Hidrologia - Aula 7 - Água Subterrâneas

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ÁGUAS 
SUBTERRÂNEAS
Profª. MSc. Ana Carolina Assmar
BELÉM-PA
2022
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
DISCIPLINA: HIDROLOGIA E CLIMATOLOGIA
Aspectos introdutórios
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• A água é fundamental para a vida, porém trata-se de um recurso limitado e
que tem valor econômico;
• Sua escassez pode ocorrer tanto por condições climáticas/hidrológicas e
hidrogeológicas, como por demanda excessiva;
• Sua importância envolve a sobrevivência humana, mas também o
desenvolvimento de atividades produtivas, sendo necessária a garantia de
seus usos múltiplos, incluindo a manutenção das condições ecológicas e
ambientais.
Distribuição da água 
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• Em torno de 96% de toda a água doce disponível para consumo no mundo é
subterrânea, garantindo a sobrevivência de parte significativa da população
mundial;
• Países como Arábia Saudita, Dinamarca e Malta utilizam exclusivamente
essas águas para todo o abastecimento humano;
• Outros países como Alemanha, França, Itália e Bélgica, por exemplo, suprem
em torno de 70% da demanda de água com manancial subterrâneo.
Distribuição da água 
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Conceito 
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Hidrologia de Água Subterrânea, ou Hidrogeologia, é uma subdivisão da 
hidrologia que trata da ocorrência, do movimento e da qualidade da água sob 
a superfície da terra (HEART, 1982). 
Abrange não só aspectos de produção de água mas também problemas de 
poluição e descontaminação de aquíferos.
Origem e ocorrência 
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CICLO HIDROLÓGICO
A ocorrência de água subterrânea está bastante relacionada à porosidade dos materiais do 
subsolo. Isso ocorre no ciclo hidrológico, pois a água subterrânea tem origem da infiltração e 
percolação da água no solo.
As características dos meios 
porosos influenciam e podem 
modificar as águas e ás águas 
por sua vez modificar o meio.
Origem e ocorrência 
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• Corresponde à parcela mais lenta do ciclo hidrológico e constitui a principal
parcela de água doce, ocorrendo em volumes muito superiores ao disponíveis
na superfície;
• Quando a água se infiltra no solo, avança verticalmente pela força da gravidade,
através dos poros (espaços vazios) existentes entre os grãos até chegar ao
reservatório subterrâneo;
• Ocorre preenchendo espaços formados entre os grânulos minerais e nas fissuras
das rochas conectados entre si (reservatório subterrâneo), armazenando-se no
que se denominam aquíferos;
• Representa a parcela da chuva que se infiltra no subsolo e migra continuamente
em direção às nascentes, leitos de rios, lagos e oceanos.
Os rios representam o sistema de drenagem da água doce para o mar, enquanto que os 
aquíferos representam os sistemas de armazenamento de água doce no continente. 
A infiltração é o processo mais importante de recarga de água no subsolo. 
O volume e a velocidade de infiltração dependem de vários fatores
Origem e ocorrência 
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• A água no subsolo fica contida em formações geológicas consolidadas ou
não, em que os poros estão saturados de água, denominados aquíferos.
• A capacidade de conter água é definida pela sua porosidade, definida como
a relação entre o volume de vazios e o volume total.
Origem e ocorrência 
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Principais parâmetros hidrogeológicos
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Porosidade
• Capacidade que o solo ou rocha tem de armazenar água;
• Medida pela razão entre o volume de vazios e o
volume de solo/corpo rochoso:
Permeabilidade e Condutividade Hidráulica
• Capacidade que tem a rocha ou solo para armazenar e transmitir a água;
• Descreve a capacidade do meio poroso de transmitir água subterrânea →
depende das características do meio poroso e da intercomunicação entre
eles e das propriedades do fluido.
A quantidade de água armazenada na rocha depende da 
sua porosidade, e um dos parâmetros que influencia o 
fluxo da água subterrânea é a permeabilidade.
Origem e ocorrência 
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• Os diferentes materiais que podem compor os solos possuem permeabilidades
diferentes. Essas diferenças de permeabilidade também são importantes para
determinar o fluxo.
• Granito é uma rocha que vai impermeabilizar e confinar aquíferos, por
exemplo.
Conforme se vai diminuindo o 
tamanho dos grãos, a permeabilidade 
também vai diminuindo.
