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Movimento das águas subterrâneas Marcos Filgueiras Jorge Descrição Movimento das águas subterrâneas (distribuição, escoamento, recarga, poluição) para sua adequada exploração. Propósito O estudo do movimento de águas subterrâneas é essencial para a formação de profissionais com competência e habilidades para identificar o escoamento dessas águas, analisar os poços, a recarga e a poluição das águas subterrâneas. Dessa forma, esses profissionais poderão adotar medidas que favoreçam sua apropriada exploração. Objetivos Módulo 1 Estrutura e escoamento de águas subterrâneas Identificar o escoamento das águas subterrâneas. Módulo 2 Análise e exploração de poços Analisar poços. Módulo 3 Análise de recarga de águas subterrâneas Analisar a recarga de águas subterrâneas. Módulo 4 A poluição das águas subterrâneas Reconhecer a poluição das águas subterrâneas. Introdução Assista ao vídeo a seguir para entender sobre o movimento das águas subterrâneas. AVISO: orientações sobre unidades de medida. Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades. 1 - Estrutura e escoamento de águas subterrâneas Identi�car o escoamento das águas subterrâneas. Introdução O escoamento das águas subterrâneas Conceitos iniciais sobre escoamento de águas subterrâneas Após uma precipitação intensa, parte da água escoa superficialmente e outra parte fica armazenada na superfície que por sua vez infiltra no solo. Essa porção que infiltra, a depender da lâmina, escoará pelo solo até atingir uma camada impermeável ou uma região saturada. É esse processo que permite que os rios escoem por longos períodos sem a ocorrência de chuvas. Sendo assim, neste módulo, estudaremos os conceitos relacionados ao movimento de água subterrânea, os tipos de aquíferos e as equações que regem esse processo. Distribuição das águas subterrâneas Após a infiltração a água se distribui, de acordo com os potenciais de água no solo, veja: Potencial menor que zero Parte da água fica armazenada na matriz do solo. Essa região é chamada de zona não saturada ou de aeração, e está situada na camada mais superficial do solo, onde ocorre o desenvolvimento radicular das plantas. Potencial próximo ou maior que zero Parte da água é drenada naturalmente em profundidade, no processo chamado de percolação. Isso ocorre devido à força da gravidade e acontece quando o potencial de água é próximo ou superior a zero. No caso da distribuição das águas subterrâneas, a água se movimentará até encontrar uma camada impermeável ou com permeabilidade muito baixa, o que impede a sua passagem, fazendo com que a água preencha completamente os poros do solo, formando uma zona saturada, também chamada de zona freática. O limite entre a zona saturada e não saturada é chamada de superfície freática, cujo potencial de água no solo é zero. Distribuição vertical da água subterrânea. A água subterrânea é conceitualmente a armazenada na zona de saturação, cujo fluxo é chamado de escoamento subterrâneo, ou seja, o escoamento é o movimento da água que ocorre na zona de saturação, o que não deve ser confundido com o fluxo de água na zona não saturada, definido como redistribuição de água no solo. A água subterrânea é uma reserva hídrica de grande importância, uma vez que corresponde a 97% da água doce do planeta, sendo esses reservatórios chamados de aquíferos, os quais serão estudados com detalhe a seguir. A disponibilidade de água subterrânea, assim como a água superficial, é bastante variável geograficamente, em função das diferenças espaciais das caraterísticas geológicas. Sendo assim, o Brasil foi dividido em dez províncias hidrogeológicas, as quais apresentam características semelhantes de armazenamento, circulação e qualidade da água. Essas províncias são: Escudo Setentrional Amazonas Escudo Central Parnaíba São Francisco Escudo Oriental Paraná Escudo Meridional Centro-Oeste Costeira A posição geográfica de cada província está apresentada na imagem a seguir. Províncias hidrogeológicas do Brasil. Em cada província temos diversos aquíferos com grande destaque, como, por exemplo: Aquífero Guarani Considerado um dos maiores do mundo e com muita importância econômica. Aquífero Açu Aquífero importante, pois abastece indústria e irrigação. Aquíferos do Parnaíba Tem destaque pela alta produtividade dos poços. Na imagem a seguir, podemos observar os principais aquíferos do Brasil. Principais aquíferos do Brasil. Na imagem a seguir está apresentado o mapa de vazão dos poços nas diferentes províncias hidrogeologias do Brasil, sendo mostradas quatro classes de vazão . O destaque está para o cristalino do semiárido, que apresenta o menor potencial de exploração. Potencial de vazão dos poços no Brasil. (< 1; 1 a 5; 5 a 10 e > 10 m3h−1m−1) Aquíferos É denominado de aquífero o manancial que dispõe de água armazenada na zona saturada, e permite o fluxo natural da água em quantidades consideráveis, sendo possível a sua extração. Portanto, nem toda água armazenada na zona saturada do subsolo deve ser chamada de aquífero. Para entender melhor, veja a diferença entre aquífero e aquiclude a seguir: Aquífero Quando se tem água armazenada e ocorre o fluxo natural dela. Como o aquífero pressupõe o movimento da água, é necessária a formação geológica permeável como areias e arenitos. Aquiclude Quando se tem água armazenada, mesmo em grandes quantidades, mas não ocorre fluxo de água naturalmente, é chamado de aquiclude (é o caso de camadas impermeáveis de argila). O armazenamento de água em um aquífero depende basicamente da porosidade efetiva (também chamada de porosidade drenável), que relaciona o volume de água drenável naturalmente pelo volume total do estrato saturado. Essa é a porção da água armazenada no aquífero de interesse prático, pois pode ser aproveitada pelo homem, por meio do bombeamento de poços ou pela captação em rios e nascentes. Em relação à função das características do aquífero, ele pode ser classificado conforme à permeabilidade e à pressão da camada limítrofe como: Aquífero confinado Aquífero livre (também chamado de aquífero não confinado ou freático) Na imagem a seguir observamos os diferentes tipos de aquíferos. Tipos de aquíferos. Esquema com os principais tipos de aquíferos. Os aquíferos livres ou freáticos são delimitados na parte superior pela superfície freática (limite entre a zona saturada e não saturada) e na parte inferior por uma camada semipermeável ou impermeável. Dependendo do tipo da camada na parte inferior, o aquífero poderá ser de tipos diferentes, veja: Aquífero drenante Quando a camada inferior é semipermeável o aquífero é dito livre drenante. Aquífero não drenante Quando a camada inferior é impermeável o aquífero é dito livre não drenante. Do ponto de vista da agricultura, o aquífero tem grande importância, uma vez que parte das necessidades hídricas das plantas pode ser suprida por meio da ascensão capilar. Mas caso a água atinja a zona radicular das plantas, poderá causar prejuízos com redução da produtividade, sendo necessária a implantação de sistemas de drenagem. Os aquíferos confinados são delimitados por duas camadas semipermeável ou impermeável, o que proporciona uma condição em que a pressão na camada superior é superior a zero, de modo que quando um poço é escavado nesse aquífero, o nível de água no poço ficará acima do limite superior do aquífero, podendo até atingir a superfície do solo em casos muito específicos (chamados de poços jorrantes). Relembrando Quando uma das camadas é semipermeável, o aquífero é chamado de drenante, sendo que parte da água pode ser perdida por essa camada. Quandoambas as camadas são impermeáveis, o aquífero é dito não drenante. Os aquíferos confinados têm muita importância econômica, uma vez que são explorados por diversos setores como abastecimento de água, indústria e irrigação. Quando são drenantes com fluxo ascendente, podem causar problemas de drenagem para as culturas, por conta do fenômeno denominado de seepage, que é a elevação do nível do lençol freático, pela entrada de água procedente de um aquífero confinado drenante. Escoamento em meios porosos O fluxo de água em um meio poroso, como o caso dos aquíferos, ocorre por conta da diferença de potencial na entrada e na saída e da condutividade hidráulica do meio poroso. Considerando um meio poroso contido em um conduto com seção transversal conhecida e sujeita a uma diferença de potencial, conforme a imagem a seguir, podemos facilmente constatar que quanto maior a diferença de potencial (que corresponde à diferença de pressão entre as duas extremidades), maior será a vazão escoada pelo meio poroso. Além disso, quanto maior for o comprimento da bancada, menor será a vazão e, por fim, quanto maior a área transversal, maior a vazão. Essas constatações foram feitas por Henry Darcy em 1856, estudando o fluxo de água em filtros de areia. Ele propôs a chamada lei de Darcy (equação a seguir), por meio da qual é possível determinar a taxa de fluxo em um meio poroso homogêneo de condutividade hidráulica conhecida. Esquema de uma bancada de ensaio para a obtenção da lei de Darcy. Rotacione a tela. A variável q é chamada de taxa de fluxo e representa a vazão por unidade de área, o que não deve ser confundida com a velocidade do fluido, uma vez que o fluxo ocorre em um meio poroso, ou seja, parte dos espaços são preenchidos com partículas sólidas. Saiba mais Alguns autores a definem como velocidade de Darcy. A relação entre a diferença de potencial e a distância é chamada de gradiente hidráulico, já a constante K foi definida por Darcy como condutividade hidráulica e representa as características do meio poroso e do fluido. Atenção! O sinal negativo da equação indica que o fluxo ocorrerá no sentido contrário ao do gradiente hidráulico, ou seja, o potencial diminui no sentido do fluxo. As características do meio poroso que intervêm na condutividade hidráulica são porosidade, forma, arranjo e distribuição das partículas, enquanto a viscosidade cinemática e o peso específico representam as características do fluido. Sendo assim, a condutividade hidráulica representa a facilidade de o meio poroso conduzir o fluido. q = QA = −K △h △L △h/△L Cabe ressaltar que tanto o peso específico, como a viscosidade variam com a temperatura, desse modo, foi convencionado que a condutividade deve ser expressa para as condições padrão de laboratório de 15,6°C , podendo ser corrigida para outras temperaturas em função da viscosidade cinemática ( viscosidade cinemática a 15,6°C, e - viscosidade cinemática na temperatura desejada), conforme apresentamos na equação a seguir: Rotacione a tela. A condutividade hidráulica é expressa normalmente em cm/s ou m/s, sendo comum expressão em m/d quando o objetivo é o dimensionamento de sistemas de drenagem agrícola. Para que possamos caracterizar o meio poroso, visto que a condutividade hidráulica depende de características do fluido, podemos fazer uso do conceito de permeabilidade intrínseca , que é a relação entre a condutividade hidráulica, a viscosidade cinemática e o peso específico do fluido , sendo expressa normalmente em cm2. Na tabela a seguir podemos observar os valores de permeabilidade intrínseca para alguns materiais porosos. /D Metro por dia Material Permeabilidade intrínseca (cm2) Argila 10-14 a 10-11 Silte 10-11 a 10-9 Areia fina 10-10 a 10-8 Cascalho 10-7 a 10-5 Tabela: Permeabilidade intrínseca de alguns materiais porosos Adaptado de Feitosa et al., 2008, p. 79. (k15) υ15− υ K = K15 υ15 υ (k) (K = (k×2g)/υ) A equação de Darcy foi desenvolvida para descrever o fluxo unidirecional, ou seja, o fluxo se dá em uma direção. Entretanto, sabe-se que essa equação pode ser generalizada a fluxos tridimensionais ou bidimensionais. Nesse caso, a taxa de fluxo e o gradiente hidráulico tornam-se vetores, e a condutividade hidráulica um tensor Escoamento em regime permanente Consideramos que o fluxo ocorre em regime permanente quando a velocidade ou vazão em ponto de observação se mantém constante no tempo. No caso do fluxo em meios porosos naturais, como os aquíferos, só ocorre o regime permanente em condições específicas e durante um período bem definido, sendo comum serem adotadas simplificações ou aproximações para adoção desse regime na modelagem do fluxo de água em meio poroso. Exemplo Um exemplo de regime permanente ocorre durante o bombeamento de água em poços de alguns aquíferos. Após certo tempo de bombeamento, a vazão que flui do aquífero para o poço e a vazão captada entram em equilíbrio, ou seja, não há variações de velocidade enquanto as vazões se mantêm equilibradas, o que é chamado de equilíbrio e será tratado no módulo 2. No caso de bombeamento em poços, o regime permanente ocorre com mais frequência em aquíferos freáticos próximos a uma fonte de água superficial, de modo que o aquífero se comporta como um meio transmissor de água e não como um fornecedor. Em aquíferos confinados dificilmente isso ocorre, de modo que, teoricamente, o tempo de equilíbrio é infinito. Entretanto, do ponto de vista prático, podemos considerar que o regime permanente se desenvolve nessas condições. → q = k∇ → h Esquema do desenvolvimento do regime permanente em um aquífero freático com captação de água em um poço próximo a um rio. A suposição do regime permanente no escoamento subterrâneo é, muitas vezes, uma forma de simplificar a solução de equações matemáticas, como o caso da equação geral de escoamento em um aquífero freático homogêneo e isotrópico, apresentada a seguir, que não é linear, o que dificulta a sua solução. Rotacione a tela. Considerando o regime permanente, temos conceitualmente que a variação da velocidade no tempo é nula, então a equação acima se torna linear, o que pode ser resolvido de forma mais fácil por métodos computacionais. De uma maneira mais simples, vamos considerar um aquífero confinado, com espessura e com carga hidráulica e , distantes (direção x), conforme a imagem a seguir. Nesse caso, estabelecemos que não há fluxo vertical (direção z), uma vez que o aquífero é confinado. Além disso, estimamos que o gradiente hidráulico na direção y é nulo (direção transversal a L), ou seja, temos um escoamento unidirecional. Desse modo, considerando o regime permanente, podemos calcular a vazão que atravessa uma largura unitária do aquífero por meio da equação de Darcy. Esquema de um aquífero confinado, com linha piezométrica. Rotacione a tela ∂ 2v ∂x2 + ∂ 2v ∂y2 + 2R K = S K√v ∂v ∂t D h1 h2 L Q = −KD. △h △x → Q = −KD. h1 − h2 L Q = −T . h1 − h2 L Rotacione a tela. O termo é chamado de transmissividade do aquífero e corresponde à taxa de escoamento em uma faixa vertical do aquífero com largura unitária, sob um gradiente hidráulico também unitário. Saiba mais Esse parâmetro é muito empregado no estudo de fluxos bidirecionais. Escoamentos bidimensionais O escoamento bidimensional ocorre quando o fluxo de água