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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO ESTUDOS HIDROQUÍMICOS EM AQUÍFERO CÁRSTICO DA REGIÃO DE VAZANTE, MINAS GERAIS Antonio Carlos Pedrosa Júnior MONOGRAFIA no 264 Ouro Preto, fevereiro de 2018 i ESTUDOS HIDROQUÍMICOS EM AQUÍFERO CÁRSTICO DA REGIÃO DE VAZANTE, MINAS GERAIS ii iii FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Reitora Prof.ª Dr.ª Cláudia Aparecida Marliére de Lima Vice-Reitor Prof. Dr.Hermínio Arias Nalini Júnior Pró-Reitora de Graduação Prof.ª Dr.ª Tânia Rossi Garbin ESCOLA DE MINAS Diretor Prof. Dr. IssamuEndo Vice-Diretor Prof. Dr. Hernani Mota de Lima DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA Chefe Prof. Dr. Luís Antônio Rosa Seixas iv v MONOGRAFIA Nº 264 ESTUDOS HIDROQUÍMICOS EM AQUÍFERO CÁRSTICO DA REGIÃO DE VAZANTE, MINAS GERAIS Antonio Carlos Pedrosa Júnior Orientadora Prof. M.Sc. Paulo Cyro Baptista Scudino Co-Orientador Prof. Dr. Paulo Henrique Ferreira Galvão Monografia do Trabalho de Conclusão de curso apresentado ao Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para avaliação da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso – TCC 402, ano 2017/2. OURO PRETO 2018 vi Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/ Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita 35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 Direitos de tradução e reprodução reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral. Revisão geral: Antonio Carlos Pedrosa Júnior Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto http://www.sisbin.ufop.br vii viii ix Agradecimentos Agradeço em primeiro lugar a Deus, pois sem ele nada seria possível. À minha mãe Efigênia e meu pai Antonio, por todo o carinho, amor, confiança, e apoio que sempre me deram, e por terem abdicado de seus sonhos para tornar o meu sonho em realidade. Á minha família por todo o apoio e incentivo nos momentos difíceis, sem vocês tudo seria muito mais difícil. À Cassinha e Paulinho, que na hora mais complicada, foram um grande apoio e incentivo. Aos amigos de Cachoeira, que sempre foram um apoio muito importante nesta caminhada. Aos amigos de Ouro Preto, em especial Murilo, Rodrigo, Vitor, Fael, Deílson, Rubens, Gabriel, Suzan, Aline, e à toda geologia 13.1 por tornaram esse período da graduação o melhor período da minha vida. Aos professores, por todos os ensinamentos que me passaram, mostrando como a geologia é importante e essencial para o desenvolvimento do planeta. Em especial ao professor Paulo Cyro B. Scudino pela orientação, ensinamentos e conselhos que levarei para o resto da vida. A CSN Mineração, pela oportunidade de viver no ambiente de uma mineração e me mostrar o quanto complexo e importante é a geologia para a indústria mineral, em especial ao setor de hidrogeologia pelos ensinamentos e cobrança que fizeram me desenvolver muito tanto no âmbito pessoal como profissional. À Universidade Federal de Ouro Preto, à Escola de Minas e principalmente o Departamento de Geologia, por terem me proporcionado um ensino com profissionais do mais alto padrão, além de uma estrutura que permitiu com que tivesse um ensino superior de qualidade. x xi SUMÁRIO AGRADECIMENTOS .............................................................................................................................viii SUMÁRIO .................................................................................................................................................. x LISTA DEFIGURAS ................................................................................................................................ xii LISTA DE TABELAS .............................................................................................................................. xiv RESUMO .................................................................................................................................................. xix ABSTRACT ............................................................................................................................................ xvii 1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................... 1 1.1 APRESENTAÇÃO .............................................................................................................. 1 1.2 LOCALIZAÇÃO ................................................................................................................. 1 1.3 OBJETIVOS ........................................................................................................................ 3 1.4 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................ 4 1.5 HISTÓRICO DO EMPREENDIMENTO ............................................................................. 4 1.6 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................. 5 1.6.1 Revisão bibliográfica ................................................................................................. 5 1.6.1.1 Seleção dos pontos ..................................................................................... 6 1.6.1.2 Amostragem ............................................................................................. 12 1.6.1.3 Análises laboratoriais ................................................................................ 13 1.6.1.4 Controle de qualidade dos resultados analíticos ........................................ 14 1.6.1.5 Tratamento dos dados hidroquímicos convencionais ................................. 16 1.6.1.6 Tratamento dos dados dos isótopos estáveis Deutério (2H) e Oxigênio-18 (18O)............................ ............................................................................................. 23 1.6.1.7 Tratamento dos dados do isótopo radioativo Trítio (3H) ............................ 26 1.6.2 Controle de qualidade ...............................................................................................38 1.6.3 Interpretação dos dados hidroquímicos convencionais ..............................................38 1.6.4 Interpretação dos dados dos isótopos estáveis de Deutério (2H) e Oxigênio-18 (O18)................. .................................................................................................................39 1.6.5 Interpretação dos dados do isótopo radioativo de Trítio (3H) ................................39 1.6.6 Integração hidroquímica-geológica ......................................................................39 2 CONTEXTO GEOLÓGICO ..................................................................................................41 2.1 FAIXA BRASÍLIA .............................................................................................................412.2 GRUPO VAZANTE ...........................................................................................................43 2.3 GEOLOGIA LOCAL ..........................................................................................................46 3 ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS DADOS FISICO-QUIMICOS .................................53 xii 3.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 53 3.2 CONTROLE DE QUALIDADE ........................................................................................ 53 3.3 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DAS ÁGUAS E SEUS ÍNDICES HIDROQUÍMICOS . 57 3.4 AMBIENTE HIDROQUÍMICO DE POTENCIAL REDOX (Eh) ASSOCIADO AO POTENCIAL HIDROGENIÔNICO (pH) ................................................................................. 72 3.5 HIDROQUÍMICA DOS ISÓTOPOS ESTÁVEIS DEUTÉRIO E OXIGÊNIO-18 .............. 77 3.6 HIDROQUÍMICA DO ISÓTOPO RADIOATIVO DE TRÍTIO ......................................... 83 3.7 ANÁLISE DE AGRUPAMENTO...................................................................................... 89 4 MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEITUAL ............................................................... 93 5 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 101 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 105 xiii INDÍCE DE FIGURAS Figura 1.1 - Localização da área de estudo com seus respectivos posicionamentos nas folhas topográficas do IBGE e no mapa político do estado de Minas Gerais. ................ 2 Figura 1.2 - Acesso ao Complexo Mineral da Votorantim Metais, a partir de Ouro Preto, MG. ................................................................................................................... 3 Figura 1.3 - Localização e característica dos pontos da primeira campanha. .......................... 7 Figura 1.4 - Localização e característica dos pontos da primeira campanha. .......................... 8 Figura 1.5 - Análise de erro de análises químicas - Balanço Iônico (Anderson 1966, modificado in: Custódio & Llamas 1976). ....................................................... 16 Figura 1.6 - Diagrama de Stiff (Mestrinho 1999). ................................................................ 17 Figura 1.7-Diagrama de Piper (Custódio & Llamas 1976). .................................................. 18 Figura 1.8 -Diagrama de Schöeller-Berkaloff (Software Qualigraf 2017). ........................... 19 Figura 1.9 -Diagrama Eh-pH adaptado de Scudino & Martins (1985). ................................. 