determinação da superfície de escoamento no UNSAT-H é baseada diretamente nas propriedades físicas do perfil do solo.

O movimento ascendente de água infiltrada é devido à evaporação e o movimento descendente é conseqüência da gravidade e do potencial mátrico (ou “capilar” que é a energia com que a água capilar é retida por forças superficiais, ou medida de estado de energia da água no solo em relação ao estado da água livre e pura). Quando o limite superior é selecionado como um limite de fluxo, a infiltração e a evaporação são fluxos especificados. A água removida por transpiração da planta é tratada como um termo da equação de Richards, a qual relaciona o teor de umidade com o potencial total e a condutividade hidráulica do solo. A evapotranspiração potencial (limite superior atual de evapotranspiração) é calculada em função da umidade relativa diária, da radiação solar, da velocidade do vento, da temperatura mínima e máxima diária do ar usando a equação modificada de Penmam. O armazenamento de água no solo é calculado pela integração da umidade do perfil. O tipo de fluxo no limite

inferior é a percolação. O UNSAT-H, sendo um modelo uni-dimensional (Figura 3.16), não calcula a drenagem lateral (Sobrinho, 2000).

Figura 3.16 - Seção transversal utilizada no Modelo UNSAT-H (Sobrinho, 2000)