COMPACTAÇÃO DOS 
GRÃOS
Origem e ocorrência 
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• Os aquíferos, ao reterem as águas das chuvas, desempenham papel fundamental
no controle das cheias;
• Nos aquíferos, as águas encontram proteção natural contra agentes poluidores
ou perdas por evaporação;
• A contaminação, quando ocorre, é muito mais lenta e os custos para
recuperação podem ser proibitivos.
• Os usos múltiplos das águas subterrâneas são crescentes: abastecimento,
irrigação, engarrafamento de água mineral e potável de mesa, entre outros.
• Tem grande alcance social, pois os poços, quando bem construídos e protegidos,
garantem acesso à agua por parte da população e, por consequência, saúde e bem-
estar.
Origem e ocorrência 
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• O material pelo qual a água percola
ou onde ela fica estocada altera as
características da água que infiltra.
Além disso, pela falta de contato
com o ar, a água subterrânea
costuma ter algumas características
específicas. Essas características
vão impactar diretamente no
tratamento da água.
As características dos meios porosos influenciam e podem modificar as 
águas e ás águas por sua vez modificar o meio.
Origem e ocorrência
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• O fenômeno da percolação é regido pela Lei de Darcy.
Principais parâmetros hidrogeológicos
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Coeficiente de Armazenamento
• Volume de água liberado ou armazenado por um aquífero (∆V), por unidade de área
superficial do aquífero (A), por unidade de variação na carga hidráulica (∆h) →
descreve a capacidade do sistema aquífero armazenar água.
S = ∆V/A ∆h
Transmissividade
• Taxa volumétrica de fluxo através de uma seção de largura unitária e altura igual a
espessura do aqüífero, quando o gradiente hidráulico é 1.
T = Kb ; sendo T = transmissividade (m²/s); K =
condutividade hidráulica (m/s); b = espessura do aquífero (m).
Principais parâmetros hidrogeológicos
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• Ciência que
Dinâmica de uso 
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Devido a diversos fatores que restringem a utilização das águas superficiais, 
bem como o crescente aumentos dos custos da sua captação, adução e 
tratamento, a água subterrânea está sendo mais amplamente reconhecida 
como alternativa viável aos usuário e tem apresentado crescente uso nos 
últimos anos, obtidas através de poços bem locados e construídos.
Além dos problemas de facilidade de contaminação inerentes às águas 
superficiais, o maior interesse pelo uso da água subterrânea vem sendo 
despertado pela maior oferta deste recurso em decorrência do 
desenvolvimento tecnológico, que promoveu melhoria na produtividade dos 
poços e aumento de sua vida útil.
Ponto de interesse: quando a água que infiltra se acumula, pois pode ser 
aproveitada para abastecimento humano, inclusive em larga escala.
Uso para abastecimento 
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A importância das águas subterrâneas como fonte de abastecimento doméstico, 
industrial ou agrícola, em comparação com as águas de superfície provenientes de 
rios, lagos, lagoas e represas, tende a crescer e se explica por diversos fatores 
relevantes : 
• Localização: fontes ou nascentes e poços são pontuais, enquanto que as águas
superficiais escoam segundo caminhos curvilíneos e a sua utilização, geralmente
requer a construção de barragens;
• Fluxo e disponibilidade: flutuações climáticas no fluxo de águas superficiais,
inclusive com intermitência, podem ocorrer em períodos de estiagem e de mais
alta demanda. Já nas águas subterrâneas, as flutuações de nível d´água
produzidas por influências climáticas são geralmente muito pequenas em
relação às espessuras dos aquíferos;
• Variabilidade sazonal e anual: as flutuações sazonais e anuais são muito mais
pronunciadas no fluxo superficial do que no fluxo subterrâneo;
Uso para abastecimento
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• Energia: a elevação da água subterrânea até a superfície do terreno implica
em consumo de energia. Apesar dos custos de construção de poços são
pequenos,os custos operacionais são relativamente altos.
• Qualidade de água: em geral, a água subterrânea não apresenta maiores
problemas de contaminação física ou biológica.
• Impactos em problemas de drenagem: o rebaixamento do nível freático por
bombeamentos pode solucionar problemas de drenagem em áreas alagadas
por afloramento do nível de água. Isto inclusive pode reduzir a
evapotranspiração e, portanto, produzir um aumento na qualidade de água
disponível para utilização.