em uma das direções é inexistente ou desprezível, o que proporciona uma simplificação da equação geral de movimento de água subterrânea. Veja como acontece o fluxo da água em determinado tipo de aquífero: Aquífero con�nado O fluxo de água em uma das direções é inexistente ou desprezível. Isso ocorre no caso de aquíferos confinados em que camadas impermeáveis são paralelas e horizontais, as quais fazem com que o fluxo aconteça horizontalmente. Aquífero freático É considerado, pelas hipóteses de Dupuit, que o fluxo ocorre predominantemente na horizontal, pois a declividade da superfície freática é muito baixa, demodo que essa simplificação não compromete os resultados. Sendo assim, para essas situações e considerando um regime permanente, podemos expressar a equação de movimento de água subterrânea conforme a equação a seguir. KD = T Rotacione a tela. No caso em que o estrato saturado for isotrópico, a equação de fluxo bidirecional é simplificada para a equação de Laplace, a seguir. Representa a variação do gradiente em cada uma das direções e garante que as linhas de fluxo interceptam ortogonalmente as linhas que interligam os pontos de mesmo potencial, chamadas de linhas de equipotenciais. Rotacione a tela. Com base nessas informações, podemos identificar a direção do fluxo no meio poroso, bem como sua intensidade, desde que tenhamos conhecimento das linhas equipotenciais, que podem ser obtidas por meio de poços de observação no caso de aquíferos freáticos ou piezômetros em aquíferos confinados. Cabe ressaltar que só podemos garantir que as linhas de fluxo são perpendiculares às linhas equipotenciais se o meio for isotrópico e com a mesma escala em ambas as direções do mapa. Para geração das linhas equipotenciais e as linhas de fluxo, chamadas de redes de fluxo, podemos fazer uso do processo gráfico com traçado à mão livre ou com ferramentas computacionais. Nesse último caso, além da direção do fluxo é possível expressar a sua intensidade, por meio do vetor velocidade, que pode ser representado por um traçador de comprimento proporcional à velocidade, conforme podemos ver na imagem a seguir. Esquema de traçado manual das linhas de fluxo. Kx ∂ 2h ∂x2 + Ky ∂ 2h ∂y2 = 0 ∂ 2h ∂x2 + ∂ 2h ∂y2 = 0 Rede de fluxo e equipotenciais traçados com software gráfico. Além do fluxo em aquíferos, as redes de fluxo podem ser aplicadas no estudo da percolação em estruturas hidráulicas, barragens, canais, valas e estacas pranchas como podemos ver na imagem a seguir, na qual foi traçado a rede fluxo de água abaixo da barragem. Rede de fluxo abaixo de uma barragem. Durante o traçado das linhas de fluxo e equipotenciais, devemos ficar atentos para pelo menos duas regras: O ângulo entre as linhas de fluxo e equipotenciais é sempre de 90°. As linhas equipotenciais devem ter um ângulo de 90° com as barreiras impermeáveis e 0° com os contornos com carga constante. Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 A zona saturada é também denominada de Parabéns! A alternativa E está correta. Na zona freática, a água infiltra em profundidade até uma camada impermeável ou com uma permeabilidade muito baixa, possibilitando o preenchimento completo dos poros do solo, e o potencial é próximo ou superior a zero. Questão 2 O manancial onde a água fica armazenada na zona freática, possibilitando o natural fluxo da água em grandes quantidades sendo possível realizar a sua extração, denominamos de A zona impermeável. B zona permeável. C zona não saturada. D zona insaturada. E zona freática. A aquiclude. Parabéns! A alternativa D está correta. Nos aquíferos, ocorre naturalmente o fluxo da água e, para isso, o aquífero possui formação geológica permeável como arenitos e areias. B zona de contribuição. C escoamento rápido. D aquífero. E escoamento lento. 2 - Análise e exploração de poços Analisar poços. Introdução Poços Palavras iniciais sobre exploração de poços A água dos aquíferos é um importante manancial que pode ser aproveitado pelas mais diversas atividades. Uma forma de exploração desse imenso reservatório é por meio de poços, podendo abastecer atividades como irrigação, indústria, lazer, abastecimento público etc. Sendo assim, neste módulo estudaremos a exploração de poços, o regime de equilíbrio em poços freáticos e artesianos e o regime não permanente. Exploração de poços Os poços são classificados como artesianos ou freáticos. Os freáticos são aqueles que captam água de aquíferos livres (freáticos); os artesianos exploram água de aquíferos confinados ou semiconfinados, como podemos visualizar na imagem a seguir. No caso dos poços artesianos, eles podem ser jorrantes ou não, a depender da pressão na camada superior do aquífero. Esquema com os tipos de poços. Os poços jorrantes ocorrem quando a carga de pressão no aquífero confinado é maior que o desnível até a superfície do solo, de modo que, ao escavar o poço, a água jorra na superfície do solo sem a necessidade de bombeamento. Exemplo Dois exemplos no Brasil são os sistemas Aquífero do Parnaíba e Aquífero Guarani, que apresentam alguns pontos com poços jorrantes. Quando a carga de pressão é menor que o desnível entre a camada superior do aquífero e a superfície do solo, a água não atinge a superfície, o que demanda sistemas de bombeamento para a captação da água. Esses poços são comumente chamados de poços semiartesianos. Em função do método de perfuração, os poços são classificados como poços escavados manualmente, poços tubulares, galerias filtrantes, poços coletores com drenos horizontais simples e drenos radiais. Entretanto, em função da frequência de uso no Brasil, trataremos apenas dos dois primeiros. Os poços freáticos são chamados comumente de poços amazonas ou caipiras e são empregados normalmente no meio rural para a captação de pequenos volumes de água visando ao abastecimento de residências e à dessedentação animal, visto que dispõem de Poços freáticos baixas vazões. A sua escavação é feita manualmente e em geral apresenta diâmetro variando de 1 a 2 metros, profundidade total de no máximo 30 metros e a profundidade abaixo do lençol freático normalmente é inferior a 7 metros. Para garantir a estabilidade das paredes do poço, é comum o revestimento das paredes com alvenaria ou tubos de concreto. A capitação de água é feita normalmente com o uso de bombas centrífugas montadas no interior do poço e fixadas em bases flutuantes, ou com bombas submersas. Poço freático sendo escavado. Os poços tubulares, jorrantes ou não, são empregados para atender altas demandas, sendo a vazão do poço dependente das características geológicas do aquífero, podendo variar de dezenas a centenas de m3 h-1. A profundidade varia de 150m a 1000m, dependendo da profundidade do aquífero a ser explorado, sendo empregadas tubulações com diâmetro entre 4 e 24 polegadas, podendo ser de PVC, aço zincado ou aço inoxidável. Essa tubulação é colocada em toda a extensão do poço quando o aquífero é granular, mas quando o aquífero é formado por rochas fissuradas, o tubo é colocado apenas na parte inicial do poço. A captação de água é feita por meio de bombas submersas de múltiplos estágios e com eixo vertical, conhecidas popularmente como bombas tipo caneta. Poços tubulares Poços freáticos e artesianos Regime de equilíbrio em poços freáticos e artesianos Antes de iniciar o bombeamento de água em um aquífero, o nível de água no poço é chamado de nível estático do poço, sendo que no caso específico dos poços