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Capítulo 1: USO HUMANO DA ÁGUA: PRESSÕES SOBRE UM 
RECURSO CHAVE 
 
 As pessoas nos países desenvolvidos geralmente não estão cientes da 
quantidade de água necessária para manter seu padrão de vida. 
Particularmente na América do Norte, a água de alta qualidade costuma ser 
usada para luxos como encher piscinas e regar gramados. Talvez as pessoas 
percebam que suas contas de água aumentam nos meses de verão. A 
preocupação divulgada com a conservação pode se traduzir, na melhor das 
hipóteses, em pessoas fechando a torneira enquanto escovam os dentes ou 
usando chuveiros de baixo fluxo ou vasos sanitários de baixo fluxo. Poucas 
pessoas nos países desenvolvidos entendem as enormes demandas de água 
da indústria, agricultura e geração de energia que seu estilo de vida exige 
(Fig.1.5). 
 Algumas dessas demandas, como o uso doméstico, exigem água de 
qualidade. Outros usos, como geração de energia hidrelétrica e refrigeração 
industrial, podem ser realizados com água de qualidade inferior. Alguns usos 
são consuntivos e impedem o uso posterior da água; por exemplo, uma parte 
significativa da água usada para a agricultura é perdida por evaporação. O 
exemplo mais extremo de consumo de recursos hídricos não renováveis pode 
ser a água “extraída” (taxas de retirada superiores às taxas de renovação da 
superfície) de aquíferos (grandes reservas de água subterrânea) que têm 
tempos de regeneração extremamente longos. Tal retirada é praticada 
globalmente (Postel, 1996; Gleeson et al., 2012) [...] 
(conferir figuras) Figura 1.5 Usos estimados de água (A) e população total e 
uso de água per capita (B) nos Estados Unidos de 1950 a 2010. Observe que 
os usos industriais e de irrigação da água são dominantes. As retiradas off-
stream usadas nessas estimativas não incluem usos hidrelétricos. Dados 
cortesia: The United States Geological Survey. 
Figura 1.6 Quantidades de águas superficiais e subterrâneas usadas nos 
Estados Unidos de 1950 a 2010. Essas estimativas incluem apenas retiradas e 
não usos hidrelétricos. Dados cortesia: The United States Geological Survey. 
 
[...] e é responsável por uma parcela significativa do uso de água nos Estados 
Unidos, principalmente para a agricultura (Fig. 1.6). Em muitos casos, as taxas 
de uso excedem a taxa na qual o aquífero é reabastecido e as águas 
subterrâneas são superexploradas. Outros usos são menos consumistas. Por 
exemplo, a energia hidrelétrica “consome” relativamente menos água do que a 
agricultura (ou seja, a evaporação dos reservatórios aumenta a perda de água, 
mas grande parte da água se move rio abaixo). 
 
O ANTROPOCENO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS E RECURSOS 
HÍDRICOS 
 
 A influência dos humanos agora é global e está causando mudanças 
geológicas tão radicais que estamos em uma nova era geológica, o 
Antropoceno (Crutzen, 2006; Zalasiewicz et al., 2011). Existe agora um 
consenso entre os cientistas de que as mudanças climáticas induzidas pelo 
homem estão aquecendo o planeta (Painel Intergovernamental sobre 
Mudanças Climáticas (IPCC), 2013), embora alguns dos detalhes permaneçam 
incertos. O conhecimento dos fundamentos da ecologia de água doce será 
essencial se os futuros cientistas, como os alunos que estão lendo este livro, 
esperam ser capazes de lidar com as consequências da mudança climática 
global. 
 Houve grandes alterações nas águas superficiais da Terra globalmente 
entre 1984 e 2015, conforme verificado por sensoriamento remoto em alta 
resolução (Pekel et al., 2016). No geral, a quantidade de água superficial 
aumentou devido à construção de reservatórios, com 184.000 km2 de novas 
águas superficiais formadas; cerca de duas vezes a área de superfície do Lago 
Superior. No entanto, em algumas regiões da Terra ocorreu uma diminuição 
total de cerca de 90.000 km2 devido ao desvio e afastamento. Essa perda está 
concentrada principalmente no Oriente Médio e na Ásia Central relacionada às 
atividades humanas, mas a seca de longo prazo na Austrália e nos Estados 
Unidos também levou a perdas. 
 Espera-se que o clima mais quente da Terra afete negativamente a 
qualidade e a quantidade dos recursos de água doce. Juntamente com os 
efeitos diretos do aquecimento das temperaturas, os modelos climáticos 
prevêem mudanças nos padrões regionais de precipitação e uma maior 
variabilidade geral na precipitação que levará ao aumento da frequência, 
magnitude e imprevisibilidade de inundações e secas em muitas regiões. As 
reduções na quantidade de neve nas regiões montanhosas, que já estão 
encolhendo a um ritmo alarmante, causarão redução dos fluxos dos riachos 
(Giersch et al., 2017). O aquecimento também resultará no derretimento 
precoce do pacote de neve, causando mudanças na hidrologia sazonal dos 
riachos receptores (Barnett et al., 2008). A mudança climática diminuirá a 
disponibilidade de água doce em muitas áreas devido ao aumento das perdas 
por evaporação e uso humano, e espera-se que o aquecimento da temperatura 
da água tenha efeitos aditivos e sinérgicos com outros estressores, como a 
poluição por nutrientes e a disseminação de espécies exóticas. As massas de 
água menores provavelmente serão afetadas primeiro pelas mudanças 
climáticas porque têm menos capacidade de proteção térmica e hidrológica e 
são mais altamente influenciadas pelos padrões locais de precipitação (Heino 
et al., 2009). 
 O aquecimento das temperaturas irá exacerbar os atuais problemas de 
poluição da água porque o aumento da perda de água reduzirá os volumes de 
água em lagos, riachos e pântanos, concentrando efetivamente os poluentes e 
reduzindo a descarga desses materiais (Whitehead et al., 2009). Juntamente 
com as consequências ecológicas óbvias, o aumento dos níveis de poluentes 
aumentará os custos de tratamento de água. Os habitats de água doce em 
muitas regiões já estão sob pressão devido ao aumento da entrada de 
nutrientes das atividades humanas; isso, junto com a redução dos volumes de 
água e o aquecimento da temperatura da água, estimulará o crescimento de 
algas indesejáveis (Wrona et al., 2006). O crescimento de algas levará a 
mudanças na estrutura da comunidade e redução da disponibilidade de 
oxigênio dissolvido, prejudicando ainda mais os organismos de água doce. 
Prever respostas exatas de diferentes habitats de água doce aos efeitos 
combinados do aquecimento e outros impactos humanos é difícil. Por exemplo, 
o aumento dos níveis de nutrientes e da temperatura da água pode inicialmente 
aumentar a biodiversidade em um lago frio e pobre em nutrientes, enquanto 
mudanças semelhantes em um lago rico em nutrientes provavelmente 
resultariam em uma diminuição na diversidade biológica devido à capacidade 
reduzida de armazenamento de oxigênio (Heino et al., 2009). O aquecimento 
também pode influenciar diretamente a disponibilidade de nutrientes e outros 
materiais. Por exemplo, em regiões árticas, o derretimento previsto das 
camadas superiores do permafrost liberará fósforo, o que pode levar a efeitos 
em cascata na produtividade de riachos e lagos regionais (Hobbie et al., 1999). 