Uso para abastecimento
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• Subsidências de terras: quando a água é bombeada de um aquífero
confinado, a tensão intergranular na matriz sólida aumenta, mesmo que
não haja aumento de carga na superfície do solo, o que pode levar a
subsidência de terras.
• Dados e informações: as principais fontes de informação sobre o
movimento, a acumulação e a qualidade da água em um aqüífero, são as
medições de níveis de água e de concentrações de solutos em poços de
observação.
• Desenvolvimento gradual: como a água subterrânea é utilizada através de
poços e cada poço representa um incremento anual nas retiradas de água,
geralmente na mesma área de consumo, o atendimento das demandas
pode ser planejado.
Uso para abastecimento
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VANTAGENS
• Geralmente dispensa tratamento (salvo em casos de contaminação natural
e/ou superficial;
• Geralmente dispensa adutoras;
• O custo de construção de poços é geralmente menor que o custo das obras
de captação de água superficial;
• Menor risco sanitário;
• Reserva confiável se não for super explorada.
DESVANTAGEM
• Quando a contaminação acontece, a remoção é muito difícil, algumas vezes
sendo irreversível.
Qualidade da água subterrânea 
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• Em geral, a água subterrânea não apresenta maiores problemas de
contaminação física ou biológica;
• À medida que a água infiltra entre as camadas de rocha, arrasta elementos
químicos e altera sua composição.
• Tende a aumentar as concentrações de substância dissolvidas.
• Vários fatores interferem, como clima, composição da água de recarga, tempo de
contato água/meio físico e contaminação antrópica.
• A água subterrânea, embora menos vulnerável, também pode ser afetada
por contaminantes provenientes de perdas em redes de esgotos,
derramamentos de petróleo, intrusões de água de qualidade inferior, etc;
Qualidade 
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Cada aquífero possui um conjunto de propriedade físicas e químicas que lhe 
conferem uma característica hidrogeoquímica. Tal característica pode variar 
regionalmente em um mesmo aquífero e também ao longo do tempo.
LEMBRAR!
O bombeamento além das capacidade naturais do aquífero 
pode favorecer a entrada de águas de qualidade 
indesejável no poço, como por exemplo de rios poluídos e 
plumas de contaminação de áreas vizinhas.
Conceitos importantes 
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AQUÍFEROS
• É uma formação geológica (ou grupo de formações) que contém água e
permite que a mesma se movimente em condições naturais e em
quantidades significativas (formações permeáveis como areias e arenitos)
AQUITARDE
• É uma formação geológica de natureza semipermeável. Transmite água a
uma taxa muito baixa, comparada com a do aquífero.
AQUICLUDE
• É uma formação impermeável que pode conter água, mas que é incapaz de
transmitir quantidades significativas da mesma (ex. camadas de argila) .
AQUÍFUGO
• É uma formação sem interstícios interconectados, incapaz de absorver ou
transmitir água.
Os aquíferos tem propriedades ligadas ao 
armazenamento de água no solo tais como a 
porosidade, condutividade hidráulica, umidade, etc. 
Tipos de aquíferos 
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Tipos de aquíferos
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• Os aquíferos podem se diferenciar a partir do tipo de armazenamento da
água do subsolo. Quanto a porosidade, os aquíferos podem ser:
POROSO FISSURAL
Poroso: aquele em que 
a água está acumulada 
nos poros de rochas 
sedimentares, 
sedimentos 
inconsolidados ou em 
solos arenosos. Em 
geral, possuem 
permeabilidade 
homogênea em todas 
as direções.
Fissural: a água está 
presente nas fissuras 
de rochas (granitos, 
basaltos, etc) 
provenientes dos 
movimentos 
tectônicos. Por conta 
disso, possuem baixa 
disponibilidade de 
vazão de retirada.
CÁRSTICO
Cárstico: formado por rochas calcáreas ou carbonáticas (calcário, mármores, etc). 
Nessas rochas, a circulação da água ocasiona a erosão, formando grandes fraturas 
e descontinuidades (diaclases) pela dissolução do carbonato na água. Por isso, são 
bastante heterogêneos e suas águas são duras.
Tipos de aquíferos 
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Granular ou poroso: água 
armazenada flui nos espaços 
entre os grãos em sedimentos 
e rochas sedimentares de 
estrutura granular.
Fissural: a água está presente 
nas fraturas e fendas das 
rochas cristalinas: Ex: 
granitos.
Cavernoso ou cárstico: a água 
está presente em cavidades 
produzidas pela dissolução 
causada pela água. Ex: 
mármores e calcários.