freáticos, esse nível corresponde ao nível da superfície freática (lençol freático). Entretanto, após iniciar a retirada de água do poço, o seu nível é rebaixado, sendo este nível definido como nível dinâmico do poço. Quanto maior for a vazão e o tempo de retirada, maior será o rebaixamento, de modo que, quando a retirada de água for interrompida, o poço levará um tempo para retomar o nível estático. Esse tempo é denominado de tempo de recuperação do poço. As alterações do nível do poço podem ser decorrentes do bombeamento do poço ou de poços situados na vizinhança, bem como de bombeamentos anteriores. Uma vez iniciado o bombeamento, o nível dinâmico é reduzido continuamente até atingir uma condição de equilíbrio entre a vazão bombeada e a vazão do poço. Desse momento em diante, o nível dinâmico do poço permanece estável durante o bombeamento com vazão constante, de modo que podemos dizer que o poço atingiu o regime de equilíbrio. Comentário Para facilitar o entendimento, trataremos de forma separada o regime de equilíbrioem poços freáticos e artesianos. Regime de equilíbrio em poços freáticos Na imagem a seguir, está apresentado o esquema ilustrativo do cone de rebaixamento do lençol freático (cone de depressão) em poço freático em equilíbrio em regime de equilíbrio (regime permanente). Para simplificar, assumimos que o estrato é isotrópico (a condutividade hidráulica é constante em todas as direções) e que o movimento da água se dá apenas horizontalmente, ou seja, o gradiente de potencial, é equivalente à declividade do lençol freático. Feitas essas simplificações e aplicando a equação de Darcy na forma diferencial, obtemos a equação de movimento da água em direção ao poço, cujo resultado, após integração, é dada pela equação a seguir. Cone de cone de depressão em poço freático. Rotacione a tela. Percebemos, por meio da equação acima, que a vazão do poço no regime de equilíbrio (Q) é função da condutividade hidráulica (K), do rebaixamento e do raio do poço (rp). O rebaixamento está expresso na diferença de carga hidráulica em um ponto qualquer, a uma distância r do poço (H) e a carga hidráulica no poço (Hp). Recomendação Recomendamos entrar com K em m h-1, H, H0, r e rp em metros, de modo que a unidade de vazão sairá em m3 h-1. O raio do cone de influência de poços freáticos varia de 100m a 150m, sendo que a vazão do poço pode sofrer interferência de poços vizinhos caso os cones de depressão se sobreponham. Regime de equilíbrio em poços artesianos Q = π×K(H 2−Hp2) ln( r rp ) Tomando como base as simplificações e os procedimentos feitos para poços freáticos e assumindo que o poço penetra toda a espessura do aquífero (dada por b), podemos expressar a vazão do poço em regime de equilíbrio, conforme a equação a seguir. Rotacione a tela. Poço em aquífero confinado. A vazão do poço é proporcional à condutividade hidráulica, à espessura do aquífero e à diferença entre o nível estático e o dinâmico, ou seja, quanto maior a vazão, maior será o rebaixamento. A descrição das variáveis da equação anterior é a mesma do primeiro item. Recomendação Quanto às unidades, recomendamos entrar com K em m h-1, b, h, h0, r e r0 em metros, de modo que a unidade de vazão sairá em m3 h-1. Um ponto importante na vazão de poços é o raio de cone de depressão que, de modo geral, variam de 1000m a 1500m. Sendo assim, se dois ou mais poços forem perfurados dentro desse espaço, a vazão será afetada, sendo mais afetada quanto mais próximos estiverem os poços. Regime não permanente Uma vez iniciado o bombeamento de água no poço, freático ou artesiano, sabemos que o nível dinâmico da água no poço será rebaixado continuamente até atingir o nível de equilíbrio. Durante esse tempo, a vazão bombeada e a vazão do poço são diferentes, o que caracteriza um regime não permanente. Em outras palavras, a vazão que flui do aquífero para o poço é variável no Q = 2π×K×b(h−hp) ln( r rp ) tempo, tomando como base o início do bombeamento até atingir a vazão de equilíbrio em que se estabelece o regime permanente. Poços de observação mostrando o cone de rebaixamento. O rebaixamento do poço depende do tempo de bombeamento (t), da vazão (Q), do coeficiente de transmissividade (T), do coeficiente de armazenamento (S) e do raio de influência (r), sendo que para tempos superiores a , até atingir o regime de equilíbrio, o rebaixamento pode ser determinado por meio da equação a seguir, conhecida como fórmula de Theis modificada por Jacob. Essa equação considera um meio isotrópico e homogêneo, do mesmo modo que fizemos para o regime permanente. Em outras palavras, é um modelo simplificado, que pode apresentar limitações. Entretanto, pode se mostrar uma importante ferramenta para o entendimento do comportamento do aquífero e de poços. Rotacione a tela. Recomendamos entrar com Q em m3 h-1, T em m3 h-1m-1, t em horas, r em metros, de modo que a unidade do rebaixamento sairá em metros. O coeficiente de armazenamento é adimensional, ou seja, não afeta a unidade da saída de equação. Atenção! É recomendada atenção nas unidades, pois o uso de unidades inconsistentes pode nos levar a informações equivocadas, principalmente quando se trata da caraterização do aquífero, conforme será apresentado adiante. O tempo em que o fluxo fica em regime não permanente depende das características hidráulicas do aquífero, sendo que, teoricamente, para um aquífero de dimensões infinitas esse tempo é também 25r2S T s = 0,183QT log 2,25T×t r2S infinito. Isso porque a água extraída é originária da compactação do extrato saturado e da descompressão da zona de redução de pressão, de modo que, com o passar do tempo, regiões cada vez mais distantes passam a contribuir com a vazão. Saiba mais Do ponto de vista prático, sabemos que, após certo tempo de bombeamento, as condições de regime permanente são atingidas. Essa equação pode ser empregada para determinação dos coeficientes de transmissividade e de armazenamento do aquífero. Para isso, é necessário que tenhamos dois poços a uma distância conhecida, seja medida a vazão retirada do poço e sejam monitorados os valores de rebaixamento para diferentes tempos de bombeamento. Com base nos dados coletados, podemos obter esses parâmetros por meio de processo gráfico, algébrico ou de regressão linear, a depender de disponibilidade de recursos tecnológicos. Cabe ressaltar que com a disponibilidade de planilhas eletrônicas a obtenção desses parâmetros por meio de regressão linear se tornou muito prático, além de proporcionar maior acurácia. Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 Os poços são classificados como A profundos e rasos. B alvenaria e concreto. Parabéns! A alternativa C está correta. Os poços são classificados como freáticos ou artesianos. Nesse sentido, os poços freáticos são aqueles que exploram água de aquíferos livres (freáticos). Já os poços artesianos captam água de aquíferos semiconfinados ou confinados. Questão 2 Em um aquífero, antes de começarmos o bombeamento da água, chamamos o nível de água do poço de C artesianos e freáticos. D zona saturada e profundos. E artesianos e profundos. A nível estático do poço. B nível positivo. C nível dinâmico. D nível de movimentação. E nível de controle. Parabéns! A alternativa A está correta. Antes de começarmos o bombeamento de água em um aquífero, o nível de água no poço é denominado nível estático do poço. Nesse sentido, para poços freáticos, dizemos que esse nível representa o nível da superfície freática. 