 A mudança climática alterará as condições bióticas de muitos 
organismos. Por exemplo, os padrões sazonais em lagos mudarão com 
estações prolongadas sem gelo e períodos de estratificação de lagos em 
latitudes mais altas no verão. À medida que as temperaturas esquentam, os 
padrões de mistura do lago mudam, com longos períodos de estratificação no 
verão. A estratificação estendida aumentará a probabilidade de anóxia em 
habitats de águas profundas e frias que as espécies de águas frias precisam 
para sobreviver. Nos riachos, as mudanças climáticas alterarão os regimes de 
fluxo globalmente, alterando as condições que as espécies aquáticas precisam 
para sobreviver (Pyne e Poff, 2017). Essas mudanças deixarão a biota aquática 
vulnerável às mudanças climáticas. Markovic et ai. (2017) documentam muitas 
espécies vulneráveis em toda a Europa, e essa vulnerabilidade certamente 
existe em muitas outras partes da Terra.Espera-se que os habitats de água doce enfrentem algumas das 
maiores perdas de biodiversidade e, portanto, da função e estabilidade do 
ecossistema, como resultado das mudanças climáticas e outros impactos 
humanos (Xenopoulos et al., 2005). A taxa de crescimento, o tamanho adulto e, 
finalmente, a fecundidade da maioria dos organismos aquáticos são todos 
influenciados pela temperatura. Mesmo mudanças sutis na temperatura média 
ou máxima da água podem ter efeitos mensuráveis na biota; em alguns casos, 
esses efeitos são subletais, mas ainda podem ser graves. Para insetos 
aquáticos, como muitas efeméridas, o aquecimento da temperatura da água 
apenas 2C3C acima do ideal pode reduzir muito o número de ovos produzidos 
pelas fêmeas (Vannote e Sweeney, 1980; Firth e Fisher, 1992), o que tem 
implicações importantes para futuras populações de efeméridas, peixes 
predadores produção e a saúde geral do ecossistema. O aquecimento também 
pode dessincronizar os ciclos de vida e as fenologias sazonais dos 
consumidores e seus recursos, um padrão documentado em flores e 
polinizadores (Memmott et al., 2007), bem como em redes alimentares de água 
doce e marinha (Thackeray et al., 2010 ). 
 A mudança climática global nos levou a um mundo sem analogia, onde 
prever a hidrologia com base em padrões passados é difícil ou impossível (Milly 
et al., 2008). Uma compreensão mecanicista do processo hidrológico 
juntamente com modelos de circulação global reduzidos é, portanto, necessária 
para prever a futura disponibilidade de água em várias regiões, bem como os 
padrões de seca e inundação que influenciarão a sociedade humana. 
(conferir tabela) Tabela 1.2 Faixas gerais de uso da água com condições 
socioeconômicas variadas em uma base per capita, as taxas por país são 
estimativas para o ano 2000 
 
 De quanta água a humanidade precisa? Ocorre uma grande disparidade 
entre o uso de água per capita dentro e entre os países, particularmente em 
países semiáridos nos quais a água superficial é escassa (Tabela 1.2). Israel é 
um dos países desenvolvidos com maior eficiência hídrica, com uso de água 
per capita de 500 m3/ano (Falkenmark, 1992), cerca de quatro vezes mais 
eficiente do que nos Estados Unidos. O aumento do padrão de vida leva a 
maiores demandas de água (uso de água per capita) se não for acompanhado 
por aumentos na eficiência do uso. 
 O máximo total de água disponível para uso humano é a quantidade que 
cai como precipitação na terra a cada ano, menos a quantidade perdida por 
evaporação. Conforme mencionado anteriormente, a quantidade máxima de 
água disponível nos rios é de 22.00035.000 km3/ano. No entanto, um 
grande quantidade de água é perdida por inundações em áreas povoadas 
(inacessibilidade temporal) ou fluxos que ocorrem em áreas distantes dos 
centros populacionais humanos (inacessibilidade espacial), deixando 
aproximadamente 9.000 km3/ano para todos os usos humanos (la Rivière, 
1989). Assim apenas cerca de um terço da água que flui através do ciclo 
hidrológico está disponível espacial ou temporalmente. Os seres humanos não 
podem sustentar taxas de uso de água que excedam essa taxa de 
abastecimento sem retirar as águas subterrâneas mais rapidamente do que os 
aquíferos podem renovar seus estoques, coletando do derretimento das calotas 
polares, transportando de áreas remotas ou recuperando (dessalinizando) a 
água dos oceanos. Esses processos são caros ou impossíveis de sustentar em 
muitas regiões continentais sem um tremendo aporte de energia, como 
discutiremos mais adiante neste capítulo. 
 Prever o uso futuro da água é difícil, mas instrutivo para explorar 
possíveis padrões futuros e consequências desse uso. O total anual de 
retiradas off-stream (usos que exigem a remoção de água do rio ou aquífero, 
não incluindo a geração de energia hidrelétrica) nos Estados Unidos em 1980 
foi de 2.766 m3/pessoa e diminuiu ligeiramente desde então, principalmente 
devido a uma diminuição na uso industrial total (Fig. 1.5). Se todas as pessoas 
na Terra usassem água na taxa atual dos Estados Unidos (ou seja, se o padrão 
global de vida e a eficiência do uso da água fossem os mesmos dos Estados 
Unidos), mais da metade de cada gota de água produzida pelo ciclo hidrológico 
seria ser usado. Globalmente, os humanos atualmente retiram cerca de 54% 
do escoamento geograficamente e espacialmente acessível (Postel et al., 
1996); se todas as pessoas no mundo usassem água nas taxas per capita 
usadas nos Estados Unidos, toda a água disponível (espacial e temporalmente 
acessível) seria usada. 
 Em escala local, a escassez de água pode ser grave. A instabilidade 
política em África é prevista com base nas taxas de crescimento da população 
local e no abastecimento de água limitado (Falkenmark, 1992). Instabilidades 
semelhantes provavelmente surgirão de conflitos sobre o uso da água em 
muitas partes do mundo (Postel, 1996). Grandes áreas urbanas têm enormes 
demandas de água e efeitos muito fortes na hidrologia local e regional, 
geralmente diminuindo a disponibilidade de água (Fitzhugh e Richter, 2004). 
Por exemplo, em algumas grandes cidades em regiões áridas, os principais 
fluxos dos rios são quase totalmente compostos por efluentes de esgoto, e 
alguns pequenos córregos que eram efêmeros tornaram-se permanentes 
devido ao escoamento da irrigação do gramado. No árido sudoeste dos 
Estados Unidos, os usos humanos da água podem representar mais de 40% 
do suprimento total (Waggoner e Schefter, 1990). Nesses casos, a degradação 
da qualidade da água tem consequências econômicas substanciais. A Cidade 
do Cabo na África do Sul fechou suas torneiras atendendo a 4 milhões de 
pessoas em 2018, e esse cenário provavelmente se tornará mais comum em 
cidades ao redor do mundo. 