Tipos de aquíferos
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• Os aquíferos podem ainda ser classificados de acordo
com a pressão das águas nas suas superfícies limítrofes;
• Aquífero confinado: também chamado sob pressão, é aquele no qual a
pressão da água no topo é maior do que a pressão atmosférica. Pode ser
de dois tipos:
• Confinado drenante: é aquele no qual pelo menos uma das camadas
limítrofes é semi-permeável, permitindo a entrada ou saída de fluxos pelo
topo e/ou pela base, por drenança ascendente ou descendente.
• Confinado não-drenante: é aquele cujas camadas limítrofes, superior e
inferior, são impermeáveis.
• Aquífero livre: (também chamado de freático ou não confinado, é
aquele cujo limite superior é a superfície freática, na qual todos os
pontos se encontra a pressão atmosférica..
Tipos de aquíferos 
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• As áreas de recarga dos aquíferos confinados são aquiferos livres através
dos quais os excessos de água da chuva conseguem penetrar por infiltração.
• A magnitude e a direção das filtrações verticais ou drenanças são
determinadas pelas elevações das superfícies potenciométricas de cada um
desses aquíferos.
• Aquífero suspenso – caso especial do aquifero livre formado sobre uma camada
impermeável ou semipermeável de extensão limitada e situada entre a superfície
freática regional e o nível do terreno.
Tipos de aquíferos 
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Freáticos ou livres: possuem uma superfície 
freática (lençol freático), que é a superfície 
superior da camada saturada, sujeita à pressão 
atmosférica .
Artesianos ou confinados: são camadas 
geológicas saturadas sujeitas a pressão maior 
que a atmosférica, devido à existência de uma 
camada confinante pouco permeável 
(aquitarde).
Principais aquíferos do mundo 
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• Guarani
• Alter do Chão
• Arenito Núbia – Líbia, Egito (2 milhões
de km²)
• Kalaharij Karoo – Naníbia, Bostwana,
Áfria do Sul (135 mil km²)
• Digital Water Way – Alemanha,
Holanda (7,5 mil km²)
• Praded – República Checa e Polônia
(3,3 mil km²)
• Grande Bacia Artesiana – Austrália
(1,7milhões de km²)
• Bacia Murray – Austrália (297 mil km²)
Aquíferos 
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Distribuição vertical
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• O movimento descendente da água que infiltra continua devido à ação da
gravidade, preenchendo os vazios do subsolo (poros e fraturas), acumulando-se
ao encontrar barreiras menos permeáveis, que se denomina zona saturada;
• A água acumulada na zona saturada não fica estagnada. O movimento pode
continuar descente contribuindo para a recarga de aquíferos subjacentes;
• Nas áreas em que o aquífero está confinado por outra camada geológica, a
recarga é dita indireta, já que a água deve vencer a barreira imposta pela camada
confinante até atingir o aquífero;
• Como na maioria das vezes o aquífero confinado encontra-se sob pressão, a água
tem tendência de fluxo ascendente, dificultando mais ainda o movimento
descendente;
• Isso demonstra que as águas armazenadas em aquíferos confinados quando
utilizadas terão sua reposição lenta ou quase nula.
Distribuição vertical
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• A água contida no solo e nas formações geológicas é dividida ao logo da
vertical basicamente em duas zonas, de acordo com a proporção relativa do
espaço poroso que é ocupado pela água.
Superfície freática• Definida como o lugar geométrico dos pontos em que a água se encontra
submetida à pressão atmosférica.
Zona saturada ou zona de saturação
• Fica abaixo da superfície freática e nela todos os vazios existentes no
terreno estão preenchidos com água.
Zona não saturada, zona de aeração ou zona vadosa (≅rasa)
• situa-se entre a superfície freática e a superfície do terreno e nela os poros
estão parcialmente preenchidos por gases (principalmente vapor de água) e
por água.
Distribuição vertical
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• De baixo para cima essa zona divide-se em três partes:
• Zona capilar;
• Zona intermediária;
• Zona de água no solo ou zona de evapotranspiração.
Distribuição vertical
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ZONA CAPILAR
• Se estende da superfície até o limite de ascensão capilar da água. A sua espessura
depende, principalmente, da distribuição de tamanho dos poros e da homogeneidade
do terreno.