21 Figura 1.10 -Relação entre Representação esquemática das variações na composição isotópica das águas subterrâneas, segundo o diagrama d versus 18 (adaptado de Gat 1971, in: Scudino 1992). ....................................................................... 25 Figura 1.11 - Distribuição de 18O e 2H das águas subterrâneas associadas com os diferentes processos de mineralização. (adaptado de Gat 1971, in: Scudino 1992). .......... 26 Figura 1.12 - Relação entre a concentração de Trítio e o tempo de trânsito obtido com o modelo exponencial para a região de Vazante-MG. ......................................... 38 Figura 2.1 - Mapa: Mapa geológico simplificado das unidades paleo-meso-neoproterozóicas da Faixa Brasília (modificado de Dardenne 2000, in:IPT 2004) ....................... 41 Figura 2.2 – Coluna estratigráfica do Grupo Vazante (Dardenne 2000) ............................... 45 Figura 2.3 – Mapa Geológico modificado de IPT (2004). .................................................... 51 Figura 3.1 - Diagrama de Piper com os dados da campanha 1, demonstrando predomínio das águas no campo das águas bicarbonatadas cálcicas ou magnesianas. .......... 57 xiv Figura 3.2 - Diagrama de Piper com os dados da campanha 2, demonstrando predomínio das águas no campo das águas bicarbonatadas cálcicas ou magnesianas. .......... 58 Figura 3.3 - Grupo I campanha 1, caracterizados por baixas concentrações de (SO4 2-) e (Na+ + K+) > Cl- > SO4 2. ................................................................................... 60 Figura 3.4 - Grupo II campanha 1, caracterizado por baixas concentrações de (SO4 2-) e Cl- > (Na+ + K). ................................................................................................ 61 Figura 3.5 -Grupo III campanha 1, caracterizado por concentrações baixas de Cl-. .............. 61 Figura 3.6 -Grupo IV campanha 1, compostos com águas com baixas concentrações de (Na+ + K+). ...................................................................................................... 62 Figura 3.7-Grupo I campanha 2, caracterizado por concentrações relativamente baixas de SO4 2-. ............................................................................................................... 62 Figura 3.8-Grupo II campanha 2, caracterizado por concentrações baixas de Cl-. ................ 63 Figura 3.9 – Correlação entre a condutividade elétrica e as concentrações dos cátions (Ca2+ + Mg2+), na primeira campanha. ............................................................. 64 Figura 3.10 – Correlação entre a condutividade elétrica e a concentração do ânion (HCO3 -), na primeira campanha. ..................................................................................... 65 Figura 3.11 - Correlação entre a condutividade elétrica e as concentrações dos cátions (Ca2+ + Mg2+), na segunda campanha............................................................... 65 Figura 3.12 - Correlação entre a condutividade elétrica e a concentração do ânion (HCO3 -), na segunda campanha. ..................................................................................... 66 Figura 3.13-Diagrama Eh – pH das águas e respectivos domínios de ambiente REDOX, campanha 1. .................................................................................................... 75 Figura 3.14 -Diagrama Eh – pH das águas e respectivos domínios de ambiente REDOX, campanha 2. .................................................................................................... 76 Figura 3.15 - Pontos amostraisda campanhas 1, com respectivas características e valores de Excesso de Deutério (ΔD). ............................................................................... 78 Figura 3.16 - Pontos amostraisda campanhas 2, com respectivas características e valores de Excesso de Deutério (ΔD). ............................................................................... 79 xv Figura 3.17 -Distribuição de Deutério e Oxigênio-18 das águas subterrâneas e superficiais, campanha 1. .................................................................................................... 80 Figura 3.18 -Distribuição de Deutério e Oxigênio-18 das águas subterrâneas e superficiais, campanha 2. .................................................................................................... 81 Figura 3.19-Mapa com a localização dos pontos amostrais, com seus respectivos tempos de trânsito (Campanha 1). .................................................................................... 85 Figura 3.20 -Mapa com a localização dos pontos amostrais, com seus respectivos tempos de trânsito (Campanha 2). .................................................................................... 88 Figura 3.21 -Analise de agrupamento dos dados da campanha 2. ......................................... 90 Figura 3.22 - Mapa com a Localização dos pontos amostrais e dos respectivos grupos (definida técnica de cluster analysis). ............................................................... 92 Figura 4.1 - Mapa geológico, coma localização dos pontos amostrais, com seus tempos de trânsito e as indicações do sentido de fluxo subterrâneo da zona rasa no ano hidrológico de 2004/2005 (modificado de IPT 2004). ..................................... 97 Figura 4.2 - Mapa geológico, com a localização dos pontos amostrais, com seus tempos de trânsito e as indicações do sentido de fluxo subterrâneo profundo no ano hidrológico de 2004/2005 (modificado de IPT 2004). ...................................... 98 Figura 4.3 - O perfil A-A’ com a dinâmica de circulação do sistema aquífero cárstico, em uma zona bem marcada por ruptura, que promove condições e facilidades de intercomunicação das águas subterrâneas percolantes entre os domínios da lapa superior e inferior durante o ano hidrogeológico 2004/2005............................. 99 xvi INDÍCE DE TABELAS Tabela 1.1 - Métodos e limites de detecção por parâmetro de análise: ...................................... 14 Tabela 1.2- Concentrações de Trítio (valores em UT - Unidade de Trítio) nas precipitações médias mensais de algumas estações monitoradas pela IAAE no Brasil e da estação de Kaitoke, Nova Zelândia..................................................................... 29 Tabela 1.3 - Fatores médios de correlação do conteúdo de Trítio nas águas de chuva entre a estação de Brasília, e as demais estações aqui consideradas: .............................. 30 Tabela 1.4 - Determinação das concentrações médias de Trítio na estação de Brasília, conteúdo em Trítio das águas de chuva (valores dados em UT-Unidade de Trítio) ............ 32 Tabela 1.5- Estimativa das concentrações médias de Trítio, das águas meteóricas, Região de Vazante: ............................................................................................................. 33 Tabela 1.6 - Concentrações médias de trítio para as precipitações da zona do estudo corrigidas por desintegração e referidas ao período compreendido entre o ano indicado e o ano de 2004: ...................................................................................................... 35 Tabela 3.1-Informações sobre os pontos amostrais da campanha 1. .......................................... 54 Tabela 3.2 - Informações sobre os pontos amostrais da campanha 2 ......................................... 55 Tabela 3.3 - Agrupamento segundo Diagrama de Schoeller-Berkaloff da campanha 1 ............. 59 Tabela 3.4- Índices hidroquímicos, campanha 1. ...................................................................... 69 Tabela 3.5 -Índices hidroquímicos, campanha2 ........................................................................ 70 Tabela 3.6 - Análise de agrupamento campanha 2. ................................................................... 91 xvii ÍNDICE DE QUADROS Quadro 1.1 - Valores do somatório das concentrações dos ânions ou cátion e respectivos erros permitidos: ........................................................................... ....................15 Quadro 1.2 - Valores de condutividade elétrica e respectivos erros permitidos: .....................15 xviii xix Resumo Como objetivo de adquirir conhecimentos teóricos e treinamento acadêmico-profissional em técnicas de hidroquímica convencional e isotópica, aplicadas a avaliações hidrogeológicas, teve-se por enfoque definir a dinâmica de circulação das águas subterrâneas em uma área de empreendimento de mineração e circunjacências, sob domínio de um sistema aquífero cárstico, tendo em vista avaliar possíveis impactos ambientais decorrentes do rebaixamento do lençol. A necessidade operacional da lavra subterrânea mediante rebaixamento do lençol e consequente expansão de um cone de rebaixamento, ensejou considerar possíveis impactos quanto ao esgotamento de um rio perene adjacente, a leste, e quanto a efeitos geotécnicos de subsidência, em área urbana das proximidades, a sul-sudoeste. O tratamento e interpretação dos dados geológicos e hidroquímicos, levou à concepção de um modelo hidrogeológico conceitual para esta área mínero-industrial e seu entorno. No estágio das operações de lavra, quando até então efetuados estudos e investigações relativas ao ano hidrológico de 2004-2005, teve-se