 A população da Terra foi estimada em 7,4 bilhões de pessoas em 2014 e 
está prevista para exceder 11 bilhões de pessoas até o final do século (Nações 
Unidas, 2015). A população global terá aumentado mais de 10% entre a 
segunda e a terceira edições deste livro. Dado o aumento da população 
humana e do uso de recursos (Brown, 1995a,b), a demanda por água só se 
intensificará (Postel, 1996). À medida que a população total da Terra se 
expande, o valor da água limpa aumentará à medida que aumenta a demanda 
por esse recurso finito (Dodds, 2008). O crescimento populacional aumentará a 
demanda por abastecimento de água, mesmo em face da incerteza sobre o 
clima futuro (Vörösmarty et al., 2000), com efeitos particularmente agudos em 
áreas de rápida urbanização (McDonald et al., 2011). O aumento da eficiência 
levou a reduções no uso de água per capita nos Estados Unidos desde o início 
da década de 1980 (Fig. 1.5). Esforços para aumentar a conservação da água 
se tornarão essenciais à medida que a água se torna mais valiosa (Brown, 
2000). 
 Apesar da existência de tecnologia para tornar o uso da água mais 
eficiente e manter a qualidade da água, o contínuo impacto humano negativo 
nos ambientes aquáticos é generalizado. A maioria dos usos da água 
compromete a qualidade da água e a integridade do ecossistema aquático, e o 
futuro impacto humano na qualidade da água e na biodiversidade é inevitável. 
Uma compreensão da ecologia aquática ajudará a humanidade a tomar 
decisões para minimizar os impactos adversos sobre nossos recursos 
aquáticos e, em última análise, será necessária para o desenvolvimento de 
políticas que levem a práticas sustentáveis de uso da água (Gleick, 1998). A 
contabilização do verdadeiro valor da água ajudará os formuladores de 
políticas a decidir a importância de seu uso, e os alunos que lerem este livro 
entenderão como a água é um recurso vital para aprender. 
 
 
QUAL O VALOR DA ÁGUA? 
 
 A contabilização precisa do valor econômico da água inclui a 
determinação tanto do benefício imediato quanto de como a obtenção de um 
determinado benefício altera o uso futuro. Essa contabilidade pode ser 
essencial para planejar o desenvolvimento sustentável (Garrick et al., 2017). A 
disponibilidadede água é essencial, mas a qualidade da água também deve 
ser considerada. O consumo e a contaminação associados a cada tipo de uso 
ditam quais etapas são cruciais para a manutenção dos ecossistemas 
aquáticos e da qualidade e quantidade da água. Também é necessário 
estabelecer os benefícios diretos do uso da água, incluindo padrões e tipos de 
uso. A elucidação dos benefícios permite determinar o valor econômico da 
água e como seu uso deve ser gerenciado. 
 Os ecossistemas aquáticos nos fornecem inúmeros benefícios além do 
uso direto. Estimativas do valor global de zonas úmidas de água doce (US$ 1,5 
trilhão/ano em 2007) e rios e lagos (US$ 2,4 trilhões/ano) indicam a importância 
fundamental da água doce para os humanos (Costanza et al., 2014, Fig. 1.7). 
Essas estimativas aumentarão à medida que os pesquisadores forem capazes 
de atribuir valores a mais bens e serviços ecossistêmicos (Dodds et al., 2008). 
Os ecossistemas de água doce têm o maior valor por unidade de área de todos 
os habitats. As estimativas sugerem que os maiores valores dos sistemas 
aquáticos continentais naturais são derivados do controle de enchentes, 
abastecimento de água e tratamento de resíduos. O valor por hectare é maior 
para áreas úmidas, córregos e rios do que para quaisquer habitats terrestres. A 
próxima seção detalha como esses valores são realmente atribuídos. 
 Exploramos os valores dos ecossistemas aquáticos porque os valores 
monetários podem influenciar o valor percebido para a sociedade. A atribuição 
de valores aos ecossistemas pode fornecer evidências para os defensores da 
minimização dos impactos antropogênicos no meio ambiente. ignorando [...] 
(conferir figura) Figura 1.7 Valores relativos por unidade de área (A) e valores 
globais (B) por serviço para zonas húmidas e lagos e rios. Dados de Costanza 
et al. (2014). 
[...] os valores do ecossistema podem ser particularmente problemáticos 
porque o ganho de curto prazo percebido muitas vezes supera os danos de 
longo prazo mal quantificados quando decisões políticas e burocráticas são 
tomadas sobre o uso de recursos. Por exemplo, zonas húmidas restauradas 
podem não ser tão valiosas como zonas húmidas conservadas (Dodds et al., 
2008), pelo que as decisões políticas devem ser tomadas em conformidade. O 
conceito de “nenhuma perda líquida”, quando uma zona húmida construída 
pode ser substituída por uma zona húmida removida para desenvolvimento, 
pode não captar todos os valores que uma zona húmida natural proporciona à 
sociedade. 
 A gestão dos recursos de água doce pode levar a valores conflitantes e 
trade-offs. Por exemplo, o aumento do abastecimento de água através de 
reservatórios pode não proteger a biodiversidade. Assim, a avaliação dos 
serviços ecossistêmicos pode ser usada para dimensionar as consequências 
econômicas de várias abordagens de manejo (Dodds et al., 2013). Tais 
abordagens podem ser aplicadas de escalas locais a globais. Também pode 
ser usado para explicar os múltiplos efeitos da mudança ambiental em casos 
específicos, como ocorre quando os lagos mudam de fitoplâncton para estados 
dominados por macrófitas (Hilt et al., 2017). 
 A quantificação de alguns valores da água é direta, incluindo a 
determinação do custo da água potável, o valor das colheitas irrigadas, alguns 
custos da poluição e valores diretos da pesca. Outros podem ser mais difíceis 
de quantificar. Qual é o valor de um passeio de canoa em um lago limpo ao pôr 
do sol ou de pescar bagres em um rio lento? Qual é o valor de todas as 
espécies que habitam as águas continentais, incluindo as espécies não 
cinegéticas? 
 Qual é o valor real da água? O preço local da água limpa será mais alto 
nas regiões em que ela é escassa. Os custos da água engarrafada variam de 
acordo com a região, mas as pessoas estão dispostas a pagar cerca de US$ 
0,50 a US$ 1,00 L21 de água, ou mais de US$ 500 m23. Assim, a água potável 
limpa é muito valiosa para a maioria das pessoas. A água de irrigação 
altamente subsidiada é vendida por cerca de US$ 0,01 m23 no Arizona, mas a 
água potável custa US$ 0,37 m23 na mesma área (Rogers, 1986). No mesmo 
período, os custos da água potável situavam-se entre $0,08 e $0,16 m23 
noutras áreas dos Estados Unidos Postel, 1996). Em 2013, as taxas médias 
para as 50 maiores cidades nos Estados Unidos foram de US$ 0,13 m23 
wastewater-rate-survey.pdf, 2 de fevereiro de 2018). A uma taxa de US$ 0,01 
m23, e assumindo que as pessoas na Terra usam 2.664 km3/ano para 
irrigação (de acordo com a Organização para Agricultura e Alimentação de 
2001), o valor global da água para irrigação pode ser estimado em US$ 26 
bilhões/ano. A produção agrícola global foi de US$ 3,1 trilhões em 2015 (obtido 
em http://data.worldbank.org/indicator/NV.AGR.TOTL.CD, 26 de dezembro de 
2016). A Organização para Agricultura e Alimentação estima que 20% da área 
de cultivo é irrigada, mas 40% da produção é de áreas irrigadas [FAO, 2016. 