3 - Análise de recarga de águas subterrâneas Analisar a recarga de águas subterrâneas. Introdução A recarga de águas subterrâneas Preliminares sobre exploração da água A exploração da água deve ser feita de forma sustentável, de modo a garantir que este recurso natural possa ser explorado de forma contínua. Para isso, é necessário que os órgãos de controle tenham conhecimento do potencial do aquífero, visando a um regime de equilíbrio entre a retirada de água e a sua reposição natural, com o mínimo de impactos aos ecossistemas. Essa reposição ocorre principalmente por meio das precipitações pluviométricas, em que parte da lâmina infiltra no solo e percola em profundidade nas zonas de recarga dos aquíferos. Recarga de aquíferos A recarga dos aquíferos é definida como o reabastecimento dos aquíferos, principalmente por meio de precipitações, podendo em alguns casos ser proveniente de lagos e rios ou mesmo de atividades humanas que distribuem água no solo, como a irrigação. Sendo assim, a recarga de um aquífero é a entrada de água no aquífero advinda da zona de aeração e da percolação lateral. A área de recarga é a região geográfica onde ocorre a recarga do aquífero. Essa região depende se o aquífero é freático ou artesiano, veja: Aquíferos artesianos A área de recarga está normalmente nas partes mais elevadas do relevo, como no topo de montanhas ou planaltos, onde ocorre o afloramento da camada impermeável.Aquíferos freáticos A recarga pode ocorrer em diversos pontos do aquífero a depender das características de permeabilidade do solo e da distribuição de chuva, sendo que, de modo geral, as variações de armazenamento nesses aquíferos ocorre de forma mais dinâmica que nos aquíferos artesianos, ou seja, o tempo entre os eventos de precipitação e a recarga do aquífero é mais curto. Esquema apresentando as diferentes partes e tipos de aquíferos. Apesar da precipitação ser um dos principais componentes da recarga dos aquíferos, a sua contribuição é dependente da lâmina ao longo do tempo e das caraterísticas da área de recarga, de modo que mesmo precipitações intensas ou com lâminas elevadas podem não contribuir com a recarga, a depender do déficit hídrico antecedente à precipitação, pois nesse caso a lâmina de água infiltrada irá primeiramente elevar a umidade do solo até que as forças matriciais do solo sejam inferiores à força gravitacional, fazendo com que ocorra a percolação profunda. Desse modo, a recarga passa a acontecer de forma efetiva após vários eventos sequenciais de precipitação, principalmente na época das chuvas. Além da lâmina de chuva acumulada, as características de cobertura vegetal são muito importantes, pois afetam a fração da precipitação que infiltra no solo, ou seja, quando a área de recarga sofre alterações da cobertura vegetal, como a remoção da vegetação (desmatamento), a recarga do aquífero será reduzida e consequentemente a capacidade do aquífero será afetada. Entretanto, as medidas de recuperação de áreas degradadas proporcionarão efeitos positivos em longo prazo, fazendo com que a disponibilidade hídrica seja ampliada, pois com a recomposição da cobertura vegetal, o componente de infiltração de água aumenta por causa de vários fatores, como melhoria da permeabilidade, aumento da rugosidade da superfície e redução do impacto direto das gotas de chuva sobre o solo. Tipos de recarga A recarga dos aquíferos pode classificada em função da fonte de água e do tempo de recarga. Para facilitar o entendimento, trataremos primeiro da classificação da fonte e depois a classificação para o tempo. No que se refere à fonte, a recarga pode ser classificada como recarga direta, recarga indireta e recarga localizada. A recarga direta é predominante em relação às outras formas de recarga para a maioria dos aquíferos. Entenda a diferença entre elas: Recarga direta Ocorre quando a fonte da água é a precipitação, de modo que a água infiltra no solo, percola em profundidade até atingir o aquífero. Sendo assim, é uma fração da lâmina total precipitada que passa pela zona não saturada e contribui com o armazenamento do aquífero. Recarga indireta É definida como sendo a recarga de origem natural ou não natural, seja pela aplicação de água em excesso em atividades, como irrigação e atividades urbanas, ou quando a fonte de água é a água armazenada na superfície topográfica do terreno, como lagos, rios etc. Recarga localizada Ocorre de forma pontual como o próprio nome sugere, e é decorrente de infiltração lateral ao longo de curtas distâncias. Em relação ao tempo, a recarga pode ser classificada como curta, sazonal, perene ou histórica. Recarga curta Ocorre logo após um evento de precipitação de grande magnitude, ou seja, evento de chuva capaz de abastecer o reservatório do solo e ainda percolar água em profundidade. Recarga sazonal Ocorre em momentos específicos do ano como, por exemplo, durante o degelo em regiões temperadas ou o período chuvoso em regiões úmidas. No caso do Brasil, essa condição é observada no período de novembro a março na maior parte do nosso território. Recarga perene Ocorre principalmente em regiões úmidas em que as precipitações pluviométricas são bem distribuídas ao longo do ano. Recarga histórica É aquela que ocorreu durante determinado período geológico e proporcionou a reserva de água atual do aquífero. A classificação da recarga do aquífero é importante do ponto de vista de manejo e gerenciamento dele, pois a depender do tipo de aquífero no que se refere à fonte de água, ou ao tempo de ocorrência da recarga, as estratégias devem ser diferentes. Entenda: Aquíferos com recargas diretas Devemos nos atentar para preservar a cobertura vegetal da área de recarga, de modo a contribuir com o aumento da infiltração de água no solo. Aquíferos com recargas indiretas Devemos ter cautela com a qualidade da água aplicada, tendo em vista que, em longo prazo, podemos proporcionar a contaminação do aquífero, principalmente por produtos químicos. Estimativa da recarga Estimativa da recarga de um aquífero O conhecimento da recarga de um aquífero é de extrema importância para o planejamento do uso da água subterrânea e até mesmo para gerenciamento de bacias hidrográficas, uma vez que as nascentes são alimentadas pelo aquíferos, sejam eles freáticos ou artesianos. Sendo assim, para que os gestores possam fazer um planejamento adequado, é necessário o conhecimento dessa variável, obtida por meio de estudos que permitam sua estimativa. A estimativa da recarga de um aquífero pode ser realizada com diferentes abordagens. Entretanto, trataremos a seguir apenas do método do balanço hídrico, destinado à obtenção da recarga profunda e do método da flutuação da superfície freática, destinada à obtenção da recarga direta. Esses métodos foram selecionados em consequência da simplicidade e aplicabilidade dos métodos. Determinação da recarga direta pelo método da �utuação da superfície freática Esse método é o mais empregado na prática, porém, só é aplicável a aquíferos freáticos, sendo necessário o conhecimento de variáveis como o rendimento específico e do conhecimento do perfil da variação do lençol freático ao longo do tempo, ou seja, a taxa de variação do lençol freático . A equação para a determinação é baseada na equação a seguir. Rotacione a tela. Esse modelo apresenta algumas simplificações de ordem prática no que se refere ao balanço de água, sendo considerado que toda água