como resultado, um melhor conhecimento sobre as rotas preferenciais de fluxo e as condições de expansão do cone de rebaixamento. A avaliação destes resultados, levou à conclusão da inexistência de impactos geotécnicos sobre as áreas urbana e peri- urbana, bem como da manutenção do fluxo natural na condição rio-aquífero “efluente”. Palavras chave: hidrogeologia, hidroquímica convencional, hidroquímica isotópica, aquífero cárstico de Vazante. xx CAPITULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 APRESENTAÇÃO Duas commodities essenciais, dentre outras para o benefício da humanidade, compreende-se produtos minerais como matéria prima, e principalmente a água, para o abastecimento humano, bem como insumo para a produção industrial, agrícola e pecuária. Neste trabalho, pretende-se abordar um estudo de caso no qual integram-se esses dois bens primários, em um empreendimento de mineração de Zinco que dá suprimento de 95% da demanda nacional, cuja explotação em mina subterrânea, envolve a necessidade operacional de lavra mediante o rebaixamento do nível de água subterrânea. Serão enfocadas questões de cunho hidrogeológico-ambiental e respostas conclusivas sobre o funcionamento hidrodinâmico do sistema aquífero cárstico da região de Vazante-MG, no período do ano hidrogeológico 2004/2005. Caracterizada pela ocorrência regional de uma megalente de rochas carbonáticas com trend NE, constituída por meta-dolomitos da Formação Vazante, sob contato litológico de topo com filitos desta mesma formação e sob contato tectônico com filitos da Formação Garrote, basal, em zona de falha, e com ocorrência de mineralização de Zinco. No âmbito do vale do rio Santa Catarina, este substrato, localmente aflorante, encontra-se subjacente a coberturas coluviais, e depósitos aluviais dispostos sobre a zona intemperizada do epicarste. A jazida de Zinco é explorada em ambiente subterrâneo, sob condições de aquífero livre, cuja drenagem e rebaixamento do lençol se faz necessária, pelo sistema de lavra de “cut and fill”. Neste contexto, pretendeu-se investigar de que modo este sistema aquífero esteja sendo influenciado pelo rebaixamento do nível d’água subterrâneo, além de enfocar outras questões de interesse quanto ao comportamento do rio Santa Catarina – manancial cuja descarga natural possa estar impactada, a fluxo de jusante do empreendimento minerário, em decorrência de um bombeamento até então realizado ao longo do período de 1991 – 2003 a uma taxa média de 3.500 – 4.000 m3/h e no período 2004-2005, a uma taxa média da ordem de 5.000m3/h. 1.2 LOCALIZAÇÃO A área de estudo está localizada na porção noroeste do Estado de Minas Gerais, próxima à cidade de Vazante, mais precisamente na área da Votorantim Metais (antiga CMM- Companhia Mineira de Metais) como mostrado na Figura 1.1. Esta área abrange duas folhas topográficas, na Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 2 escala 1:100.000, elaboradas pelo IBGE: Arrenegado (SE-23-V-C-VI) e Lagamar (SE-23-Y-A-III), limitando-se pelos meridianos (46°48’ e 46°57’ W) e paralelos (17°55’ e 18°01’ S). Figura 1.1 - Localização da área de estudo com seus respectivos posicionamentos nas folhas topográficas do IBGE e no mapa político do estado de Minas Gerais. O acesso rodoviário (Figura 1.2) à área de estudo, partindo-se de Ouro Preto, pode ser efetuado por rodovias federais e estaduais. Uma das alternativas érealizada através da BR-356, em trecho de aproximadamente 60 km, até o trevo com a BR-040, toma-se esta rodovia em sentido Belo Horizonte e prossegue-se no sentido Brasília por aproximadamente 470 km até o trevo com a LMG- 706, percorrendo aproximadamente 70 km até as instalações do complexo mineral da Votorantim Metais (antiga CMM- Companhia Mineira de Metais). O acesso às instalações do complexo mineral é próximo à cabeceira da pista de pouso, a cerca de 6 km da cidade de Vazante. Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 3 Figura 1.2 - Acesso ao Complexo Mineral da Votorantim Metais, a partir de Ouro Preto, MG. (Fonte: Google Earth-acesso em: 10/11/2017) 1.3 OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivo a aquisição de conhecimentos teóricos e emprego de técnicas de hidrogeoquímica convencional e isotópica, aplicadas a avaliações hidrogeológicas, como treinamento acadêmico-profissional, no âmbito do curso de Graduação em Engenharia Geológica. Com o objetivo especifico, definir a dinâmica de circulação das águas subterrâneas, em área de mineração subterrânea de Zinco, sob domínio de sistemas aquíferos cársticos compartimentados. A aquisição, tratamento e interpretação de dados geológicos e hidroquímicos, tem por enfoque subsidiar informações para a concepção do modelo hidrogeológico conceitual da área do empreendimento mínero-industrial e seu entorno. Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 4 1.4 JUSTIFICATIVA A água, um bem natural indispensável para a humanidade, ganha maior significância a cada dia, e tem na sua conservação ambiental quantitativa e qualitativa, enfoque e cuidado especial em decorrência das atividades antrópicas de exploração mineraria, compromisso ambiental cada vez mais exigido e legalmente normatizado pelos órgãos oficiais de gestão hídrica. As atividades minerárias, se não forem tecnicamente bem planejadas e desenvolvidas, podem comprometer a vazão dos mananciais de superfície (córregos, rios), como também, em função das características mineralógicas do bem mineral explotado, estas atividades podem levar ainda à contaminação do lençol freático, dos corpos hídricos como fontes potenciais de abastecimento. No caso do empreendimento minerário em apreço, aqui enfocado, além da necessidade de rebaixamento do nível da água subterrânea para que se viabilize a lavrado bem mineral em questão, pode causar impactos geotécnicos ou secar as nascentes e rios da região, fazendo com que a população próxima ao empreendimento seja prejudicada. Do exposto, o presente trabalho se justifica pela oportunidade de abordagem, entendimento e identificação de problemas hidrogeológicos-ambientais recorrentes em empreendimentos minerários, sob condição de fluxo induzido por bombeamento, diante da execução de um Projeto de Desaguamento de Mina em que se faz necessário o rebaixamento do nível d’água subterrânea onde a lavra é realizada abaixo do nível saturação. A investigação em pauta tem por enfoque consolidar e obter subsídios técnicos para o licenciamento ambiental do empreendimento, no âmbito do Processo de Outorga de Rebaixamento do nível da água subterrânea da Mina de Vazante, uma das minas subterrâneas mais bem equipadas do Brasil, operadas pelo Grupo Votorantim em Vazante-MG, em função da magnitude do raio de influência em sua área de entorno, com possíveis impactos geotécnicos na área urbana de Vazante bem com impactos sobre a vazão natural do rio Santa Catarina, tributário do rio Paracatu. 1.5 HISTÓRICO DO EMPREENDIMENTO O minério de Zinco, em especial o mineral willemita, predominantemente, foi descoberto em 1951 no Morro da Lumiadeira, a partir de 1956 até 1999 foram conduzidos estudos geológicos básicos, de viabilidade econômica do jazimento, licenciamento de lavra e implantação da infra- estrutura operacional de explotação de minério de zinco através de cava a céu aberto, registrando-se o começo das operações 1969, a mineração a céu aberto foi desenvolvida ao longo do período de 1969 a 1993, sendo que de 1983 a 1993 a mineração a céu aberto foi desenvolvida em concomitante a mineração subterrânea. Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 5 Em 1983 é iniciada a mineração subterrânea com a construção da primeira rampa de acesso, em 1989 (01/02/1989) é registrado o início do bombeamento de água da mina, para a drenagem de uma vazão afluente da ordem de 600m3/h. No período de 1990-1992 está taxa foi aumentando gradativamente até em Setembro de 1992 quando passou a ser operada a 3.000m3/h, em 1993 esse bombeamento passou a ser da ordem de 3.500m3/h, mantendo-se uma média de 3500-3700m3/h até o início de 1998, quando passou para a ordem de 4.000-4.500 m3/h. Em julho de 1998 foi estabelecida a necessidade de lavrar o nível 500m, quando a taxa de bombeamento passou para 5.000-5.500m3/h, com incremento gradual para 5.600-5.850m3/h até março de 1999. Neste mesmo ano foi iniciada a construção de uma galeria de drenagem no “filito preto” (impermeável para efeitos práticos), com o intuito de, a partir dela, construir furos verticais para drenar águas dos estratos das cotas superiores. Com o avanço da galeria em abril de 1999, quando a mesma se aproximou da bocaina (fratura transversal NW, aberta com dissolução cárstica) que separa o Morro da Usina do Morro da Lumiadeira, após uma detonação verificou-se uma afluência de água na galeria com fluxo da ordem de 200m3/h, o qual foi aumentando em vazão e turbidez, chegando a 5.000m3/h, configurando um grande risco de inundação da mina. Então em virtude do problema, conseguiu-se manter, extraordinariamente, uma taxa de bombeamento médio diário de 7.000- 7.500m3/h entre os meses de abril e agosto. A solução deste problema levou à construção de um obturador (tímpano de concreto) para conter a entrada de água. Com esta solução, já em setembro de 1999 o bombeamento foi da ordem de 5.900m3/h, e após um pico de 6.437m3/h em janeiro de 2000, foi sendo reduzida gradualmente a vazão de drenagem, até chegar à vazão de 4.600-4.800m3/h até o ano de 2002/2003 (Scudino, 2003). Do exposto, desde 1991, ano em que a lavra subterrânea se procedeu mediante bombeamento mais expressivo, para o rebaixamento do lençol, até 2003, a taxa de bombeamento deu-se em média, entre 3.500m3/h e 4.000m3/h, e no período de 2004-2005, sob uma taxa média da ordem de 5.000m3/h. 1.6 MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho foi realizado conforme os itens descritos a seguir. 