Site da AQUASTAT. Organização das Nações Unidas para Agricultura e 
Alimentação (FAO). Site acessado em 26 de dezembro de 2015]. 
 O uso de água doce para irrigação tem um custo. A contaminação de 
águas subterrâneas por pesticidas agrícolas nos Estados Unidos levou a 
custos totais estimados de US$ 1,8 bilhão anualmente para monitoramento e 
limpeza (Pimentel et al., 1992). A erosão relacionada à agricultura causou 
perdas de US$ 5,1 bilhões/ano diretamente relacionadas ao comprometimento 
da qualidade da água nos Estados Unidos (Pimentel et al., 1995). Esta 
estimativa inclui custos de dragagem de sedimentos de canais de navegação e 
impactos recreativos, mas exclui impactos biológicos. = Essas estimativas 
ilustram parte do ímpeto econômico para preservar a água limpa. 
 O valor econômico da pesca de água doce, incluindo aquicultura, em 
todo o mundo é superior a US$ 112 bilhões/ano (Tabela 1.3) e quase dobrou 
entre 2007 e 2014. Esta estimativa econômica inclui apenas o valor real em 
dinheiro ou comércio dos peixes e crustáceos. Em muitos países, a pesca 
esportiva gera considerável atividade econômica. Por exemplo, nos Estados 
Unidos, US$ 41,8 bilhões foram gastos em bens e serviços relacionados à 
pesca em água doce em 2011 (U.S. Department of the Interior and Bureau of 
the Census, 2011). Da mesma forma, estima-se que 20 milhões de pescadores 
de água doce gastaram um total de 10 bilhões de euros em 2006 (Brainerd, 
2010). Além disso, 63% das visitas de recreação ao ar livre sem consumo nos 
Estados Unidos incluíram destinos em lagos ou riachos, presumivelmente para 
ver a vida selvagem e participar de atividades associadas à água (U.S. 
Department of the Interior and Bureau of the Census, 1993). Muitas dessas 
visitas resultam em benefícios econômicos para as áreas visitadas. Manter a 
qualidade da água é vital para uma pesca saudável e economias saudáveis. 
Estima-se que a mortandade de peixes relacionada a pesticidas nos Estados 
Unidos cause perdas de US$ 1.024 milhões/ano (Pimentel et al., 1992). 
Finalmente, manter a produção de pescado pode ser essencial para garantir 
uma nutrição adequada nos países em desenvolvimento (Kent, 1987). A gestão 
da pesca exige claramente o conhecimento da ecologia aquática. Essas 
pescarias e outros usos da água enfrentam múltiplas ameaças das atividades 
humanas. 
 Sedimentos, resíduos de pesticidas e herbicidas, escoamento de 
fertilizantes, outros escoamentos não pontuais, esgoto com patógenos e 
nutrientes, derramamentos de produtos químicos, despejo de lixo, poluição 
térmica, precipitação ácida, drenagem de minas, fraturamento hidráulico para 
extração de petróleo, urbanização, represamento e destruição de habitat são 
alguns das ameaças à nossa água [...] 
(conferir tabela) Tabela 1.3 Captura global e produção pesqueira de aquicultura 
baseada em água doce em 2014 (Food and Agriculture Administration, 2015) 
[...] recursos. Compreender as implicações de cada uma dessasameaças 
requer uma compreensão detalhada da ecologia dos ecossistemas aquáticos. 
Os efeitos de tais atividades humanas nos ecossistemas estão ligados às 
paisagens e abrangem pântanos, riachos, águas subterrâneas e lagos (Covich, 
1993). As decisões de gestão e políticas podem ser ineficazes se as ligações 
entre os sistemas e as escalas espaciais e temporais não forem consideradas 
(Destaque 1.1). Ações efetivas nos níveis governamental internacional, 
nacional e local, bem como no setor privado, são necessárias para proteger a 
água e os organismos nela contidos. O sucesso requer abordagens de sistema 
completo fundamentadas em informações científicas sólidas (Vogt et al., 1997). 
A aplicação produtiva da ciência requer o reconhecimento explícito do papel da 
escala temporal e espacial nos problemas que estão sendo considerados e do 
papel do observador humano (Allen e Hoekstra, 1992). Portanto, consideramos 
a escala ao longo do livro. Damos vários exemplos neste livro que ilustram que 
a compreensão dos mecanismos por trás de problemas como poluição por 
nutrientes, alteração do fluxo dos rios, disposição de esgoto e interações 
tróficas levou a estratégias de mitigação bem-sucedidas. Muitos rios em países 
desenvolvidos estão mais limpos do que há meio século, então há esperança. 
Esforços futuros de proteção têm mais chances de sucesso se guiados por 
ecologistas aquáticos informados e interessados em proteger nossos recursos 
hídricos. 
 
Destaque 1.1 Avaliação dos Serviços Ecossistêmicos: Contraste de Dois 
Resultados Desejados 
 Os serviços ecossistêmicos referem-se às propriedades dos 
ecossistemas que conferem benefícios aos seres humanos. Aqui, comparamos 
dois tipos de gestão de bacias hidrográficas e algumas considerações 
econômicas de cada um. O primeiro caso envolve os efeitos da exploração 
madeireira na qualidade da água e na sobrevivência do salmão na porção norte 
da costa do Pacífico da América do Norte e o segundo envolve o 
abastecimento de água em algumas bacias hidrográficas sul-africanas. As 
estratégias de manejo preferidas são diferentes, mas ambas dependem da 
compreensão dos processos ecossistêmicos relacionados à vegetação e às 
propriedades hidrológicas das bacias hidrográficas. Quando as bacias 
hidrográficas têm mais vegetação, principalmente perto dos córregos, o 
escoamento pode ser menor e ter menos sedimentos. A remoção da vegetação 
ribeirinha é uma grande preocupação para aqueles que tentam conservar o 
salmão. 
 Várias espécies de salmão são consideradas ameaçadas de extinção, 
mas têm efeitos diretos na biologia dos riachos em que desovam (Willson et al., 
1998). A pesca esportiva e comercial de salmão tem um valor considerável na 
costa noroeste da América do Norte. As barragens que impedem a passagem 
de peixes adultos e a degradação do habitat dos riachos são as duas principais 
ameaças à sobrevivência do salmão nas áreas costeiras do Pacífico. A 
exploração madeireira (Fig. 1.8), a agricultura e a urbanização levam à 
degradação do habitat de desova. Os principais efeitos da exploração 
madeireira incluem o aumento da sedimentação e a remoção da estrutura do 
habitat (toras nos riachos). Esses fatores diminuem a sobrevivência de ovos e 
alevinos. Mesmo diminuições moderadas na sobrevivência dos jovens podem 
ter grandes impactos na potencial extinção do salmão (Kareiva et al., 2000) 
(conferir figura) Figura 1.8 Um corte raso em um pequeno riacho. cortesia: 
Serviço Florestal dos Estados Unidos. 