que entra no lençol freático é imediatamente armazenada e todos os outros componentes do balanço hídrico subterrâneo podem ser consideradas nulas em um intervalo de tempo curto. Para o caso de aquíferos freáticos, o rendimento específico é equivalente à porosidade drenável, ou seja, é a fração do volume de poros em que a água é drenada pela ação da gravidade. A taxa de variação do lençol freático pode ser obtida por meio de medidas em poço de observação ao longo do tempo, como podemos observar a seguir. Gráfico: Extrapolação da curva de recessão do nível de água para estimativa da recarga. Extraído de: Barreto et al., 2020. (Sy) ( dhdt = △h △t ) R = Sy dh dt = Sy △h △t Perceba que ∆h é obtido pela projeção da tendência de queda do nível de água no poço de observação. Esse procedimento é recomendado por conta da diferença entre o tempo de início da precipitação e o início da elevação do lençol freático. Ao utilizar esse método, devemos observar as suas limitações ou as condições que apresentam melhores resultados, sendo que as principais são: Condição 1 Aquíferos freáticos rasos, pois estes apresentam variações súbitas do nível de água o que é uma demanda do método. Condição 2 Os poços devem ser alocados de modo a garantir a representatividade das informações, o que, em alguns casos, é um pouco difícil, em função da variabilidade espacial. Condição 3 Conhecimento do rendimento e sua variabilidade podem ser pontos limitantes. Determinação da recarga profunda pelo método do balanço hídrico O balanço hídrico envolve a quantificação ou estimativa de todos os componentes de entrada e saída de água no solo. Quando se avalia o balanço de água na zona saturada, podemos facilmente obter a estimativa da recarga profunda por meio da equação a seguir, em que é o rendimento específico, é a variação do nível de água no poço de observação, é o escoamento base e é recarga direta. Rotacione a tela. O escoamentobase pode ser calculado a partir das medições de vazão do rio alimentado pelo (Rp) Sy Δh qb Rd Rp = Sy△h − qb + Rd aquífero, enquanto a recarga direta é estimada conforme o item anterior (método da flutuação da superfície freática). Esse método apresenta a vantagem de fazer uso de variáveis de fácil medição do escoamento superficial e nível de água. Por outro lado, a acurácia dessas medidas pode comprometer o seu resultado. Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 Podemos definir a recarga dos aquíferos como Parabéns! A alternativa B está correta. A poços artesianos. B reabastecimento dos aquíferos. C zona saturada. D exploração dos poços. E zona de aeração. Reabastecimento dos aquíferos é a definição da recarga dos aquíferos e acontece especialmente por meio de precipitações, podendo, em alguns casos, ser proveniente de lagos e rios ou mesmo de atividades humanas que distribuem água no solo, como a irrigação. Sendo assim, a recarga de um aquífero é a entrada de água no aquífero no tempo, proveniente da zona de aeração e da percolação lateral. Questão 2 ________________ e _________ são as classificações da recarga dos aquíferos. Parabéns! A alternativa E está correta. Podemos dizer que a recarga dos aquíferos é classificada em função do tempo de recarga e da fonte de água. A Zona satura e zona não saturada B Poços e zona saturada C Zona não saturada e poços D Tempo de recarga e poços E Fonte de água e tempo de recarga 4 - A poluição das águas subterrâneas Reconhecer a poluição das águas subterrâneas. Introdução Poluição das águas subterrâneas Palavras iniciais sobre aquíferos contaminados Os aquíferos têm uma caraterística de serem bem menos vulneráveis à contaminação que os mananciais superficiais, uma vez que o fluxo de água se dá de forma muito mais lenta e o solo tem a capacidade de adsorção de tal maneira que a zona de aeração (não saturada) funciona como um filtro. Desse modo, o processo de contaminação geralmente ocorre de forma muito lenta. Entretanto, devemos ter muita cautela em relação aos aquíferos, pois uma vez contaminados, a dificuldade para a sua recuperação também é maior, inclusive podendo envolver custos muito elevados, o que pode tornar economicamente inviável a sua recuperação. Conceitos e fundamentos básicos O termo poluição de águas subterrâneas se refere às alterações por meios artificiais que possam comprometer a qualidade físico-química da água, de acordo com os padrões preestabelecidos para as diferentes finalidades em que a água será aplicada. Desse modo, uma fonte de água pode ser considerada poluída para uma atividade e não poluída para outra. Exemplo Uma água em que a concentração salina foi elevada pode ser considerada poluída para aplicação na irrigação, mas pode não ser para atividades de lazer. Além disso, é muito importante diferenciarmos os termos poluição e contaminação, tendo em vista que o primeiro é mais amplo do que segundo. Resumindo Toda contaminação é poluição, mas o contrário nem sempre é verdadeiro. Consideramos que uma água está contaminada quando ela apresenta níveis de radioatividade, substâncias tóxicas e patógenos que possam oferecer riscos à saúde humana. Devido à maior aplicabilidade às águas subterrâneas, daremos mais enfoque ao estudo da contaminação. Do ponto de vista de distribuição espacial, a poluição pode ser pontual, difusa ou linear, sendo que o conhecimento de cada tipo é de extrema importância para a tomada de decisão quanto às ações mitigadoras. Entenda cada um dos tipos de poluição a seguir: Poluição pontual Dizemos que a poluição ou contaminação de um aquífero é pontual quando está concentrada em uma área pequena, como, por exemplo, em um poço. Poluição difusa É a aquela que ocorre de forma abrangente, ou seja, ao longo de grandes extensões, mesmo que em baixas concentrações, como, por exemplo, a lixiviação de produtos químicos na agricultura ou em áreas urbanas. Poluição linear Ocorre quando um rio ou um canal é contaminado e com isso passa a ser uma fonte de contaminação das águas subterrâneas ao longo de sua extensão. Independentemente do tipo de contaminação, podemos dizer que ela pode ser oriunda de todas as atividades humanas, como indústria, mineração, atividades urbanas e agricultura. Indústria As principais preocupações estão relacionadas com a disposição de água com elementos químicos, agentes patógenos e radiativos, ou mesmo acidentes com os produtos químicos empregados por ela. Atividades de mineração Provocam grandes danos com as disposições de rejeitos e acidentes com a ruptura de barragens. Atividades urbanas Também proporcionam imensos impactos para as águas subterrâneas, principalmente com esgotos sanitários e chorumes provenientes do tratamento ou da disposição de lixo. Agricultura A maior preocupação é com a disposição de produtos, como fertilizantes e agroquímicos, que podem percolar em profundidade e atingir os aquíferos. Formas de contaminação das águas subterrâneas As principais formas de contaminação dos aquíferos acontecem por meio de contaminações diretas que ocorrem em poços abandonados ou mal construídos, ou de forma indireta, em que o contaminante já passou por transformações entre o ponto de origem e o aquífero. A origem desses contaminantes, em geral, está associada às atividades de mineração, industriais, atividades agrícolas e esgotos sanitários. Nas figuras a seguir podemos observar diferentes formas de contaminação indireta dos aquíferos. Formas de contaminação de aquífero confinado a partir de