HIDROLOGIA APLICADA (2011 Aula 10 Escoamento Subterrâneo)

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HIDROLOGIA APLICADA
ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
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ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
SUBDIVISÃO DA HIDROLOGIA
 HIDROMETEOROLOGIA (ÁGUA NA ATMOSFERA)
 LIMNOLOGIA (ÁGUA NOS LAGOS)
 POTAMOLOGIA (ÁGUA NOS RIOS)
 GLACIOLOGIA (NEVE E GELO)
 HIDROGEOLOGIA (ÁGUA SUBTERRÂNEA) 
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Na Europa, o sistema de abastecimento de água, depende em 75% da água 
subterrânea para o abastecimento da população. Em países como a Dinamarca, 
Suécia, Bélgica, Alemanha e Áustria, representa 90%. A água subterrânea abastece 
100% dos núcleos urbanos da Argélia, 58% do Irã, 50% nos Estados Unidos. No 
Brasil, estima-se que 50% das cidades são abastecidas por água subterrânea. O Estado 
de São Paulo é o maior usuário nacional, com 70% das cidades e, 90% das indústrias. 
Capitais de estados brasileiros como Campo Grande-MT, Maceó-AL, Recife-PE, 
Natal-RN, João Pessoa-PB, Fortaleza-CE, Belém-PA, Manaus-AM, dependem 
grandemente da água subterrânea para o abastecimento público. Estados que possuem 
extensas coberturas sedimentares como o Amazonas, Pará, Maranhão, Piauí, 
Tocantins, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, São Paulo, Paraná, Santa Catarina, Rio 
Grande do Sul e sul de Goiás têm na água subterrânea, a alternativa mais viável de 
abastecimento de suas comunidades.
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Distribuição da água no planeta A cada 1000 L
97,5% nos oceanos
1,8% em geleiras
975 L
18 L
0,6% nas camadas subterrâneas 6 L
0,015% nos lagos e rios
0,005% de umidade no solo
150 mL
50 mL
0,0009% em forma de vapor na atmosfer 9 mL
0,00004% na matéria viva 0,4 mL
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O rio alimenta o aqüífero = Rio influente → regime 
intermitente 
Ex.: Vertente São Franciscana
O aqüífero alimenta o rio = Rio efluente → regime perene
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ORIGENS DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
- Origem Meteórica: Águas recarregadas pela infiltração de 
uma fração da precipitação. São as mais importantes (97% da 
água doce líquida dos continentes); 
- Águas Conatas: Águas retidas nos sedimentos desde as épocas 
de formação dos depósitos (em geral salinas);
- Origem juvenil: Águas geradas pelos processos magmáticos 
da Terra.
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Meteórica: águas naturalmente recarregadas pela infiltração de uma
parcela das precipitações, com profundidades médias de 750 m,
representam cerca de 4,2 milhões de km3 e participam ativamente do
Ciclo Hidrológico.
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ÁGUA SUBTERRÂNEA E MEIO AMBIENTE
 Condições de superfície: compactação, vegetação e topografia;
 Características do subsolo: composição, porosidade e 
permeabilidade;
 Condições ambientais: umidade do solo e temperatura do solo. 
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INFILTRAÇÃO
Mecanismo de penetração da água meteórica que atinge a 
superfície do terreno, sob a ação da gravidade. Uma fração da 
água que infiltra reconstitui a umidade do solo (65 mil km3). 
Outra fração percola verticalmente (gravidade) até encontrar um 
substrato impermeável, acumulando-se para formar o manancial 
(aquífero).
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CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
A água subterrânea é menos vulnerável a contaminações oriundas da
atividade humana, cujo tratamento é oneroso, no entanto, os aquíferos
podem ser contaminados por vazamentos em redes de esgoto,
derramamentos de petróleo, etc. Quando a contaminação acontece, a
remediação é muito mais difícil de se fazer do que no caso das águas de
superfície, podendo em alguns casos tornar-se irreversível.
Motivo: lento movimento da água subterrânea, sobretudo em camadas
de baixa permeabilidade e a fenômenos de adsorção e trocas iônicas nos
grãos do solo, principalmente quando existem minerais argilosos
presentes no aquífero.
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AQUÍFEROS
Definição: AQUÍFERO é a formação geológica que contém (ou
armazena) a água subterrânea e permite que esta água se
movimente no seu interior em condições naturais. Os aquíferos são
então formações PERMEÁVEIS.