 A análise econômica dos esforços para preservar as populações de 
salmão inclui o cálculo dos custos de modificação da exploração madeireira, da 
agricultura e da construção e operação de barragens, em oposição aos 
benefícios de manter as áreas de salmão. Os benefícios econômicos da pesca 
do salmão foram estimados em US$ 1 bilhão/ano (Gillis, 1995). Os custos de 
modificação da exploração madeireira, agricultura e construção e operação de 
barragens provavelmente excedem o valor econômico direto da pesca. 
 O segundo caso envolve bacias hidrográficas arbustivas (fynbos) na 
África do Sul que fornecem água a grandes áreas agrícolas a jusante e a 
populações consideráveis de pessoas em centros urbanos e em torno de sua 
periferia (van Wilgen et al., 1996). Espécies de ervas daninhas introduzidas 
invadiram muitas dessas bacias de drenagem de matagal (bacias hidrográficas 
ou bacias hidrográficas). As ervas daninhas crescem mais densamente do que 
a vegetação nativa e reduzem o escoamento para os córregos. Além disso, 
cerca de 20% das plantas nativas da região são endêmicas e ameaçadas pelos 
invasores invasores. 
 Os custos do manejo de ervas daninhas são equilibrados com os 
benefícios do aumento do escoamento de água. Os custos associados à 
remoção de ervas daninhas são compensados por um aumento de 29% na 
produção de água das bacias hidrográficas gerenciadas. Dado que os custos 
de operação de um sistema de abastecimento de água na bacia não variam 
significativamente com a quantidade de água produzida, os custos projetados 
de água são $ 0,12 m23 com manejo de ervas daninhas e $ 0,14 m23 sem ele. 
Outras fontes de água (esgoto reciclado e água dessalinizada) são entre 1,8 e 
6,7 vezes mais caras de usar. Um benefício adicional ao controle de ervas 
daninhas em bacias hidrográficas é a proteção de espécies de plantas nativas. 
A remoção de ervas daninhas é, portanto, economicamente viável. 
 Esses dois casos ilustram como o manejo de ecossistemas requer 
compreensão de hidrologia e biologia. No caso do salmão, a remoção da 
vegetação (corte) é indesejável porque diminui a qualidade da água e reduz o 
sucesso reprodutivo. Nos matagais sul-africanos, a remoção de ervas daninhas 
introduzidas é desejável porque aumenta a produção de água. O conhecimento 
da ecologia dos sistemas é essencial para a tomada de boas decisões. 
 
 
Capítulo 4: AVANÇADO: PREDIÇÃO DE QUANTIDADE E 
VARIABILIDADE DE ESCOAMENTO COM MUDANÇAS 
CLIMÁTICAS GLOBAIS 
 
 As atividades humanas podem alterar os padrões globais de 
precipitação e o ciclo hidrológico de maneiras imprevisíveis. À medida que a 
Terra se aquece em resposta ao aumento dos gases de efeito estufa 
(principalmente CO2), a evaporação e a precipitação provavelmente 
aumentarão em todo o mundo, mas a variabilidade e a distribuição também 
mudarão. Os modelos de circulação global prevêem as influências do 
aquecimento global e das mudanças climáticas globais. Esses modelos 
complexos dividem a coluna de atmosfera acima de cada segmento de terra 
em camadas e simulam interações com a vegetação, solo ou água abaixo. 
Cada modelo fornece resultados um tanto diferentes com base em diferentes 
suposições, requisitos de dados e abordagens de cálculo. A abordagem geral 
atual, adotada pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, é 
observar as previsões de uma ampla variedade de modelos (Pachauri et al., 
2014). Compreender as implicações de tais modelos para os sistemas 
aquáticos continentais requer a compreensão do movimento da água uma vez 
que atinge os habitats terrestres e se move para o reino aquático. 
 Os pesquisadores reduzem esses modelos para fazer mais previsões 
locais. Um estudo prevê que as inundações de 100 anos ocorrerão com o 
dobro da frequência em 40% do globo devido a um clima mais energético 
(Arnell e Gosling, 2016). Outro estudo documenta que a mudança climática já 
alterou os padrões de inundação com inundações de derretimento de neve e 
inundações de inverno causadas por mais umidade do solo (Blöschl et al., 
2017). Como tais mudanças irão influenciar os padrões climáticos locais é 
incerto em muitos casos. Prever os impactos do efeito estufa e da mudança 
global em habitats específicos é complicado porque o equilíbrio entre 
precipitação e evapotranspiração influencia muito os habitats de água doce, e 
não entendemos completamente os feedbacks entre clima, vegetação e 
escoamento superficial.Os efeitos mais fortes provavelmente ocorrerão em 
áreas atualmente áridas ou onde a precipitação é igual ou menor que a 
evapotranspiração potencial (Schaake, 1990) e em áreas atualmente 
dominadas por permafrost (Liljedahl et al., 2016). 
 Prever a quantidade de escoamento em função da precipitação é 
bastante difícil quando se assume que as condições são semelhantes a longo 
prazo (por exemplo, quando as tendências passadas podem ser usadas para 
prever o futuro). Com a mudança climática global, a Terra está mudando para 
estados que não eram necessariamente comuns anteriormente; estamos 
vivendo em um mundo hidrológico “sem analogia” (Milly et al., 2008). Por 
exemplo, a água para muitas áreas é fornecida pelo derretimento da neve no 
verão. Até 60% da mudança hidrológica no oeste dos Estados Unidos de 1950 
a 1999 pode estar relacionada à influência humana no clima (Barnett et al., 
2008) e está relacionada ao degelo anterior da neve e talvez ao menor 
acúmulo de neve. Em outro exemplo, o planalto tibetano fornece água para 
uma parcela substancial da população mundial. Embora haja fortes indícios de 
que a disponibilidade de água diminuirá nas áreas a jusante em geral com as 
mudanças climáticas, previsões específicas são difíceis porque dados regionais 
detalhados não estão disponíveis nesta parte do mundo (Immerzeel et al., 
2010). 
 Um mundo mais quente significa um ciclo hidrológico (energético) mais 
ativo, de modo que a quantidade total de precipitação que cai deve aumentar, 
assim como a quantidade total de cobertura de nuvens. No entanto, nuvens e 
neve podem amplificar a radiação de calor, dificultando a modelagem. Um ciclo 
hidrológico mais ativo também é um ciclo hidrológico mais variável, criando 
variações que podem dificultar as previsões. Por exemplo, 10 cm de chuva que 
cai durante cinco tempestades durante um período de um mês pode levar a 
magnitude e frequência de escoamento muito diferentes de 10 cm que caem 
em uma tempestade durante um mês. Os 10 cm que caem em cinco 
tempestades podem evaporar antes de atingir as águas subterrâneas ou 
córregos, e os 10 cm que caem em uma tempestade podem escoar muito 
rapidamente no fluxo superficial e resultar em inundações. 
 Os seres humanos também aumentaram a evaporação globalmente 
(Jaramillo e Destouni, 2015). Esses aumentos estão relacionados à irrigação e 
maior superfície de água por meio da criação de reservatórios. O aquecimento 
global aumentará ainda mais as taxas de evaporação e levará a um ciclo 
hidrológico mais ativo. 