contaminantes do aquífero freático. Contaminação da água do poço por uma foça séptica e pela infiltração de água residuária proveniente da irrigação. A disposição de resíduos sólidos no solo pode proporcionar a liberação de contaminantes no solo, que, com o passar do tempo, podem ser lixiviados e percolados para a zona saturada e consequentemente contaminar os aquíferos. Esses resíduos, em geral, são originários de atividades industriais e provenientes do tratamento de esgotos, que é o caso do lodo de esgoto, ou mesmo da disposição final do lixo urbano, destinado a aterros sanitários ou colocados em lixões clandestinos. Apesar de serem materiais sólidos, têm elevado potencial de contaminação dos aquíferos por conta dos lixiviados (chorume), que são gerados durante muitos anos após a disposição dos resíduos no solo, em consequência da infiltração de água pelas precipitações. Saiba mais O chorume contém substâncias orgânicas e inorgânicas, sendo algumas muito tóxicas, oriundas de resíduos industriais, que podem atingir grandes extensões e profundidade, a depender das características do aquíferos. A seguir, veja algumas práticas que podem contribuir para a contaminação da água: A atividade de mineração tem como característica a geração de grandes quantidades de rejeitos, que são armazenados no solo ou barragens de rejeitos. Esses pontos são muito suscetíveis de contaminação das águas subterrâneas, inclusive por materiais radioativos e metais pesados, a depender da origem dos minérios. Mineração Uma prática bastante impactante na qualidade da água dos aquíferos é o lançamento de esgotos no solo, que ocorre por meio de fossas sépticas e drenos. Essas estruturas são mais empregadas em regiões com menores índices de desenvolvimento humano, especialmente em países em desenvolvimento, como o caso do Brasil. Uma prática bastante difundida por ser considerada ambientalmente correta é a aplicação de águas residuárias para a irrigação, uma vez que elas apresentam quantidades consideráveis de nutrientes que podem ser aproveitados pelas culturas. Isso deve ser visto com muita cautela, dado que podem gerar problemas de contaminação dos aquíferos e depender do manejo e da lâmina aplicada. Um dos principias contaminantes oriundos dos esgotos lançados no solo é o nitrato. As atividades agrícolas têm um potencial de gerar contaminantesno solo que podem ser lixiviados e transportados para os aquíferos. Esses contaminantes são provenientes de adubos químicos, orgânicos e agroquímicos, sendo que o que mais se destaca é a contaminação por nitrato. Os acidentes envolvendo produtos oriundos do petróleo é algo recorrente e deve ser tratado com preocupação em relação à contaminação dos aquíferos. Esses acidentes ocorrem tanto no transporte como nos reservatórios e são mais impactantes em aquíferos freáticos próximos da superfície e com precipitações pluviométricas de frequentes a abundantes. Esgoto Uso de águas residuárias para irrigação Agricultura Petróleo Nesse caso, a movimentação dos poluentes ocorre somente na zona não saturada, pois o óleo diesel e a gasolina têm densidade inferior à densidade da água que faz eles não penetrarem na zona saturada. Entretanto, isso não significa dizer que eles não oferecem riscos de contaminação para as águas subterrâneas, pois são compostos de hidrocarbonetos solúveis em água. Para que o risco de todas as atividades citadas seja reduzido ao máximo, é necessário que os projetos sejam bem planejados e que sejam adotadas as melhores práticas que visem à proteção do meio ambiente, incluindo as águas subterrâneas. Comportamento hidroquímico e transporte de contaminantes Compreender os processos hidroquímicos que podem afetar a qualidade das águas subterrâneas é de extrema importância, principalmente quando associamos essas informações com o conhecimento a respeito do transporte de solutos em meio poroso. Nesse caso, os solutos de interesse são os contaminantes. Para simplificar, vamos direcionar nosso estudo apenas para os processos mais frequentes, que são os que envolvem o nitrogênio, algumas substâncias metálicas, não metálicas e orgânicas. No caso dos processos envolvendo o nitrogênio, cabe destacar o íon nitrato , pois é o contaminante mais encontrado nas águas subterrâneas – e o mais preocupante é que a sua concentração tem aumentado. Provavelmente, esse aumento é consequência da intensificação da aplicação de fertilizantes na agricultura, bem como do lançamento de esgoto no solo. Saiba mais Além do nitrato, podemos encontrar outras formas do nitrogênio como amônio , amônia (NH3), nitrito (NO2), nitrogênio gasoso (N2), oxido nitroso (N2O) e nitrogênio orgânico (N). O nitrato pode ser gerado no solo a partir de dois processos: a amonificação e a nitrificação. (NO−3 ) (NH+4 ) Amoni�cação É o processo em que o N orgânico é convertido em amônio. Nitri�cação É o processo de transformação do amônio em nitrito, que passa para a forma de nitrato. A contaminação por traços de metais é mais rara, tendo em vista que sua movimentação no meio poroso é muito lenta em comparação com água. Entretanto, isso não significa que esses contaminantes não apresentem riscos aos aquíferos, pois quando ocorre a contaminação, os impactos são muito desastrosos. Os metais que despertam mais interesse são prata, cádmio, cromo, cobre, mercúrio, ferro, manganês e zinco, pois apresentam limites máximos toleráveis para que a água seja considerada potável. Em relação os elementos não metálicos, podemos dizer que os mais importantes são nitrogênio (já discutido anteriormente), carbono, enxofre, cloro, selênio, fósforo, boro, flúor e arsênio. Entre esses elementos, podemos destacar: Arsênio Por ser uma substância venenosa, proveniente da queima de carvão e de atividades industriais. A contaminação das águas subterrâneas por arsênio ocorre na sua forma solúvel que são o arsenato e o arsenito. Selênio e �úor São importantes, pois a sua concentração é usada como critério de definição da potabilidade da água. Fósforo Pode levar à eutrofização dos corpos hídricos quando em concentrações elevadas. No caso das substâncias orgânicas, o que tem impactos negativos para as águas subterrâneas são os compostos orgânicos artificiais, provenientes da aplicação de agroquímicos, lançamento de esgoto e aterros sanitários. Muitos desses contaminantes têm a sua passagem bloqueada ou retardada por mecanismos do meio poroso, como precipitação química, degradação química, volatilização, degradação e consumo biológico e adsorção. Desse modo, o maior risco está associado a substâncias solúveis, não voláteis e refratárias. Dependendo da origem dos contaminantes das águas subterrâneas, durante o seu transporte no meio poroso, podem acontecer diversos processos, como advecção, dispersão, adsorção, reações químicas e fenômenos de decaimento. Veja a diferença entre cada um a seguir: Advecção Nesse processo, o soluto não interage com o meio poroso e sua velocidade é igual à velocidade da água. Dispersão Ou dispersão hidrodinâmica, é o fenômeno de espalhamento do contaminante e ocorre por conta de dois fenômenos que são a dispersão mecânica e a dispersão molecular (difusão), sendo a primeira relacionada às variações de velocidade no meio poroso e a segunda devido ao gradiente de concentração. Adsorção É o processo em que o soluto é acumulado nas partículas do solo, sendo considerado como um dos processos mais importantes de proteção dos aquíferos, tendo em vista que