Armazenamento Porosidade Eficaz/Coeficiente de
Armazenamento
 Movimento Condutividade hidráulica/transmissividade
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TIPOS DE AQUÍFEROS
As propriedades do movimento da água em uma formação geológica,
ou seja, em um aquífero, vai depender das propriedades do fluido
(água) e das características do meio (aquífero). Assim sendo, a
classificação dos aquíferos se dá de acordo com os tipos de rocha por
onde a água percola.
Rochas Aquíferos
 Magmáticas
 Metamórficas
 Sedimentares
Fissural (Cristalino)
Cárstico: Rochas Calcárias
Poroso: Rochas Detríticas
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Características
gerais do
Aquífero Fissural
Baixas vazões
(1 m3/h)
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Aquífero Cárstico
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Aquífero Cárstico
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Aquífero Poroso
Rochas sedimentares detríticas: Areias, arenitos
(geomorfologia: planícies, tabuleiros e chapadas)
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Características
Gerais do
Aquífero Poroso
Elevadas vazões
(20 a 200 m3/h)
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CLASSIFICAÇÃO DOS AQUÍFEROS POROSOS
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Cidade do México 1910 - 1995
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Poços artesianos em Alagoas
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VANTAGENS
 Dispensa tratamento químico (ETA’s);
 Não acarreta inundação;
 Pequena área de captação e proteção;
 Permite distribuição setorizada;
Pequena extensão da rede de adução até o reservatório ou caixa d'água;
 Implantação gradativa do sistema de captação e distribuição;
 Não há desapropriação de grandes áreas;
 Independe de períodos de estiagem prolongados para recarga anual;
 Pequeno prazo de execução de um poço;
As obras de captação são menos onerosas;
As águas subterrâneas não estão sujeitas como as superficiais, ao
intenso processo de evaporação
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ÁGUA SUBTERRÂNEA EM UMA ÁREA
- Fatores Geológicos: condições de ocorrência (livre, confinado), 
características hidrodinâmicas (porosidade, permeabilidade), 
geometria do aquífero (extensão, espessura e profundidade).
- Quantidade e Regime das Precipitações: determinam as taxas e 
processos de recarga.
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POROSIDADE
Porosidade de uma formação aquífera é a parte do seu volume
ocupada pelos vazios ou poros, ou a percentagem do volume darocha ocupada pelos vazios. É um índice da quantidade de água que
pode ser armazenada intersticialmente no material saturado.
A porosidade representa a quantidade de água que um aquífero
pode conter porém não indica quanto de volume de água pode ser
fornecido.
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Quando a água é drenada em um material pela ação da 
gravidade, só parte do volume total armazenado nos poros é 
liberada, sendo chamada de Porosidade eficaz ou efetiva (Ne).
A parte de água retida é chamada de Retenção Específica. A 
Porosidade eficaz e a Retenção específica são percentuais 
complementares da Porosidade.
Ex.: Se 0,10 m3 de água são drenados por 1 m3 de areia saturada, 
a vazão específica é 0,10 ou 10%. Se a Porosidade tiver um valor 
de 30% significa que a Retenção Específica será 0,20 ou 20%.
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Rebaixamento - s
Volume: A x s
(aquífero)
Volume de água: 
A x s x Ne
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Faça um projeto de poços em um aquífero com uma superfície livre de 50 km2 e 12 m de 
espessura, sendo a Porosidade eficaz 5%, e se puder rebaixar os 10% da espessura do 
aquífero. A vazão possível de cada poço é de 45 m3/h e o consumo per capta é de 180 
l/dia. Utilize um regime de bombeamento de 12 h/dia.
Volume: A x s
Rebaixamento: 
s = 1,2 m
Volume de Água: 
Va= A x s x Ne
Va= 3 x 106 m3
Va = 50 x 106 m2 x 1,2 m x 0,05
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Volume: A x s
Rebaixamento: 
s = 1,2 m
Volume de Água: 
Va= A x s x Ne
Va= 3 x 106 m3
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Va= 3 x 106 m3 Volume de projeto: Vp= 3 x 106 m3
Vazão de projeto: Qp= 3 x 106 m3/ano
Vazão de um poço: Qpoço = 45 m
3/hora x 12 h/dia x 365 dias/ano
Qpoço = 197.100 m
3/ano
Nº de Poços: NP = 
𝑸𝒑
𝑸𝒑𝒐ç𝒐
; NP = 
3 x 106 m3/ano
197.100 m3/ano
NP ≈ 16 poços
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EXERCÍCIO/POROSIDADE EFICAZ
Faça um projeto de poços (diga o nº de poços e a população 
abastecida) em um aquífero com uma superfície livre de 20 km2
e 20 m de espessura, sendo a Porosidade eficaz 6%, e se puder 
rebaixar os 20% da espessura do aquífero. A vazão possível de 
cada poço é de 40 m3/h e o consumo per capta é de 220 l/dia. 