 O aumento da temperatura associado ao aumento do CO2 atmosférico 
torna complicada a previsão da taxa de evapotranspiração. A evaporação deve 
aumentar com a temperatura, assim como a transpiração, mas com o aumento 
da disponibilidade de CO2, as plantas podem manter seus estômatos fechados 
por mais tempo e ainda manter taxas substanciais de fotossíntese. Assim, a 
transpiração pode realmente diminuir com o aumento da disponibilidade de 
CO2, apesar do aquecimento das temperaturas. A precipitação mais variável 
também pode alterar a vegetação. Por exemplo, períodos secos mais 
pronunciados podem levar a uma maior probabilidade de incêndio, levando a 
alterações nas comunidades de plantas e uma mudança correspondente na 
transpiração de todo o sistema, bem como na interceptação da precipitação. 
 As condições locais específicas também dificultam a compreensão dos 
efeitos das mudanças globais na hidrologia. Por exemplo, o aquecimento local 
no Himalaia ligado à mudança climática global está acelerando o derretimento 
de geleiras e campos de neve. Esse derretimento ameaça as áreas a jusante 
ao reduzir o armazenamento de água nas bacias do Indo e do Brahmaputra, 
influenciando potencialmente a segurança hídrica de mais de 60 milhões de 
pessoas (Immerzeel et al., 2010). Essas geleiras e suas morenas apreendem 
lagos de água doce. O derretimento mais rápido das geleiras aumenta a 
probabilidade de falhas catastróficas desses represamentos naturais, levando a 
inundações destrutivas a jusante conhecidas como Jökulhlaups. Essas 
inundações catastróficas provavelmente se tornarão mais prováveis com o 
aquecimento global (Ng et al., 2007). (conferir figura 4.4) 
 
 
MOVIMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DO SOLO E AQUÍFEROS 
 
 Várias regiões abaixo da superfície do solo recebem infiltração (Fig. 4.4). Os 
sedimentos secos ou úmidos abaixo das camadas superficiais do solo formam a zona 
insaturada (também chamada de zona vadosa). A profundidade da zona não saturada 
pode variar de zero (onde a água subterrânea atinge a superfície) a mais de 100 m em 
alguns desertos. A franja capilar é a área dentro da zona insaturada onde a ação 
capilar atrai a água subterrânea para os poros ou espaços no sedimento acima da 
área completamente saturada pela água. Esta zona é geralmente 1 m ou menos acima 
do lençol freático, que é definido como o topo da região onde o espaço poroso é 
preenchido com água subterrânea. 
 Abaixo do lençol freático está o habitat das águas subterrâneas. Estão 
disponíveis métodos para amostragem de águas subterrâneas (Método 4.1), mas a 
extensão espacial (vertical e horizontal) das amostras que podem ser coletadas é 
limitada em relação àquelas de habitats de águas superficiais. A extensão dos habitats 
de águas subterrâneas e a franja capilar adjacente e a zona vadosa geralmente 
variam com os padrões de precipitação e podem ser difíceis de definir porque podem 
não ter limites distintos. 
 Neste livro, usamos aquífero para descrever sistemas contínuos de água 
subterrânea, mas alguns usam o termo apenas para reservatórios de água 
subterrânea que são úteis para os seres humanos. O aquífero também é referido 
como a zona freática. Uma quantidade enorme de água é armazenada em aquíferos 
abaixo da superfície da Terra, mas grande parte dela não está disponível para uso 
humano. A maior parte da água é muito profunda para acessar, imprópria para uso 
humano devido à alta salinidade ou amarrada com materiais minerais (muitas 
moléculas e elementos se ligam fortemente à água). 
 A água permanece nos aquíferos por períodos de tempo variáveis. Alguns 
aquíferos trocam com águas superficiais em semanas ou meses. Estes incluem 
aquíferos cársticos com relativamente grandes [...] 
MÉTODO 4.1 Amostragem de águas subterrâneas 
A amostragem de águas subterrâneas em áreas não saturadas requer métodos 
para extrair a água que está no solo. Os lisímetros são usados para coletar 
amostras de água da zona vadosa (Fig. 4.5). Este amostrador possui um copo 
de cerâmica na extremidade que absorve a água do solo circundante quando 
colocado sob vácuo (Wilson, 1990). 
(conferir figura) Figura 4.5 Alguns equipamentos usados para amostragem de 
água do solo e águas subterrâneas. (A) Um invólucro de poço com fenda e 
embalado com materiais filtrantes permite que a água livre de sedimentos seja 
amostrada. (B) Um amostrador a vácuo (lisímetro) depende da pressão 
negativa para extrair a água intersticial do solo. O lisímetro é colocado sob 
vácuo para amostragem e, em seguida, é colocado sob pressão para que a 
amostra flua para fora do tubo de amostragem. 
A água subterrânea é geralmente amostrada através de poços, mas eles 
podem cobrir apenas uma pequena parte do habitat. Poços rasos e 
temporários podem ser instalados manualmente onde o lençol freático está 
próximo à superfície e há sedimentos não consolidados. A amostragem mais 
profunda requer máquinas de perfuração de poços. Quando os poços são 
perfurados, amostras da água dos poros podem ser coletadas e os sedimentos 
podem ser removidos do aparelho de perfuração. Uma amostra de colher 
dividida, na qual a broca pega um núcleo em seu centro enquanto corta para 
baixo, é comumente usada. A broca é então removida e dividida, e o núcleo 
pode ser analisado. 
Após a perfuração de um poço, um revestimento é inserido ao longo do poço 
com ranhuras ou telas colocadas na região de onde a água será retirada 
(Schallae Walters, 1990). A parte externa do poço é então preenchida com 
areia fina o suficiente para impedir que os sedimentos do aqüífero entrem e 
tamponem o poço quando a água é removida (Fig. 4.5). Os finos materiais de 
empacotamento usados na base dos poços causam problemas para 
pesquisadores interessados em animais de águas subterrâneas porque 
organismos maiores do que aqueles capazes de passar pelo material de 
empacotamento não podem ser amostrados. Como resultado, a menos que 
tenham poços especialmente projetados (por exemplo, como os da Fig. 4.5, 
mas sem telas ou materiais de embalagem finos), os ecologistas de águas 
subterrâneas podem perder componentes significativos da fauna de águas 
subterrâneas. O material é embalado no orifício fora do revestimento do poço 
acima da porção com fenda para formar uma vedação. Caso contrário, a água 
pode se mover verticalmente para o aquífero a partir da superfície ou entre as 
camadas do aquífero e contaminar a amostra da profundidade desejada. A 
bentonita (um tipo de argila) é comumente usada para esta vedação porque é 
quimicamente relativamente inerte e incha quando molhada. 
Uma vez que um poço é instalado, ele deve ser desenvolvido. O 
desenvolvimento envolve a remoção de um grande volume de água e 
sedimentos na água para garantir que o poço flua claramente e forneça água 
representativa do aquífero. O poço deve ser amostrado regularmente, com 
água suficiente removida para que a água não fique estagnada. Durante a 
amostragem, vários volumes de água no revestimento devem ser removidos 
antes que a amostra real seja coletada para garantir que a água amostrada 
seja do aquífero fora do poço. 