retarda o avanço da frente de poluição, como podemos observar na imagem a seguir. Tendo em vista que retarda o avanço da frente de poluição, como podemos observar a seguir. Gráfico: Avanço de solutos com adsorção (a) e sem adsorção (b). Adaptado de: Feitosa et al., 2008, p. 399. Vulnerabilidade dos aquíferos à poluição A vulnerabilidade de um aquífero à poluição é definida como sendo a sua suscetibilidade intrínseca em ser afetado por contaminantes antrópicos. Desse modo, o risco de contaminação está relacionado tanto com a vulnerabilidade quanto com a presença de contaminantes e a sua concentração, ou seja, nem sempre um aquífero com maior vulnerabilidade apresenta o maior risco de contaminação. O que confere maior ou menor vulnerabilidade está relacionado às características das camadas superiores ao aquífero em degradar ou até mesmo impedir a passagem dos contaminantes. A vulnerabilidade pode ser expressa de diferentes formas, a depender do objetivo do estudo, podendo ser descrita como vulnerabilidade absoluta, relativa, universal e específica. Entenda cada uma a seguir: Vulnerabilidade absoluta É definida somente em função das características de d á d t d Vulnerabilidade relativa É quando as unidades do mapa são classificadas com l ã t id d Vulnerabilidade univ É quando a vulnerabilid definida para todos os l t d f Para definir a vulnerabilidade, podemos empregar duas características da camada superior ao aquífero, que é a permeabilidade e a capacidade de atenuação. Permeabilidade Indica o risco de contaminação por advecção, sendo dependente da condutividade hidráulica, de fatores climáticos e da ocupação do solo, de modo que a combinação desses fatores pode interferir no tempo de trânsito do poluente, ou seja, o tempo que o poluente leva para ser deslocado ao longo de uma distância definida. Em regra, quanto maior o tempo de trânsito, maior a chance de atenuação do poluente, em consequência da maior oportunidade de ocorrência dos processos de degradação. Na imagem a seguir, podemos observar a influência da condutividade hidráulica e do clima no tempo de trânsito de um poluente, demonstrando a importância do clima no processo de poluição dos aquíferos. Gráfico - Tempo de trânsito na zona de aeração para diferentes condições climáticas (equatorial, tropical, temperado e semiárido) e condutividade hidráulica (K1, K2 e K3). Adaptado de: Feitosa et al., 2008, p. 408. Além do clima, a ocupação do solo é muito importante, pois algumas atividades contribuem para aumentar a infiltração efetiva, como a agricultura irrigada e recargas induzidas por lagoas de oxidação, canais de drenagem, vazamentos de adutoras e da rede de esgotos etc. cada área de estudo. relação a outras unidades. poluentes de forma co Na imagem a seguir, podemos observar que a infiltração efetivaé muito parecida entre as cidades avaliadas, mesmo que o clima seja distinto. Além disso, percebemos que a urbanização aumentou a infiltração efetiva em todos os casos, cuja magnitude depende do seu nível de desenvolvimento. Gráfico - Recarga em aquíferos não confinados situados em diferentes centros urbanos. Adaptado de: Feitosa et al., 2008, p. 410. Capacidade de atenuação Existem vários processos (como estudamos no item anterior) que podem ocorrer de forma concomitante, como está descrito na imagem a seguir. Processos que contribuem com a atenuação de contaminantes e sua intensidade, expresso pela espessura das barras, em sistemas de água subterrâneas. Os mapas de vulnerabilidade dos aquíferos são uma ferramenta importantíssima para que os gestores dos recursos hídricos possam tomar decisões junto com poder público em geral, de modo a proteger os aquíferos, uma vez que esses mapas poderão orientar quais as zonas mais seguras para se desenvolver as atividades antrópicas, em função do potencial de seus impactos. Exemplo Para determinadas áreas que se mostram mais vulneráveis deve ser traçado um plano de ocupação, considerando atividades menos impactantes ou sem impactos, como é caso dos mananciais para o abastecimento público. Além disso, podemos também direcionar o monitoramento para áreas que apresentam maior vulnerabilidade e desenvolvam atividades com potencial de poluição. Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 Quando ocorre mudanças provocadas por meios artificiais que podem prejudicar a qualidade da água conforme os padrões predeterminados para seu uso, dizemos que aconteceu uma Parabéns! A alternativa A está correta. A poluição de águas subterrâneas. B recarga curta. C recarga histórica. D recarga perene. E recarga sazonal. Quando a qualidade da água é afetada negativamente de modo que ela não atenda aos pré- requisitos necessários para seu uso, dizemos que a água foi poluída. Os demais itens são classificações de recarga no tempo. Questão 2 As formas principais de contaminação dos aquíferos são Parabéns! A alternativa C está correta. A contaminação indireta acontece quando o contaminante passou por mudanças entre o ponto de origem da contaminação e o aquífero. Contaminações diretas acontecem em poços que foram abandonados ou mal construídos. Ambas são as principais maneiras de contaminação dos aquíferos. A escoamento lento. B zona não saturada. C contaminações diretas e contaminações indiretas. D aquiclude. E zona de saturação. Considerações �nais Como vimos, a falta de uniformidade de distribuição das águas subterrâneas contribui para que ocorra escassez dos recursos hídricos tanto nas regiões de menor disponibilidade hídrica, como em regiões com elevada densidade populacional e industrial. Desse modo, é muito importante que a gestão dos recursos hídricos seja efetiva para garantir que o desenvolvimento do país aconteça de forma sustentável. Nesse contexto, a águas subterrâneas têm grande importância, visto que são um importante montante no cenário nacional, além de terem uma dinâmica muito diferente das fontes superficiais. Podcast Agora, o especialista Marcos Filgueiras Jorge encerra o tema falando sobre os principais tópicos abordados. Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS. Águas subterrâneas o que são? São Paulo: ABAS d ABAS, s. d. BARRETO, C. E. A. G.; GOMES, L. H.; WENDLAND, E. Balanço hídrico em zona de afloramento do sistema aquífero guarani a partir de monitoramento hidrogeológico em bacia representativa. In: Anais dos XVI Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas e XVII Encontro Nacional de Perfuradores de Poços. São Luís, 2010. DIAS, A. C. H. et al. Perfuração indiscriminada de poços em Iracema/CE: Um estudo sobre o paradoxo da atual crise hídrica. Águas Subterrâneas - Seção Estudos de Caso e Notas Técnicas, p. 1-19, 2018. FEITOSA, F. A. C. et al. Hidrogeologia: conceito e aplicações. 3 ed. Rio de Janeiro: CPRM: LABHID, 2008. 812 p. FREEZE, R. A.; CHERRY, J. A. Redes de fluxo. In: FREEZE, R. A.; CHERRY, J. A. Água Subterrânea. cap. 5, 1979. Explore + Pesquise as redes de fluxo e veja como elas se comportam no meio. Para estudar com mais detalhes sobre águas subterrâneas, acesse o portal da Associação Brasileira de Águas Subterrâneas. Para estudar sobre águas subterrâneas, leia o conteúdo Hidrogeologia – conceitos e aplicações, da Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais / Serviço Geológico do Brasil, organizado por Fernando A. C. Feitosa, João Manoel Filho, Edilton Carneiro Feitosa e J. Geilson A. Demetrio, de 2008.
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