1.6.1 Revisão bibliográfica Focou-se principalmente em descrever métodos utilizados para aquisição dos dados, métodos de tratamento de dados hidroquímicos e isotópicos empregados para caracterização química das águas subterrâneas e superficiais e seus índices hidroquímicos, com ênfase na avaliação e interpretação do conteúdo dos isótopos estáveis Deutério e Oxigênio-18, bem como datações com base no isótopo radioativo Trítio, no controle de qualidade dos dados analíticos quantitativos, em domínio de aquíferos de comportamento fissural e cárstico-fissural. Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 6 Foi também realizada uma revisão bibliográfica sobre a geologia e a hidrogeologia regional e local da região de Vazante, com o objetivo de se ter uma boa descrição e interpretação da geologia local, para poder integrar com os dados das análises das águas. Esta revisão baseou-se principalmente no “Levantamento Geológico-Estrutural nos entornos da mina de zinco da Votorantim Metais – Unidade de Vazante, no município de Vazante, MG”, trabalho elaborado pelo IPT (2004), como subsídio para estudos hidrogeológicos. 1.6.1.1 Seleção dos pontos Segundo Scudino (2005; 2006) foram realizadas duas campanhas para amostragem na área de estudo, uma noperíodo úmido do ano de 2004 (setembro, outubro e novembro) e uma no período seco de 2005 (maio e junho), pelos profissionais da Votorantim Metais. A seleção dos pontos amostrais das duas campanhas de amostragem teve como base a integração das informações geológico-estruturais e litoestratigráficas, geomorfológicas e geofísicas, considerando-se as informações disponíveis sobre a operação de lavra, o monitoramento hidrogeológico e o modelo hidrogeológico conceitual usado pela empresa. A partir dessas informações, foram identificadas zonas de interesse, admitidas como rotas mais prováveis do fluxo subterrâneo, então foi realizada à seleção dos pontos amostrais. Os pontos amostrais da campanha 1, com sua característica e localização estão representados na Figura 1.3, nesta campanha foram selecionados pontos localizados nestas zonas de interesse, dentre os quais se encontram pontos da rede de monitoramento piezométrico (área de influência direta do empreendimento) e pontos correlacionados às condições de entorno da área minerada, estão incluídos às águas drenadas da lavra subterrânea, as águas superficiais de descarga no vale do rio Santa Catarina (nascentes, águas do próprio rio e de seu afluente o córrego Pamplona), além de poços da Copasa na periferia da cidade de Vazante (Scudino, 2005). Enquanto os pontos da segunda campanha, aqui representados na Figura 1.4, são na sua maioria pontos representativos amostrados na primeira campanha, com o acréscimo de pontos amostrais em áreas em algumas regiões especificas situadas a norte e sul da área do empreendimento (Scudino, 2006). Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 7 Figura 1.3 - Localização e característica dos pontos da primeira campanha. Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 8 Figura 1.4 - Localização e característica dos pontos da primeira campanha. São descriminados a seguir os pontos de coleta e o objetivo pelo qual esses pontos foram amostrados, nas campanhas 1 e 2, segundo Scudino (2005; 2006): Campanha 1: Verificação da influência do rio Santa Catarina na Lavra subterrânea: ─ EHIVZ-01- Captação rio Santa Catarina (NL-sup01), a jusante do empreendimento. Verificação da influência do bombeamento dos poços da Copasa: ─ EHIVZ-12- Piezômetro 145MA (dolomitos, calcários de capa e zona do epicarste); ─ EHIVZ-14- Água superficial (Córrego Pamplona), a montante do perímetro urbano; ─ EHIVZ-15- Poço Copasa 06; ─ EHIVZ-16- Poço Copasa 04; Verificação das relações de zonas aqüíferas de compartimentação (controle estrutural e fluxo induzido por bombeamento): Área da lavra subterrânea: ─ EHIVZ17- Raise 10850 (dolomitos, calcários de capa); ─ EHIVZ18- Travessa Lumiadeira (dolomitos, calcários de capa); ─ EHIVZ19- N484 (dolomitos, calcários de capa); ─ EHIVZ20- Cascata do Saliba (dolomitos, calcários de lapa superior); ─ EHIVZ21- Lumiadeira Sul (dolomitos, calcários de lapa superior); ─ EHIVZ22- N388 Perfil Poço (zona do corpo brechado, discordante, fraturado); ─ EHIVZ23- N388 Sucuri (zona do corpo brechado, discordante, fraturado); ─ EHIVZ24- Tímpano-N345m (zona cárstica fraturada, bocaina, transversal ao Filito Preto); ─ EHIVZ57- Decantador N.0 1(Nível 310m), reunião das águas drenadas do bombeamento da mina; Rota 1B- faixa NW da zona da lavra (CMM): ─ EHIVZ30 – Piezômetro 164 MA (dolomitos, calcários de capa e zona do epicarste); Rota Varginha- zona ao Sul da lavra/CMM; feição estrutural NW/SE: ─ EHIVZ34- Piezômetro 071(poço Fazenda Luciano) – dolomitos, calcários de capa; ─ EHIVZ37- Piezômetro 126 CA (dolomitos, calcários de capa); ─ EHIVZ40- Piezômetro 156 LS (dolomitos, calcários da lapa superior); ─ EHIVZ42- Piezômetro 142 LS (dolomitos, calcários da lapa superior); ─ EHIVZ53- Piezômetro 144 CA (dolomitos, calcários de capa); ─ EHIVZ55- Piezômetro 154 LI (dolomitos, calcários da lapa inferior); ─ EHIVZ56- Piezômetro 155 LI (dolomitos, calcários da lapa inferior); Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 10 Correlação com a água superficial- rio Santa Catarina e nascente: ─ EHIVZ43- Nascente VZ-sup17 (vale do rio Santa Catarina a montante do empreendimento); ─ EHIVZ44- Nascente no vale do rio Santa Catarina, próxima à nascente VZ-sup17; ─ EHIVZ45- Rio Santa Catarina sobre a estrutura NW/SE de fraturamento (montante do empreendimento) No período chuvoso (março de 2005), foram coletadas duas amostras de águas pluviais, (AC- 01 e AC-02) para análise dos isótopos estáveis (Deutério e Oxigênio-18), e do isótopo radioativo (Trítio). Campanha 2: Verificação da interconexão hidráulica (situação de rio efluente) do rio Santa Catarina com o aquífero cárstico drenado na zona circunscrita ao cone de depressão: ─ EHIVZ01- Captação rio Santa Catarina (NL-sup01), à jusante do empreendimento; ─ EHIVZ69- Piezômetro 115 LI; Verificação da influência da lavra subterrânea (bombeamento) sobre o nível d’água subterrânea na área ao norte da mina, proximidade com a mina desativada da MASA: ─ EHIVZ62 - Piezômetro 185; Influência do bombeamento dos poços da Copasa: ─ EHIVZ12 - Piezômetro 145-MA (dolomitos, calcários de capa e zona do epicarste); ─ EHIVZ14 - Água de superfície (Córrego Pamplona), à Montante do perímetro urbano de Vazante; ─ EHIVZ15 - Poço Copasa 06; ─ EHIVZ16 - Poço Copasa 04; ─ EHIVZ61 – Poço tubular 25- Fazenda Luis Fialho; ─ EHIVZ67 – Piezômetro 119LI; Relações entre zonas aqüíferas de compartimentação/controle litoestrutural e fluxo induzido por bombeamento: Verificação da direção e sentido do fluxo subterrâneo na faixa ocidental e sul ocidental da zona da lavra subterrânea: ─ EHIVZ30 - Piezômetro 164 MA (dolomitos de capa-epicarste); ─ EHIVZ34 - Piezômetro 071 MA, poço Fazenda Luciano (dolomitos de capa); ─ EHIVZ53 - Piezômetro 144 CA (dolomitos de capa); Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 11 Verificação da direção e sentido do fluxo subterrâneo: rota Varginha- zona a SW da lavra: feição estrutural NW/SE (paleovale) com inflexão do fluxo ao longo do vale do rio Santa Catarina sentido SW-NE, de mesma direção do acamamento S0 : ─ EHIVZ37 - Piezômetro 126 CA (dolomitos de capa); ─ EHIVZ42 - Piezômetro 142 LS (lapa superior); ─ EHIVZ55 - Piezômetro 155LI (lapa inferior); ─ EHIVZ56 - Piezômetro 154LI (lapa inferior); ─ EHIVZ40 - Piezômetro 156 LS (lapa superior); ─ EHIVZ60 - Poço manual raso- Fazenda Varginha Paulo Emílio (epicarste associado à paleovale). Escoamento subterrâneo ao longo do plano de acamamento S0, sentido SW-NE e correlação com as descargas naturais do rio Santa Catarina (efluente) e nascentes : ─ EHIVZ43 - Nascente VZ-sup17; ─ EHIVZ44 - Rio Santa Catarina, a montante da nascente VZ-sup17; ─ EHIVZ45 - Rio Santa Catarina sobre a estrutura NW/SE de fraturamento; ─ EHIVZ61 - Poço tubular PT25, anteriormente considerado; ─ EHIVZ67 - Piezômetro 119LI, anteriormente considerado; ─ EHIVZ68 – Piezômetro 120 LI (lapa inferior); ─ EHIVZ65 – Piezômetro 116 LI (lapa inferior); ─ EHIVZ69 – Piezômetro 115 LI (lapa inferior), anteriormente considerado; ─ EHIVZ01 – rio Santa Catarina – jusante, anteriormente considerado. Área da lavra subterrânea: ─ EHIVZ17 - Raise 10850 (dolomitos de capa); ─ EHIVZ20 - Cascata do Saliba (lapa superior); ─ EHIVZ21 - Lumiadeira Sul (lapa superior); ─ EHIVZ23 - N 388 SUCURI (zona de brecha); ─ EHIVZ24 – Tímpano – Nível 345m (zona fraturada/Bocaina, Filito Preto); ─ EHIVZ57 - Decantador N.0 1(Nível 310), reunião das águas de bombeamento (Filito Preto); ─ EHIVZ70 - 388 GTL-Perfil 10800 (contato brecha/lapa superior); ─ EHIVZ71 - 388 GML-Perfil 10800 (contato brecha/capa); ─ EHIVZ72 - 420 GML-Perfil 10820 (zona de brecha); ─ EHIVZ73 - 388 GMB-Perfil11417(zona de brecha); ─ EHIVZ74 - 420 SUCURI-Perfil 11811-Acesso RXVI (lapa superior). Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 12 1.6.1.2 Amostragem Foram realizadas pelo Setor de Hidrogeologia da CMM/Grupo Votorantim, duas campanhas de amostragem dos pontos d’água para a obtenção dos dados utilizados neste trabalho. A primeira campanha, realizada nos meses de setembro, outubro e dezembro de 2004, refere-se ao período seco do ano hidrológico 2004/2005 e compreendeu a amostragem dos pontos anteriormente discriminados. A segunda campanha foi realizada nos meses de maio e junho de 2005, representativos do período úmido e compreendeu a amostragem dos pontos da campanha 2, idem discriminados no item anterior. A seguir são apresentadas as metodologias utilizadas para amostragem dos pontos d’água, segundo Scudino (2005; 2006). I. Medição in loco de parâmetros físico-químicos da água Durante a coleta, em cada ponto foram medidos in situ condutividade elétrica, pH, Eh, temperatura da água e do ambiente, mediante uso de um equipamento multiparâmetro portátil. II. Amostragem hidroquímica para análise laboratorial completa Em cada ponto amostral, foi coletada amostra de água utilizando-se uma bambona de 5L, de poliuretano incolor, transparente, e com sistema de tampa eficiente, para análises quantitativas dos ânions maiores (Cl-, SO4 2-, HCO3 -, CO3 2-), além dos ânions menores NO3 -, NO2 -, (PO4 3-) solúvel, sulfatos. Enquanto utilizou-se um frasco de 1L de poliuretano incolor com (HNO3 para a preservação) para análises quantitativas dos cátions maiores (K+, Na+, Ca2+, Mg+), além dos cátions menores Fe solúvel e Mn solúvel. Tanto a bambona quanto o frasco foram devidamente etiquetados, com número de identificação do ponto e data da coleta. III. Amostragem para análise de conteúdo de Deutério (2H) e Oxigênio 18 (18O) Em cada ponto amostral, foi coletada amostra de água utilizando-se um frasco de 50 mL, plástico poliuretano incolor, transparente e com sistema de tampa eficiente, para realização das análises dos isótopos estáveis Deutério e Oxigênio 18, devidamente etiquetados, com número de identificação do ponto e data da coleta. IV. Amostragem do isótopo radioativo Trítio (3H) Em cada ponto amostral, foi coletada amostra de água utilizando-se um frasco de 1L, de poliuretano incolor, transparente e com sistema de tampa eficiente, com respectiva etiqueta, constando o número de identificação e data da coleta. Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 13 1.6.1.3 Análises laboratoriais As análises foram realizadas em laboratórios específicos de acordo com o tipo de análise, os laboratórios e os métodos utilizados para cada analise é descrito a seguir (Scudino 2005;2006). I. Análises químico-analíticas quantitativas dos constituintes iônicos e parâmetros físico- químicos Todas as análises químicas das águas foram realizadas em conformidade com o Standard Methods for the Examination of Water and Wasterwater (USA, 20.th Ed., 1998), pelo laboratório SANEAR Engenharia Sanitária Ltda. (Belo Horizonte), tendo sido exigido do laboratório responsável pelas análises químico-quantitativas, os limites mínimos de detecção, em relação aos ânions e cátions fundamentais, conforme as especificações apresentadas na Tabela 1.1, os resultados das análises se encontram no Anexo 1. Foram os seguintes parâmetros laboratoriais analisados: ─ pH (log [1/H+]); ─ Eh (mV); ─ Condutividade elétrica (µS/cm); ─ Turbidez (UNT); ─ Cátions: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe solúvel, Mn solúvel, em mg/L; ─ Ânions: HCO3-, CO3 2-, Cl-, SO4 2-, NO3-, NO2-, (PO4 3-) solúvel, sulfetos, em mg/L; ─ Metais: elementos menores (Pb solúvel e Zn solúvel), em mg/L. II. Análises dos isótopos estáveis Deutério (2H) e Oxigênio 18 (18O) O conteúdo dos isótopos estáveis da água, Deutério e Oxigênio-18, utilizados como traçadores naturais, foi determinado segundo o padrão de quantificação SMOW (Standard Mean Ocean Water) da IAEA (International Agency of Atomic Energy). As análises das amostras de água foram realizadas no GEOKARST Engineering (Centre for Isotope Geochemistry and Biochemistry – Trieste, Itália), os resultados obtidos se encontram no Anexo 2. III. Análises do isótopo radioativo Trítio (3H) As análises de conteúdo de Trítio, realizadas pelo CDTN (Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear), pelo método analítico-quantitativo decintilometria líquida com enriquecimento eletrolítico e com LD (limite de detecção) de 0,1UT, condicionante de importância fundamental para os estudos hidrogeológicos desta natureza, no hemisfério sul. Os resultados obtidos se encontram no Anexo 3. O emprego deste radioisótopo natural da água como traçador natural, para datação (tempo de trânsito), visando definir águas recentes pós-1953 no sistema cárstico de Vazante. A interpretação dos Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 14 dados seguiu o Modelo de Mistura Completa utilizado em Minas Gerais, em aquíferos cársticos por Plata et al. (1980), e por Scudino et al. (1983; 1992 e 2002). Tabela 1.1 - Métodos e limites de detecção por parâmetro de análise: PARÂMETRO METODOLOGIA LIMITE DE DETECÇÃO Odor in loco Observação in loco Não detectado Temperatura da água SMEWW 2550 -10,0C Temperatura do ar SMEWW 2550 -10,0C PH SMEWW 4500 0,01 log10 (1/ [H +]) EH SMEWW 4500 0,01mV Condutividade elétrica SMEWW 2510 0,01S/cm Potássio solúvel SMEWW 3111 0,10mg K/L Potássio total SMEWW 3111 0,10mg K/L Sódio solúvel SMEWW 3111 0,10mg Na/L Sódio total SMEWW 3111 0,10mg Na/L Cálcio SMEWW 2340 0,20mg Ca/L Magnésio SMEWW 2340 0,12mg Mg/L Cloretos SMEWW 4500C 0,2mg Cl-/L Sulfatos SMEWW 4500 SO4 2- 1,00mg SO4 2-/L Bicarbonatos SMEWW 2320 0,50mg HCO3 -/L Carbonatos SMEWW 2320 0,50mg CO3 2-/L Nitratos SMEWW 4500 NO3 - 0,05mg NO3 -/L Nitritos SMEWW 4500 NO2 - 0,005mg NO2 -/L Sulfetos SMEWW 4500 S2- 0,002mg S2-/L Fluoretos SMEWW 4500F- D 0,05mg F-L Fosfatos solúveis 4500P E 0,010mg P/L Ferro solúvel SMEWW 3111 0,05mg Fe/L Ferro total SMEWW 3111 0,05mg Fe/L Manganês solúvel SMEWW 3111 0,05mg Mn/L Manganês total SMEWW 3111 0,05mg Mn/L Turbidez SMEWW 2130 0,01UNT SMEWW = Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Ed., 1998. Fonte: SANEAR - Belo Horizonte, MG. (FEV./2004) 1.6.1.4 Controle de qualidade dos resultados analíticos O balanço iônico de uma análise hidroquímica completa, a qual contempla todos os constituintes iônicos fundamentais da água, constitui-se ferramenta importante de controle de qualidade dos resultados laboratoriais, tendo em conta a Lei de Le Chatelier, em que uma água natural, sob equilíbrio iônico, a soma dos cátions é igual à soma dos ânions, em escala meq.L-1. Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 15 Para o cálculo dos eventuais erros admissíveis das análises químico-analíticas quantitativas, primeiramente procede-se a transformação da unidade de concentração de mg.L-1 para meq.L-1, segundo a Equação (1.1): Concentração (meq. L-1) = (Concentração (mg. L-1) * Valência) / Massa atômica (1.1) O desvio percentual desta igualdade é chamado coeficiente de erro da análise (e%), calculado segundo (Santos, 2008) pela Equação (1.2): e% = [(r∑p - r∑n) / (r∑p + r∑n)] * 100 (1.2) Onde: r∑p é a concentração total de cátions e r∑n é a concentração total de ânions. Quando este valor de (e%) for menor que 10% a análise pode ser considerada como correta, valores acima de 10% pode significar erro nos cálculos, erro analítico, dentre outros. Pode-se calcular o erro prático (Ep%) de modos distintos dependendo do parâmetro a ser usado, neste estudo serão utilizados, os dois métodos descritos abaixo.O primeiro foi definido por Logan (1965) e é determinado pela Equação (1.3): Ep (%) = [(r∑p - r∑n) / (r∑p + r∑n)] * 100 (1.3) Neste caso se leva em consideração os valores de concentração dos cátions e ânions, conforme o Quadro 1 abaixo: Quadro 1.1: Valores do somatório das concentrações dos ânions ou cátion e respectivos erros permitidos: ∑n ou ∑p (meq/L) < 1 1 2 6 10 30 >30 Erro Permitido (%) 15 10 6 4 3 2 1 O segundo foi definido por Anderson (1966, modificado in: Custodio &Llamas 1983) e é determinado pela Equação (1.4): Ep (%) = [(r∑p - r∑n) / [0,5 * (r∑p + r∑n)] * 100 (1.4) Levando-se em consideração os valores da condutividade elétrica da água (CE), conforme o quadro abaixo discriminado e respectivo gráfico ilustrado na Figura 5 a seguir: Quadro 1.2: Valores de condutividade elétrica e respectivos erros permitidos: CE (µS/cm) 50 200 500 2000 >2000 Erro Permitido (%) 30 10 8 4 <4 Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 16 Figura 1.5 - Análise de erro de análises químicas - Balanço Iônico (Anderson 1966, modificado in: Custódio & Llamas 1976). 