Várias bombas e baldes estão disponíveis para amostragem de águas 
subterrâneas. O tipo de análise a ser realizada nas amostras coletadas é 
determinado antes da seleção do sistema. Para análise de vestígios de metais, 
são usadas bombas sem peças metálicas que possam contaminar as 
amostras. Na análise de materiais orgânicos, as bombas que não utilizam óleo 
são essenciais, pois o óleo pode contaminar as amostras de água. 
[...] condutos para o fluxo de água (até mesmo “rios” subterrâneos fluem em 
alguns) e as águas subterrâneas rasas conectadas a rios em vales dominados 
por substratos grosseiros, como pedregulhos e pedras. No outro extremo do 
espectro estão os aquíferos profundos como o Ogallala, no centro dos Estados 
Unidos, que retêm água por milhares ou mesmo milhões de anos; a água 
nesses sistemas é frequentemente chamada de água fóssil. Devido às baixas 
taxas de reabastecimento, a água fóssil é um recurso não renovável. Os 
cientistas sabem a idade da água porque a água pode ser datada medindo sua 
composição isotópica. Um grande pico de radioisótopos foi disperso 
globalmente durante os testes atmosféricos nucleares de meados dos anos 
1940 aos anos 1960 e entrou no ciclo hidrológico. O trítio é comumente usado 
como um indicador de água de superfície entrando em um aquífero a partir 
desse momento. Proporções do isótopo 14C em substâncias dissolvidas na 
água podem ser usadas para determinar a idade de até dezenas de milhares 
de anos, e isótopos de outros elementos podem envelhecer as águas em mais 
de 1 milhão de anos (Geyh, 2005). 
 O conhecimento dos fluxos e processos das águas subterrâneas é 
essencial para o estudo de todos os sistemas aquáticos; influencia muitos 
aspectos dos riachos (Allan, 1995; Jones e Holmes, 1996; Brunke e Gonser, 
1997), zonas úmidas (Mitsch e Gosselink, 1993; Batzer e Sharitz, 2006). e 
lagos (Freckman et al., 1997; Hagerthey e Kerfoot, 1998). Discutiremos esses 
exemplos mais especificamente nos três capítulos seguintes. Em algumas 
áreas, como o sudeste dos Estados Unidos, também há grandes descargas de 
águas subterrâneas em águas marinhas (Moore, 1996). 
 A textura e a composição do solo determinam a rapidez com que a água 
se infiltra nos habitats de águas subterrâneas. Camadas impermeáveis, como 
camadas intactas de xisto ou granito, não [...] 
 
(conferir tabela) Tabela 4.2 Tamanhos de partícula representativos e 
condutividade hidráulica de vários materiais aquíferos (Bowen, 1986) 
[...] permitem que a água flua mais profundamente. Em argilas muito finas ou 
solos com grande quantidade de material orgânico, a taxa de percolação pode 
ser muito baixa. Em contraste, cascalho e areia permitem um fluxo de água 
relativamente rápido (Tabela 4.2). A capacidade de infiltração determina 
parcialmente a proporção de água que flui da superfície e a quantidade que 
entra nas águas subterrâneas. A taxa na qual a água se infiltra nas águas 
subterrâneas é a taxa de recarga. 
 As taxas de infiltração têm consequências práticas importantes. Por 
exemplo, quando lodo de esgoto, fertilizantes minerais ou pesticidas são 
aplicados em terras cultivadas, os contaminantes entrarão nas águas 
subterrâneas se as taxas de infiltração forem altas e a absorção pela cultura for 
baixa. Assim, a taxa de infiltração é um aspecto importante na determinação 
dos níveis de aplicação de fertilizantes (Wilson et al., 1996). Extensas áreas 
com superfícies impermeáveis associadas ao desenvolvimento urbano podem 
diminuir o fluxo para as águas subterrâneas, reduzindo a recarga e 
aumentando os problemas de inundação quando ocorrem aumentos dos fluxos 
de lençol, como discutimos no Capítulo 6. 
 A permeabilidade determina a taxa potencial de fluxo (condutividade 
hidráulica) através dos aquíferos. Este fluxo é variável e dependente da 
geologia. A água fluirá lentamente em sedimentos finos e mais rapidamente 
onde existem grandes poros e canais (por exemplo, em aquíferos calcários 
com canais e sedimentos não consolidados com materiais grandes, como 
pedras). A condutividade hidráulica é parcialmente dependente do número de 
Reynolds (consulte o Capítulo 2) porque a viscosidade é alta e o fluxo é lento 
quando os números de Reynolds são pequenos (ou seja, quando as partículas 
de sedimento são pequenas). A lei de Darcy (Capítulo 2) pode expressar a taxa 
na qual a água se move através dos aquíferos. Esta lei afirma que a taxa de 
fluxo em materiais porosos aumenta com o aumento da pressão e diminui com 
caminhos de fluxo mais longos. A lei de Darcy é usada para descrever 
matematicamente o fluxo de água subterrânea e a infiltração através da zona 
vadosa (Bowen, 1986). 
 A quantidade de água retida no sedimento é determinada por sua 
porosidade, ou a fração volumétrica de poros e/ou fraturas. Se o sedimento 
estiver saturado com água, há dois componentes: (1) água que será drenada 
do sedimento (rendimento) e (2) água retida no sedimento (retenção). À 
medida que os poros ficam menores, a retenção aumenta porque a tensão 
superficial tem mais influência em escalas espaciais menores. Fluxos maiores 
são frequentemente encontrados em sedimentos mais porosos porque 
materiais mais porosos tendem a ter mais canais pelos quais a água pode 
passar. Por exemplo, cascalho e areia acumulam-se com espaços 
relativamente grandes deixados entre as partículas para a passagem da água. 
Esse empacotamento resulta em A quantidade de água retida no sedimento é 
determinada por sua porosidade, ou fração volumétrica de poros e/ou fraturas. 
Se o sedimento estiver saturado com água, há dois componentes: (1) água que 
será drenada do sedimento (rendimento) e (2) água retida no sedimento 
(retenção). À medida que os poros ficam menores, a retenção aumenta porque 
a tensão superficial tem mais influência em escalas espaciais menores. Fluxos 
maiores são frequentemente encontrados em sedimentos mais porosos porque 
materiais mais porosos tendem a ter mais canais pelos quais a água pode 
passar. Por exemplo, cascalho e areia acumulam-se com espaços 
relativamente grandes deixados entre as partículas para a passagem da água. 
Esse empacotamento resulta em grandes canais conectados. Exceções a esta 
relação existem; sedimentos de alta porosidadepodem ter uma baixa 
condutividade hidráulica quando uma grande proporção dos poros são becos 
sem saída e não estão envolvidos no fluxo. A porosidade pode não estar 
relacionada diretamente com as vazões devido à distribuição desigual dos 
tamanhos dos poros e da tortuosidade, ou comprimento médio do caminho do 
fluxo entre dois pontos, que varia em função do tipo de material (Sahimi, 1995). 