Utilize um regime de bombeamento de 16 h/dia.
Resposta
Va= A x s x Ne
Va= 20 x 106 m2 x 4 m x 0,06
Va= 4,8 x 106 m3
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Va= 3 x 106 m3 Volume de projeto: Vp= 3 x 106 m3
Vazão de projeto: Qp= 3 x 106 m3/ano
População abastecida (1 hab = 200 l/dia)
Qhab = 73 m
3/ano hab
Nº de habitantes: NH = 
𝑸𝒑
𝑸𝐡𝐚𝐛
; NP = 
3 x 106 m3/ano
73 m3/ano
NH ≈ 41.096 habitantes
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EXERCÍCIO/POROSIDADE EFICAZ
Um aquífero de 70 km2 possui uma porosidade efetiva de 6,25% e 
uma espessura de 20 metros. Uma plantação de cana irrigada 
numa área de 200 ha consome 25 l/m2 ao dia, sendo necessário 
irrigar por 150 dias ao ano. Diga quantos metros esse aquífero 
seria rebaixado e que população poderia abastecer se não fosse a 
irrigação, a um consumo de 200 l/dia por habitante.
Resposta
Qi = 2000000 m
2 x 0,025 m3/m2 dia x 150 dias/ano
Qi = 7.500.000 m
3/ano
Vi = 7.500.000 m
3 = Vp
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EXERCÍCIO/POROSIDADE EFICAZ
Se um aquífero com área de 4,48 km2 apresenta uma porosidade 
efetiva de 5% e o mesmo é bombeado para irrigar uma área 40 ha 
durante 210 dias com uma lâmina d’água de 8 litros por m2 ao dia, 
qual será o rebaixamento no aquífero? Se aumentarmos o 
rebaixamento em mais 1,0 m, qual a população que poderia ser 
abastecida com esse excedente de água a um consumo per capita 
de 200 l/dia?
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MOVIMENTO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Os líquidos se põem em movimento devido à diferença de carga
piezométrica e não devido a diferenças de pressão, podendo inclusive
se deslocar de uma zona de mais baixa pressão para outra de maior
pressão.
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Lei de Darcy
Q = k A i
Q/A = k i
v = ki
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k b = T
Q
A
X i = k
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HIDRÁULICA DE POÇOS EM AQUÍFEROS
AQÜÍFEROS CONFINADOS
s
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AQÜÍFEROS CONFINADOS
A secção de escoamento será: S = 2  r b
E a velocidade de escoamento será: v = Q/2 π r b
De acordo com a lei de Darcy: v = K i
Então: K i = Q/2 π r b  Q = 2  r K b i
Vazão = Fluxo = Perímetro x Transmissividade x Gradiente
Como i = dh/dr  𝐐 = 𝟐 𝛑 𝐊 𝐛 𝐫
𝛛𝐡
𝛛𝐫 𝑸
𝝏𝒓
𝒓
= 𝟐 𝝅 𝑲 𝒃 𝝏𝒉
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que integrando vem: 𝑸 = 𝟐, 𝟕𝟑 𝑲𝒃
(𝒉𝟎 − 𝒉𝒑)
𝐥𝐨𝐠
𝑹
𝒓𝒑
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AQÜÍFEROS LIVRES
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A VAZÃO QUE PASSA PELA SUPERFÍCIE LATERAL DO CILINDRO É,
SEGUNDO DARCY, DADA PELA EXPRESSÃO:
Onde: Q = vazão (m3/h)
K = condutividade hidráulica (m/h)
2  r H = área da superfície lateral do cilindro
dH/dr = gradiente hidráulico a uma distância r do poço
𝐐 = 𝐊 ∙ 𝟐 ∙ 𝛑 ∙ 𝐫 ∙ 𝐇 ∙
𝛛𝐡
𝛛𝐫
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Então: 𝑸 ∙
𝝏𝒓
𝒓
= 𝟐 ∙ 𝑲 ∙ 𝝅 ∙
𝑯 𝝏𝒉
𝐐 න
𝒓𝒑
𝐑𝛛𝐫
𝐫
= 𝟐 ∙ 𝐊 ∙ 𝛑 න
𝒉𝒑
𝑯𝟎
𝐇 𝛛𝐡
𝐐 ∙ 𝐥𝐧
𝑹
𝒓𝒑
= 𝑲 ∙ 𝝅 ∙ (𝑯𝟐 − 𝒉𝒑𝟐)
𝐐 = 𝟏, 𝟑𝟔𝟔 ∙ 𝐊 ∙
(𝐇𝟐 − 𝐡𝐩𝟐)
𝐥𝐨𝐠
𝐑
𝒓𝒑
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EXERCÍCIOS
Um poço de 8” de diâmetro bombeia 66 m3/h causando um rebaixamento de 10 m em
um aquífero livre de 60 m de espessura saturada. Se o raio de influência é de 600 m, qual
a condutividade hidráulica em m/s? Se bombearmos esse poço por 16 h/dia, quantos
poços seriam necessários para abastecer uma população de 42.240 habitantes a um
consumo per capita de 100 l/dia?