1.6.1.5 Tratamento dos dados hidroquímicos convencionais O uso dos íons maiores como traçadores tornou-se bastante comum em estudos hidrogeológicos, com o objetivo de se delinear a condição do fluxo dentro dos aquíferos (Güller et al. 2002). Esta abordagem é baseada no agrupamento por similaridade hidroquímica das amostras analisadas em determinado grupo de poços ou área a ser avaliada. Os principais métodos de avaliação hidroquímica podem ser divididos em dois grandes grupos: ─ Métodos estatísticos, que podem ser univariados ou multivariados; ─ Métodos gráficos, também denominados diagramas de concentrações de íons Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 17 I. Diagrama de Stiff No diagrama radial de Stiff (Stiff 1951) são dispostos quatro eixos horizontais paralelos, estendidos para os lados de um eixo vertical zero. As concentrações em meq/L dos quatro cátions principais da amostra são lançadas no eixo à esquerda e os quatro ânions principais à direita, os pontos resultantes são ligados, formando uma figura geométrica, característica para cada amostra analisada como mostrado abaixo (Figura 1.6). Figura 1.6 - Diagrama de Stiff (Mestrinho 1999). II. Diagrama de Piper O diagrama triangular de Piper (Piper 1944) (Figura 1.7) é usado para classificar a tipologia química das águas, primeiramente calcula-se a porcentagem em meq/L de cada cátion (Ca2+, Mg2+, (Na+ + K+)) e ânion (HCO3- + CO3 2-), Cl-, SO4 2-) em relação ao total dos mesmos. Os valores encontrados nos triângulos de cátions e ânions, e em seguida os pontos encontrados nos triângulos são projetados no losango, o cruzamento dos prolongamentos no losango determina o tipo químico da amostra analisada. Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 18 Figura 1.7-Diagrama de Piper (Custódio & Llamas 1976). III. Diagrama de Schöeller-Berkaloff No diagrama de colunas verticais de Schoeller-Berkaloff (Custódio & Llamas 1983) (Figura 1.8), são dispostas várias semi-retas verticais com escalas logarítmicas paralelas e igualmente espaçadas, a cada semi-reta se associa um ânion ou um cátion e se representa a partir da origem, segmentos proporcionais a concentração em meq/L, a união dos diferentes pontos obtidos nas semi- retas resultará em uma linha quebrada, ele é útil para representar e observar a relação entre íons associados à inclinação das linhas, sendo facilmente conseguir distinguir famílias de águas (mesmo padrão). Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 19 Figura 1.8 -Diagrama de Schöeller-Berkaloff (Software Qualigraf 2017). IV. Análise de agrupamentos (“cluster analysis”) Os métodos estatísticos multivariados são bastante eficientes para a divisão de um conjunto de amostras em grupos com características hidroquímicas distintas, entretanto, esta subdivisão pode, em muitos casos, não fornecer informações a respeito do padrão hidroquímico dos grupos formados (Güller et al. 2002). A análise de agrupamentos (cluster analysis) utiliza a similaridade entre indivíduos para classificá-los hierarquicamente em grupos, considerando o conjunto de variáveis utilizadas para cada indivíduo (Davis 1986). Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 20 Análise de agrupamentos (cluster analysis) é utilizada quando se deseja explorar as similaridades entre indivíduos (modo Q) ou entre as variáveis (modo R), definindo-se grupos, no primeiro caso, todas as variáveis observadas em cada indivíduo e, no segundo, todos os indivíduos nos quais foram feitas as mesmas medidas (Landim, 2000). Segundo Davis (1986), a análise de agrupamentos pode ser enquadrada em quatro tipos: métodos de partição, métodos com origem arbitrária, métodos por similaridade mútua e métodos por agrupamentos hierárquicos. A metodologia para agrupamentos hierárquicos é a mais aplicada em geociências,partindo de uma matriz inicial de dados, onde “n” linhas representam as amostras, e “p” colunas as variáveis obtem-se uma matriz simétrica de similaridades e inicia-se a detecção de pares com a mais alta similaridade ou a mais baixa distância. A técnica de agrupamento hierárquico interliga as amostras por suas associações, produzindo um dendrograma onde as amostras semelhantes, segundo as variáveis escolhidas, são agrupadas entre si. A suposição básica de sua interpretação é esta: quanto menor a distância entre os pontos, maior a semelhança entre as amostras. Os dendrogramas são especialmente úteis na visualização de semelhanças entre amostras ou objetos representados por pontos em espaço com dimensão maior do que três, onde a representação de gráficos convencionais não é possível Entre as diversas propostas para o cálculo do coeficiente de similaridade, as mais usuais são: coeficientes de distância e coeficientes de correlação, nesse estudo serão utilizadas os coeficientes de distância, mais especificamente o método da Distância Euclidiana. A Distância Euclidiana (DE), num espaço bidimensional, entre os pontos P (px, py) e Q = (qx, qy), é definida como a raiz quadrada da soma dos quadrados das diferenças de valores para cada par de coordenadas cartesianas (Equação 1.5), segundo Landim(2000). DE= [(Px-Py)2 + (Qx-Qy)2] 1/2 (1.5) Este método tem como função de agrupamentos a distância euclidiana e o critério de agrupamento é dado pelo valor do incremento que se obtém na soma de quadrados do erros. A forma gráfica, usada para representar o resultado final dos agrupamentos, é o dendrograma (Landim, 2000). Para padronizar os dados de modo a não ter variáveis com maior peso a padronização pode ser efetuada pela Equação 1.6 (Landim, 2000): (1.6) Onde: Zij é a padronização; Xij é o valor da variável; jé a média dos valores da variável e Sj= é o desvio padrão dos valores da variável. j jij ij S XX Z Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 21 V. Ambiente hidroquímico de potencial redox (Eh) associado ao pH Em ambientes de soluções aquosas naturais, a condição de estado reduzido ou oxidado é medida pela relação do Eh pelo pH, que permite a definição do sistema físico-químico, quanto à previsão dos estados iônicos que as substâncias dissolvidas podem se encontrar (Scudino & Martins, 1985). Variando o Eh de valores mais altos até os mais baixos, passa-se de um ambiente oxidante até um ambiente redutor. Nesse intervalo entre o ambiente oxidante até o redutor, existem alguns limitesque delimitam os campos dos diversos tipos de águas da natureza (Scudino & Martins, 1985), a Figura 1.9 delimita todos os ambientes em que as águas podem se encontrar, conforme a área do diagrama Eh-pH que seus parâmetros físico-químicos se encontram. Figura 1.9 -Diagrama Eh-pH adaptado de Scudino & Martins (1985). Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 22 VI. Caracterização dos índices hidroquímicos Os índices hidroquímicos, calculados mediante relações catiônicas e aniônicas expressas em meq.L-1, têm como função estabelecer possíveis relações de interação água-rocha e com os fenômenos modificadores, estes que estão associados à evolução química da água, a seguir são apresentados os índices e seu significado para a evolução das águas segundo Scudino(2002): ─ Mg/Ca: em águas subterrâneas sua concentração varia entre 0,3 e 1,5, com valores próximos de 1 indicando possível influência de rochas dolomíticas ou serpentiníticas ou anfibolíticas e valores a 1 geralmente correlacionam aqüíferos constituídos de silicatos magnesianos normalmente gabros e basaltos. Contudo este índice deve ser tomado com cuidado, já que pode ocorrer a precipitação de Ca2+, fazendo aumentar a proporção do íon Mg2+. ─ Na/(Ca + Mg): esse índice é importante para comparar as relações entre a água e o aqüífero (água-rocha), ou para estudar o comportamento de troca de bases (intercâmbio iônico). ─ Ca/Cl: essa relação apresenta interesse para caracterizar ou constatar a troca de bases (relacionar com o índice ITB), devido a mesma não alterar o conteúdo de cloretos das águas subterrâneas.Deste modo, a diminuição de valor deste índice significaria o efeito de abrandamento da água, associado ao intercâmbio iônico (troca do Ca2+ pelo Na+ incorporado à água). ─ Cl/HCO3: dado o conteúdo de HCO3 - é relativamente constante nas águas subterrâneas, trata-se de uma relação de interesse para seguir o processo de concentração dos sais, no sentido do fluxo subterrâneo. ─ SO4/Cl: importante em águas com processo de redução de sulfatos, esta relação pode interessar para caracterizar essas águas. ─ ITB = [Cl – (Na + K) ] / Cl : índice de troca de bases, representa o índice de desequilíbrio iônico entre cloretos e alcalinos (Na + K). Um aumento do ITB indica troca de base e o endurecimento da água (troca do Na pelo Ca ou Mg) com floculação do Na. Quando ocorre decréscimo do ITB indica o abrandamento da água subterrânea (troca do Ca pelo Na, K). ─ ITB (-) = [Cl – (Na + K) ] / ( SO4 + HCO3 + NO3) : quando ocorre redução de sulfatos o ITB (-) apresenta alterações, indicando este fenômeno. ─ Kr = [(Ca. (HCO3) 2 ] 1/3 : este índice é proporcional à pressão parcial de CO2, quando se produz uma redução de sulfatos, Kr costuma crescer devido ao aumento da disponibilidade de HCO3, mas deve se tomar precauções sobre este índice, quanto à precipitação de CaCO3, pois gera a diminuição do Kr, enquanto à dissolução do mesmo gera aumento do Kr. Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 23 1.6.1.6 Tratamento dos dados dos isótopos estáveis Deutério (2H) e Oxigênio-18 (18O) A molécula da água natural pode apresentar as seguintes espécies isotópicas estáveis: 1H2 16O, 1H 2H 16O, 2H2 16O, 1H2 17O, 1H 2H 17O, 2H2 17O, 1H2 18O, 1H 2H 18O e 2H2 18O, a mais abundante na natureza á a molécula constituída de 1H2 16 (Santiago et al. 2008). Os isótopos 18O e o 2H são mais pesados do oxigênio e do hidrogênio respectivamente, e devido a serem constituintes da água são traçadores perfeitos com as mesmas propriedades químicas da água mais abundante. Pelo fato de serem mais pesadas,as moléculas com estes isótopos tendem a apresentar um caminho no ciclo hidrológico diferente, em função do seu fracionamento isotópico (Santiago et al. 2008). Sabendo-se que a maioria da água do planeta se encontrar nos oceanos e que grande parte da água precipitada provém das nuvens formadas pela evaporação das águas dos oceanos, então Craig(1961a) criou o SMOW (Standard Mean Ocean Water), baseado na composição isotópicas das águas dos oceanos da Terra, para ser o padrão a ser usado para unificar os termos de expressão das concentrações de 2H e 18O na água, como também possibilitar a comparação de resultados de diferentes procedências.Atualmente se usa o V-SMOW, que é uma mistura sintética de H2 16O, 1H 2H 16O e 1H2 18º, que é distribuído pela IAEA (Agência Internacional de Energia Atômica) (Santiago et al. 2008). Para as análises isotópicas se mede o desvio em relação ao padrão V-SMOW, segundo a Equação (1.7): () 0/00 = [(Concentração amostra - Concentração SMOW) / Concentração SMOW]. 10 3 (1.7) Essas concentrações são a relação entre as moléculas pesadas (2H1H16O ou 1H2 18O) e as moléculas leves (1H2 16O) das águas. As variações naturais (() 0/00) são da ordem de – 400 até + 400 para o Deutério e de - 40 até +40 para o Oxigênio 18 (Custodio & Llamas, 1983) e normalmente são associadas ao processo de evaporação das águas. As variações no desvio (() 0/00) em águas atmosféricas, podem ser resultados de vários fatores dentre eles (Custodio & Llamas 1983) destaca: I. Distância do mar: quanto mais longe do mar, menor será o valor do desvio (() 0/00); II. Temperatura: quanto mais fria a região, normalmente menor será o valor do desvio (() 0/00); III. Altitude: quanto maior a altitude, menor tende a ser o valor do desvio (() 0/00); isso é esperado porque normalmente os lugares com maiores altitudes são mais frios que regiões mais baixas. Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 24 Devido aos fracionamentos isotópicos relativos das moléculas pesadas (2HHO ou H2 18O) com relação às moléculas leves (H2O), a maior parte das precipitações do globo terrestre obedece à reta de distribuição proposta por Dansgaard (1964) mostrada a seguir. Considerando-se os desvios relativos de 2H (D) e de 18O (18), a distribuição das águas meteóricas, é dada segundo uma reta. Com base nos dados obtidos da rede de estações de amostragem da IAEA, no Hemisfério Norte a reta de distribuição para o Hemisfério Norte é dada pela Equação (1.8): D= (8,167 0,079) 18 + 10,55 0,64 (Dansgaard 1964). (1.8) Na América do Sul, os dados obtidos de oito estações da IAEA permitiram determinar uma reta meteórica, que é dada segundo a Equação (1.9): D = (7,9 1,7) 18 + 8 2,7 (Plata 1972). (1.9) A reta meteórica existente, mais próxima da região de estudo, é a eferente a estação de Brasília – Aeroporto, os dados desta estação monitorados pela IAEA, permitiram determinar essa reta meteórica, que é dada pela Equação (1.10): D = 6,5 18 + 2,5, com um fator de correlação r 2 = 0,95 (Scudino 1992) (1.10) A equação da reta mundial usualmente simplificada nos termos D = 8 18 + 10, sendo o termo 10 representativo do “excesso de Deutério”, este termo é dado pela Equação (1.11), os valores de excesso de Deutério diminuem nas águas, tanto quanto maior for a evaporação. D = D - 8 18 (1.11) Devido à natureza conservativa dos isótopos estáveis, é frequentemente possível caracterizar de modo inequívoco, a sua origem, mesmo que a água tenha uma permanência nos aquíferos por milhares de anos. As águas subterrâneas podem ser agrupadas em duas categorias, segundo a sua origem. O primeiro agrupamento corresponderia às águas meteóricas derivadas diretamente das precipitações ou de aportes por infiltração das águas superficiais no terreno. Em geral, a composição isotópica dessas águas reflete a composição da precipitação local, nas regiões de clima úmido. Em condições de clima árido e semi-árido,observa-se em geral, incrementos no conteúdo dos isótopos pesados, fato que permite elucidações significativas sobre o seu percurso. A segunda categoria corresponderia ao grupo de águas antigas, originárias de infiltrações pretéritas, ocorridas especialmente durante condições climáticas diferentes das atuais. As perturbações introduzidas através dos processos de recarga são esquematizadas na Figura 1.10. Essas perturbações na composição isotópica são relativamente pequenas e, globalmente, as águas de recarga representam a precipitação média com razoável fidelidade. Na Figura 1.11 são mostradas as Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 25 relações isotópicas de diferentes processos de salinização, compondo-se uma representação esquemática das variações na composição isotópica das águas meteóricas durante a recarga e a evolução da composição isotópica das águas subterrâneas, ilustrada pelo diagrama D –18 de distribuição dos isótopos pesados Oxigênio-18 e Deutério, segundo Gat e Gonfiantini (1981in: Scudino 1992). A identificação clara de tais processos de salinização depende dos diferentes mecanismos ocorridos na composição isotópica de 18O e 2H. Tal identificação é facilitada quando a reta meteórica das precipitações é bem definida para a região de estudo, sobretudo se os conteúdos isotópicos correspondem a águas mais leves. Figura 1.10 -Relação entre Representação esquemática das variações na composição isotópica das águas subterrâneas, segundo o diagrama d versus 18 (adaptado de Gat 1971, in: Scudino 1992). Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 26 Figura 1.11 - Distribuição de 18O e 2H das águas subterrâneas associadas com os diferentes processos de mineralização. (adaptado de Gat 1971, in: Scudino 1992). 1.6.1.7 Tratamento dos dados do isótopo radioativo Trítio (3H) Isótopos radioativos são aqueles que com um determinado tempo se transformam em outros isótopos, por esta característica, os isótopos radioativos são usados para fazer a datação da água. Um dos mais usados é o isótopo radioativo de Trítio (3H), que é o isótopo mais pesado do oxigênio. Por causa de seu tempo meia vida ser de 12,43 anos, ele é usado para datar amostras de água na faixa de 0-50 anos (Santiago et al. 2008). Este isótopo é de origem secundária, que é produzido em reações nucleares de nêutrons da radiação cósmica secundária com o nitrogênio da atmosfera. O nêutron é absorvido pelo Nitrogênio (14N) e este produz 12C e 3H, este isótopo de Trítio emite partículas β da ordem de 18,6KeV, e devido a esta emissão é que se detecta o 3H (Santiago et al.2008). Devido ao seu aporte mais ou menos uniforme na estratosfera, a precipitação de trítio das regiões costeiras são menores que nas regiões nos interior dos continentes, e em lugares com maiores altitudes são maiores que em áreas mais baixas, mas este efeito da altitude é de pouca importância. (Custodio & Llamas 1983). Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 27 As concentrações de Trítio na água são expressas em UT - Unidade de Trítio, sendo que uma UT corresponde à relação [(3H) / 1018 (1H)], ou seja, a relação de um átomo de (3H) para 1018 átomos de hidrogênio (1H). A concentração de Trítio natural na águas meteóricas é normalmente menor que 10UT, entretanto devido as bombas atômicas em alguns lugares esta concentração pode chegar a 10000UT, principalmente no hemisfério Norte (Custodio & Llamas, 1983). A água que penetra no aquífero carrega consigo átomos radioativos, seja formando parte de suas moléculas, como no caso do Trítio, Uma vez infiltrada, esta água permanece totalmente isolada da fonte geradora (atmosfera e solo) dos átomos radioativos, e a sua concentração somente é alterada pela desintegração radioativa, a qual irá variar em função do tempo, segundo a Equação (1.12), que é referente a equação exponencial de decaimento radioativo: Ct = C0 . e –λt (1.12) O termo “t“, é dado pela Equação (1.13): t = - (1/λ) . ln (Ct / C0) (1.13) Substituindo o termo “t” pela Equação (1.9), na Equação 1.8 e isolando-se o termo “t” temos a Equação (1.14): t (ano) = (t1/2 / ln 2). ln (C0 / Ct) (1.14) Onde: t1/2 (meia vida), é função do período de semi-desintegração que é específico de cada elemento radioativo; C0 é a atividade inicial que deve ser conhecida a priori e o termo Ct corresponde ao valor da medição efetuada na água dos pontos amostrais. Para o conhecimento da concentração inicial do 3H, é necessário levar em conta as grandes variações de tempo e espaço experimentadas pela concentração das precipitações. O problema geral da interpretação dos resultados deriva-se da mistura das águas de diferentes idades no aquífero, em conseqüência da dispersão e, sobretudo, de fluxos irregulares da água, Em casos de aquíferos homogêneos, em que as águas percolam segundo o modelo de fluxo de “pistão”, a mistura das águas de diferentes idades é somente conseqüência dos fenômenos de difusão molecular e dispersão – esta última devida à existência de fluxo natural. Nessas circunstâncias, uma amostra tomada de um ponto do aquífero pode ser considerada representativa de uma única idade. Já em aquíferos heterogêneos e anisotrópicos, os processos de mistura de águas de diferentes idades desempenham um papel preponderante no