 Um exemplo de material de alta porosidade, mas de baixa 
condutividade, é o material de carboidrato excretado por micróbios. Esses 
produtos extracelulares têm uma alta proporção de água e muitos poros 
microscópicos, mas permitem pouco ou nenhum fluxo através deles porque os 
poros são pequenos e o número de Reynolds impede o fluxo em uma 
viscosidade tão alta. As secreções microbianas podem diminuir o fluxo através 
dos sedimentos (Battin e Sengschmitt, 1999), tornando a ecologia microbiana 
das águas subterrâneas e dos solos significativa para a hidrologia. Um exemplo 
específico dessa importância ocorre quando os tampões de crescimento 
microbiano fluem de poços ou sistemas sépticos. 
 As águas subterrâneas são difíceis de amostrar e caracterizar 
completamente. Os cientistas desenvolveram recentemente métodos em larga 
escala que não requerem perfuração para entender a profundidade das águas 
subterrâneas. Por exemplo, o monitoramento detalhado de sistemas de 
posicionamento global documentou que a perda de massa de água 
subterrânea no oeste dos Estados Unidos durante um período de seca intensa 
em 2012 causou uma elevação de 5 mm da superfície terrestre. Este 
soerguimento deve-se à diminuição da massa de água que deprime a 
superfície e corresponde a uma perda de 10 cm de água (Borsa et al., 2014). 
Doll et al. (2014) usaram satélites GRACE, que monitoram a força 
gravitacional, para verificar perdas modeladas em águas subterrâneas globais. 
Quanto mais água, mais massa e mais forte a força gravitacional que pode ser 
detectada. Eles encontraram evidências do esgotamento global das águas 
subterrâneas, e as maiores taxas de perda ocorreram na Índia, Estados 
Unidos, Irã, Arábia Saudita e China. 
 Os movimentos de água de menor escala mais difíceis ocorrem em 
aquíferos heterogêneos com caminhos de fluxo complexos. No entanto, 
entender a hidráulica das águas subterrâneas é essencial para descrever sua 
conexão com os habitats de superfície. Isso pode se estender à compreensão 
da ecologia das águas subterrâneas, dos rendimentos potenciais dos aquíferos 
e do potencial de propagação de poluentes neles. Na ecologia das águas 
subterrâneas, por exemplo, grande parte do carbono em muitos sistemas de 
águas subterrâneas rasas vem de fontes terrestres. Se levar centenas ou 
milhares de anos para que a água chegue ao habitat a partir da superfície, é 
provável que o habitat seja extremamente oligotrófico. Em contraste, muitos 
aquíferos cársticos têm fluxo muito rápido e contaminantes da superfície, como 
nutrientes e pesticidas, podem se espalhar rapidamente por eles. Determinar a 
velocidade e a direção do fluxo das águas subterrâneas pode ser complicado. 
Vários métodos foram desenvolvidos para medir a direção e a taxa do fluxo em 
águas subterrâneas (Método 4.2). Em todos os casos, esses métodos são 
menos diretos do que as medições de águas superficiais, e os aquíferos 
heterogêneos requerem amostragem substancial para entender sua 
complexidade. 
MÉTODO 4.2 Vazões de amostragem e direções em águas subterrâneas 
Os piezômetros são usados para determinar a profundidade das águas 
subterrâneas; estes são tubos com fundos abertos que são perfurados em 
águas subterrâneas em várias profundidades para que a profundidade da água 
no tubo possa ser determinada. A direção do fluxo é determinada nas direções 
vertical e horizontal. Os piezômetros aninhados (um grupo que é perfurado em 
várias profundidades em um local) são usados para avaliar o fluxo vertical, e os 
piezômetros espaçados uns dos outros podem ser usados para determinar a 
direção horizontal do fluxo, bem como um componente vertical. 
O ninho de piezômetros é usado para indicar pressão, com maior pressão 
levando a maior elevação do topo da água dentro do piezômetro. Se a pressão 
diferir entre as profundidades, a água fluirá da região de maior para a de menor 
pressão. Os piezômetros aninhados indicam um fluxo ascendente se a 
elevação do topo da água no tubo do piezômetro que penetra no aqüífero até o 
ponto mais profundo for maior que a elevação da água no tubo mais raso (Fig. 
4.6). A água está se movendo para baixo se a elevação do topo da água no 
piezômetro mais raso for maior do que no mais profundo. Se todas as 
elevações forem iguais, o fluxo vertical não é nem para cima nem para baixo. 
Se o fluxo for alto, a água deve estar fluindo para esse local de algum outro 
lugar (de outra parte do aquífero ou por infiltração) e, se o fluxo for baixo, deve 
ser reabastecido ou a profundidade do lençol freático diminuirá. 
(conferir figura) Figura 4.6 Formas de usar pequenos poços (piezômetros) para 
estimar a direção dos fluxos de águas subterrâneas. Um ninho (distribuído 
localmente) de piezômetros pode ser usado para determinar a direção vertical 
do fluxo, e piezômetros distribuídos espacialmente podem ser usados para 
determinar a direção lateral do fluxo com base em traçadores ou elevação do 
lençol freático. 
Quando os piezômetros são colocados separados uns dos outros, eles podem 
ser usados para estimar a profundidade local do lençol freático. Se a elevação 
das águas subterrâneas em um local for menor do que em outro, e os dois 
estiverem conectados hidraulicamente, sabemos que a água está fluindo do 
local superior para o inferior. A diferença de elevação entre os dois locais é a 
carga hidráulica. Liberar um rastreador no local superior e monitorar sua 
aparência no local inferior pode indicar a velocidade da água diretamente. 
Vários métodos adicionais são usados para avaliar as taxas de fluxo através 
dos aquíferos (Fitts, 2002; Kalbus et al., 2006). Os testes de slug consistem em 
adições ou remoções rápidas de água de um poço e no monitoramento de 
quanto tempo leva para o nível da água atingir sua profundidade original. As 
equações podem ser usadas para analisar os dados de profundidade da água 
e relacioná-los ao fluxo. Períodos mais longos de bombeamento podem ser 
usados e a profundidade estável do lençol freático inferior no poço bombeado e 
nos poços próximos pode ser usada para caracterizar as vazões. Nos testes de 
rastreador, a água é adicionada ao poço com um rastreador inerte e a taxa de 
diluição pode ser usada para calcular as taxas de fluxo. Medidores de vazão 
podem ser instalados em poços para determinar precisamente de onde no 
perfil de profundidade a água está fluindo (para caracterizar a heterogeneidade 
do fluxo). Um método mais avançado faz uso da composição isotópica da água 
para determinar a fonte de água e inferir as vias de fluxo (Maxwell e Condon, 
2016). 
(conferir figura) Figura 4.7 A água se move pelas águas subterrâneas e pela 
superfície da terra no ciclo hidrológico. Após Leopold e Davis (1996); 
desenhada por Sarah Blair. 
 
	Capítulo 1: USO HUMANO DA ÁGUA: PRESSÕES SOBRE UM RECURSO CHAVE
	O ANTROPOCENO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS E RECURSOS HÍDRICOS
	QUAL O VALOR DA ÁGUA?
	Capítulo 4: AVANÇADO: PREDIÇÃO DE QUANTIDADE E VARIABILIDADE DE ESCOAMENTO COM MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
	MOVIMENTO DE ÁGUA ATRAVÉS DO SOLO E AQUÍFEROS