• Próximo da superfície freática os poros encontram-se, praticamente, saturados. Por
outro lado, nas partes superiores, apenas os poros menores estão preenchidos com
água, criando uma forma irregular de na distribuição de água.
• Adota-se o conceito de franja capilar como um limite abaixo do qual o solo é
considerado praticamente saturado (próximo de 75%).
ZONA INTERMEDIÁRIA
• Compreendida entre o limite de ascensão capilar da água e o limite de alcance das
raízes das plantas.
• A umidade existente nesta zona origina-se de água capilar isolada, fora do alcance das
raízes e a água de retenção por forças não capilares.
Distribuição vertical
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ZONA DE ÁGUA DO SOLO OU ZONA DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO
• Situa-se entre os extremos radiculares da vegetação e a superfície do
terreno. Sua espessura, portanto, pode variar de acordo com a cobertura
vegetal.
• Nesse domínio as plantas utilizam, para a suas funções de transpiração e
nutrição, água capilar isolada ou suspensa.
Nas regiões áridas e semi-áridas, os processos de evaporação 
e transpiração prevalecem, dificultando a infiltração da água 
até a zona saturada.
O limite entre as zonas não saturada e saturada é comumente chamado 
de lençol freático. Quando perfuramos um poço raso, o nível da água 
observado representa a profundidade do lençol freático naquele ponto, o 
qual e chamado de nível freático, nível d’água.
A profundidade do nível d’água pode variar ao longo do ano, pois sofre ação da variação do 
clima. Assim, em período chuvosos, há maior infiltração de água e o nível do lençol freático 
se eleva. No período de estiagem, com pouca infiltração e maior processo de 
evapotranspiração, o nível da água pode ficar mais profundo.
Geologia da água subterrânea
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• A natureza e a distribuição dos aquiferos e aquitards são controladas pela
litologia, estratigrafia e estrutura das formações geológicas.
• Litologia: trata da composição mineral, da distribuição de tramanho dos grãos e
do grau de compactação dos sedimentos ou rochas constituintes do arcabouço
geológico.
• Estratigrafia: descreve as relações geométricas e cronológicas entre os vários
elementos constituintes do sistema geológico.
• Estrutura: diz respeito às características geométricas produzidas no sistema
geológico por deformação após deposição ou cristalização, como é o caso das
juntas, fraturas, falhas e dobras.
→ O conhecimento da geologia de uma região, isto é, da sua litoestratigrafia e
estrutura, é o ponto de partida para a compreensão da distribuição espacial
dos aquiferos e equitards.
Fatores de risco
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Fatores de risco 
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• Em função da crescente demanda, as águas subterrâneas estão sob forte
pressão;
• A superexplotação, ou seja, a extração de água em volume maior do que o
reposto pela natureza, pode provocar a redução da quantidade de água que
abastece os rios, a seca de nascentes, o esgotamento dos reservatórios, e
vários outros impactos negativos;
• Somam-se a esses os problemas relacionados com a contaminação das
águas pelas atividades humanas, sendo as principais fontes de poluição:
• Esgotos domésticos e industriais
• Fossas sépticas
• Vazamentos, por exemplo, de postos de gasolina
• Lixões
• Agrotóxicos
• Poços mal instalados ou abandonados, etc.
Ações necessárias 
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• Para que se possa atribuir às águas subterrâneas seu devido valor como
recurso estratégico e importante fonte de abastecimento, são necessárias
ações no sentido de:
• Ampliar os conhecimentos técnicos,
• Implantar uma rede de monitoramento efetiva
• Implementar a gestão integrada das águas subterrâneas e superficiais
• Capacitação de técnicos, gestores e da sociedade em geral.
Informações pertinentes 
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• No Brasil, mesmo sem um controle rigoroso sobre o uso das águas
subterrâneas, 61% da população é abastecida com água subterrânea, sendo
que 43% através de poções tubulares, 12% por fontes ou nascentes e 6%
por poços escavados (tipo amazonas);
• No Nordeste, parcelas significativas do abastecimento público de várias
cidades importantes (por exemplo, Maceió, Recife e Olinda, Natal e
Mossoró) são fornecidas por poços.
• Enquanto as águas superficiais se renovam em períodos muito curtos, as
águas subterrâneas são águas armazenadas que se acumularam ao longo de
milhares de anos, em condições naturais, numa situação de quase
equilíbrio, o seu movimento é muito lento, implicando em tempo de
trânsito muito longo.
Informações pertinentes 
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