sistema, constituindo-se freqüentemente em matéria complexa de entendimento. Entretanto, é precisamente nesses tipos de aquíferos que as técnicas de datação com radioisótopos Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 28 apresentam particular interesse, face às dificuldades encontradas nas investigações por outras técnicas disponíveis. Para a interpretação dos resultados de conteúdo de Trítio, é necessário se conhecer as concentrações deste radioisótopo nas precipitações da região do estudo durante os últimos 50 anos, ou seja, desde que se iniciaram os testes nucleares na atmosfera. Para a região do estudo não existem medidas diretas da concentração de Trítio nas precipitações. Assim, a experiência que se tem sobre a distribuição da concentração de Trítio nas precipitações em escala global através da rede mundial de controle estabelecida pela AIEA (Agência Internacional de Energia Atômica) mostra que esta distribuição de concentração pode ser deduzida de forma bastante aproximada a partir das concentrações medidas nas precipitações de zonas próximas. As concentrações de Trítio medidas em diversas estações do Brasil são mostradas na Tabela 1.2, junto com as concentrações da estação de Kaitoke na Nova Zelândia, também utilizada como estação modelo para o Hemisfério Sul, com um registro mais completo de dados. Como pode ser visto nesta tabela, os dados das estações do Brasil referem-se a períodos compreendidos entre o ano de 1955 e o princípio da década dos anos 80, quando a maior parte das estações foi desativada. Os valores apresentados na Tabela 1.3 indicam concentrações médias anuais ponderadas pela quantidade de precipitação, as quais foram obtidas pela Equação (1.15): Cm = ∑Ci Pi / ∑ Pi (1.15) Onde: Cm é a concentração anual média ponderada; Ci é a concentração mensal ponderada, ou seja, a obtida na precipitação mensal acumulada no pluviômetro; e Pi é a precipitação mensal média. A Tabela 1.3 mostra os fatores que relacionam as concentrações de Brasília com as concentrações das outras estações apresentadas na Tabela 1.2. Esses fatores foram calculados dividindo as concentrações de Brasília pelos das outras estações. Observa-se que, em linhas gerais, osfatores para uma mesma estação têm valores similares. Os maiores desvios com relação ao valor médio são explicados pelo fato de se ter utilizado, em muitos casos, dados incompletos de precipitação, isto é, por não se ter incluído as concentrações de todas as chuvas mensais realmente produzidas na estação. Outras causas meteorológicas e, inclusive analíticas, podem ter contribuído também para a dispersão dos resultados. Para o cálculo dos valores médios dos coeficientes de correlação, os valores extremos foram eliminados da média, tendo sido desconsiderados um ou dois valores acima e abaixo da série. Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 29 Tabela 1.2- Concentrações de Trítio (valores em UT - Unidade de Trítio) nas precipitações médias mensais de algumas estações monitoradas pela IAAE no Brasil e da estação de Kaitoke, Nova Zelândia. ANO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Kaitoke Brasília Rio de Janeiro Cuiabá Porto Velho Porto Alegre Ceará Mirim Fortaleza Manaus 1955 3,7 3,0 1956 12,3 10,0 1957 8,1 6,6 1958 40,3 32,7 11,6 1959 47,8 38,8 8,7 1960 11,9 12,5 10,1 1961 8,6 13,11 10,7 1962 12,7 76,7 62,3 1963 22,2 252,2 204,6 1964 37,7 152,0 123,0 1965 33,8 45,0 40,0 50,9 74,8 67,1 14,9 28,5 35,5 1966 33,8 40,8 28,9 46,4 55,0 54,3 9,7 19,5 31,6 1967 28,2 30,2 21,1 40,9 32,9 46,6 7,5 14,9 22,2 1968 25,6 31,5 21,0 46,7 29,6 42,1 8,4 8,0 21,9 1969 30,4 26,3 19,9 26,4 18,8 33,3 7,8 7,7 14,9 1970 29,5 20,6 22,4 30,5 24,5 38,7 8,0 9,2 17,3 1971 24,9 20,9 16,4 25,4 14,8 31,0 7,0 7,2 14,2 1972 15,3 17,7 16,2 20,0 12,2 25,1 6,1 6,4 11,4 1973 12,1 14,8 12,1 15,9 13,0 20,1 5,7 5,2 11,8 1974 9,4 17,0 12,7 15,0 9,8 28,5 5,0 5,0 11,0 1975 10,1 14,4 12,2 14,7 9,1 20,9 4,7 6,1 9,8 1976 6,8 11,8 9,4 12,3 11,5 16,4 3,7 3,2 7,9 1977 6,9 10,8 8,6 11,6 8,2 14,1 3,0 6,0 1978 6,1 10,2 14,5 2,7 6,5 1979 5,4 9,0 11,5 3,0 6,0 1980 5,0 8,3 7,0 11,0 4,5 5,1 1981 3,9 8,2 7,0 10,3 3,2 4,6 1982 3,9 6,0 8,2 2,2 4,6 1983 3,6 7,5 3,0 1984 3,4 3,4 1985 3,3 1986 2,9 1987 2,8 Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 30 Tabela 1.3 - Fatores médios de correlação do conteúdo de Trítio nas águas de chuva entre a estação de Brasília, e as demais estações aqui consideradas: ANO Kaitoke Rio de Janeiro Cuiabá Porto Velho Porto Alegre 1955 1,233 1956 1,230 1957 1,227 1958 1,232 1959 1,232 1960 1,050 1,237 1961 1,524 1,225 1962 6,040 (1) 1,231 1963 11,360 (1) 1,232 1964 4,030 (1) 1,236 1965 1.331 1,125 0.884 0.602 0.671 1966 1.207 1.412 0.879 0.742 0.751 1967 1.071 1.431 0.738 0.918 0.648 1968 1.230 1.500 0.674 1.064 0.748 1969 0.865 1.322 0,996 1.399 0.790 1970 0.698 (1) 0.920 0.675 0.841 0.532 1971 0.839 1.274 0.823 1.412 0.674 1972 1.157 1.092 0.885 1.451 0.705 1973 1.223 1.223 0.931 1.138 0.736 1974 1.808 1.338 1.133 1.735 0.596 1975 1.426 1.180 0.979 1.582 0.689 1976 1.735 1.255 0.959 1.026 0.719 1977 1,565 1,256 0,931 1,317 0,766 Fmédio 1,288 1,193 0.883 1.171 0.694 Fmédio* 1,29 0,88 (1) : Valores extremos, não considerados. Fmédio* : fator médio utilizado para os cálculos. Constam na Tabela 1.4 a seguir, as concentrações médias de Trítio válidas para as precipitações de Brasília. Para a determinação dessas concentrações adotou-se o seguinte procedimento: ─ Todos os valores conhecidos para a Estação de Brasília foram adotados diretamente (período 1955 a 1977); ─ Os valores de Trítio para o período de 1978 á 1982 foram obtidos multiplicando-se os dados de Cuiabá pelo fator médio de correlação de 0,88 calculado na Tabela 1.3, os quais estão computados na coluna 4 da Tabela 1.4; Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 31 ─ Para o período 1983–1987 os conteúdos de Trítio para Brasília foram por sua vez computados multiplicando-se os valores conhecidos da estação de Kaitoke, pelo fator médio de correlação de 1,29 referido na Tabela 1.3, então discriminados na coluna 5 da Tabela 1.4. ─ Para os anos de 1953 e 1954, os valores foram obtidos a partir dos dados do modelo de distribuição válido para o Hemisfério Norte, apresentados na coluna 6 da Tabela 1.4, o conteúdo em Trítio é obtido multiplicando-se os valores atribuídos para o Hemisfério Norte, pelo fator médio de correlação de 0,255 calculado com os dados disponíveis de Brasília e Hemisfério Norte, relativos ao período subseqüente de 1955-1964; os resultados finais são apresentados na coluna 7 da Tabela 1.4. Na Tabela 1.5 são apresentadas as concentrações médias de Trítio nas precipitações para a região estudada. Para se chegar a essas concentrações, adotou-se o seguinte procedimento: ─ Para o período de 1953 a 1987, as concentrações médias de Trítio nas águas de chuva na região de Vazante (latitude da ordem de 180), relativamente próxima ao Distrito Federal (em Brasília, latitude da ordem de 160), são admitidas como similares e correspondentes aos valores regionais obtidos para a estação de Brasília, tomadas diretamente da coluna 7 da Tabela 1.4. ─ Como procedimento relativo à Tabela 1.5, os valores do período compreendido entre 1988 e 2004 foram interpolados, de forma estimativa, entre o valor correspondente ao ano de 1987 (3,6UT) e um valor de 2,7UT suposto para o ano de 2004. Chega-se, assim, aos valores das concentrações médias de Trítio válidas para as precipitações da região do estudo. Esses valores serão utilizados para a interpretação dos resultados de concentração de Trítio. Estas concentrações médias indicam, pois, uma estimativa das concentrações que teriam, no ano de 2004, as amostras de água pós 1953, sob mistura de frações iguais das precipitações dos anos anteriores. Pedrosa-Júnior, A. C. 2017, Estudos hidroquímicos em aquífero cárstico da região de Vazante, Minas Gerais. 32 Tabela 1.4 - Determinação das concentrações médias de Trítio na estação de Brasília, conteúdo em Trítio das águas de chuva (valores dados em UT-Unidade de Trítio) Ano 1 2 3 4 5 6 7 Kaitoke (1) Brasília (dados) Cuiabá (2) Brasília Correlação (2) Brasília Correlações (1 e 3) Hemisfério Norte (3) Brasília (final) 1953 2,1 8,4 2,1 1954 23,3 91,5 23,3 1955 3,7 13,2 3,7 1956 12,3 58,5 12,3 1957 8,1 37,6 8,1 1958 40,3 186,8 40,3 1959 47,8 146,6 47,8 1960 11,9 12,5 50,7 12,5 1961 8,6 13,11 53,6 13,11 1962 12,7 76,7 276,6 76,7 1963 22,2 252,2 1000,0 252,2 1964 37,7 152,0 538,1 152,0 1965 33,8 45,0 50,9 273 45,0 1966 33,8 40,8 46,4 183,2 40,8 1967 28,2 30,2 40,9 106,3 30,2 1968 25,6 31,5 46,7 81,1 31,5 1969 30,4 26,3 26,4 76,8 26,3 1970 29,5 20,6 30,5 65,4 20,6 1971 24,9 20,9 25,4 78,5 20,9 1972 15,3 17,7 20,0 41,8 17,7 1973 12,1 14,8 15,9 37 14,8 1974 9,4 17,0 15,0 41,6 17,0 1975 10,1 14,4 14,7 35,4 14,4 1976 6,8 11,8 12,3 27,8 11,8 1977 6,9 10,8 11,6 24,8 10,8 1978 6,1 10,2 9,0 27,5 9,0 1979 5,4 9,0 7,9 16,5 7,9 1980 5,0 8,3 7,3 14,5 7,3 1981 3,9 8,2 7,2 15,7 7,2 1982 3,9 6,0 5,3 10,9 5,3 1983 3,6 4,6 9,5 4,6 1984 3,4 4,4 7,5 4,4 1985 3,3 4,2 7,3 4,2 1986 2,9 3,7 7,2 3,7 1987 2,8 3,6 6,7 3,6 Trabalho de Conclusão de Curso, n. 264, 114p. 2018. 33 Tabela 1.5- Estimativa das concentrações médias de Trítio, das águas meteóricas, Região de Vazante: Ano Trítio (UT) C0 (t’) Ano Trítio (UT) C0 (t’) Ano Trítio (UT) C0 (t’) 1953 2,10 1971 20,90 1989