Que vazão horária se extrai de um poço de 10” de diâmetro em aquífero confinado com 
espessura de 20 m, tendo o poço rebaixado 4 m, possuindo uma condutividade hidráulica 
de 5,0 x 10-4 m/s e um raio de influência de 100 m? Se bombearmos esse poço por 16 
h/dia, que população dá para abastecer a um consumo per capita de 100 l/dia?
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EXERCÍCIOS
Um poço de 10” de diâmetro em um aquífero livre extrai uma vazão de 35,0 m3/h e
rebaixa 25 m, sendo o raio de influência de 80 m. Se a espessura de água dentro do poço
(Hp) é de 15 m, calcule a condutividade hidráulica em m/s deste aquífero. Se tivermos
20 poços iguais a este bombeando 16 h/dia, quantos anos poderemos abastecer uma
população de 50.000 habitantes que crescem a uma taxa de 2%/ano com consumo per
capita de 200 l/dia?
Um poço de 6” de diâmetro em aquífero confinado extrai 35,12 m3/h. Se o raio de
influência do poço é de 1600 m e a condutividade do aquífero é de 4,5 x 10-4 m/s, qual
será a espessura deste aquífero, tendo o poço rebaixado 2,5 m? Se bombearmos esse
poço por
16 h/dia, quantos poços iguais a este teriam de ser perfurados para atender uma
população de 30.000 habitantes a um consumo per capita de 250 l/dia?
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ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
A potenciometria de um aquífero é a posição da 
carga hidráulica em cada ponto da superfície do 
aquífero, tomada em relação a um nível de referência 
(datum), mostrando assim, a perda de carga 
existente em toda a superfície do aquífero e por 
conseguinte, o sentido do movimento da água 
subterrânea.
POTENCIOMETRIA
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A potenciometriaem um ponto do aquífero é obtida
diretamente através de poços. Quando se mede a
profundidade da água no interior de um poço a partir da
superfície, estamos obtendo o nível estático do poço (NE). Se
a boca do poço está a uma cota (C) qualquer acima do nível
do mar, então obteremos o nível potenciométrico (NPT) ou a
potenciometria, simplesmente pela diferença entre a cota e o
nível estático, ou seja: NPT = C – NE
Obtendo-se vários pontos com suas respectivas
potenciometrias, teremos então o Mapa Potenciométrico do
aquífero em determinada área.
65
FLUXO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
POTENCIOMETRIA
Nível do Mar
Poço 1
C
o
ta
N
. 
E
NPT
Poço 2
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ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
Nível do Mar
Poço 1
C
o
ta
N
. 
E
NPT
Poço 2
POTENCIOMETRIA
HIDROLOGIA APLICADA
ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
Poço Fluxo subterrâneo
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ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
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ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
HIDROLOGIA APLICADA
ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
Uso de Mapas Potenciométricos
•Carga hidráulica: vulnerabilidade de aquíferos;
•Fluxo subterrâneo: probabilidade de contaminação;
•Vazão de escoamento natural: reservas reguladoras.
HIDROLOGIA APLICADA
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Estudo de Caso: Lagoa do Pau-Coruripe/AL
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ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
A
B
C D
E
F
P1
P2
P3
PExist
P12
P14(rio)
Mapa Potenciométrico da Área
Escala - 1:700
LEGENDA
Área dos tanques Poço tubular raso Sentido do fluxo subterrâneo
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