Águas subterrâneas - aula 12

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ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
INTRODUÇÃO:
A INFILTRAÇÃO
Diversas são as características que fazem da água subterrânea uma fonte desejável
para o abastecimento de grande parte da população mundial. Os sistemas de águas
subterrâneas apresentam-se na forma de reservatórios naturais, eliminando os custos
relativos ao armazenamento, e podendo ser explorados nas proximidades dos pontos de
demanda, reduzindo os custos de tubulações necessárias ao seu transporte. Além disso, as
águas subterrâneas são naturalmente filtradas e geralmente mais protegidas de fontes
emissoras de poluição que as águas superficiais.
Fazem–se necessários, portanto, alguns entendimentos úteis à utilização de tais
águas. Dessa maneira, este capítulo foi organizado com o propósito de introduzir conceitos
básicos, úteis à compreensão de fenômenos, desde a infiltração, visto que as águas tem
origem na precipitação que infiltra através do terreno, até a hidráulica dos poços, a partir de
algumas definições necessárias.
ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Os aqüíferos são formações geológicas permeáveis que retém água e permitem o seu
movimento. Os aquicludes possuem água e não permitem o seu deslocamento. Já os
aquífugos são formações impermeáveis que não retém e não permitem o escoamento de
água.
Definição dos Termos
Definem-se nesta seção os parâmetros do aqüífero relevantes à determinação do
volume disponível de água e à facilidade de retirá-la.
Porosidade(n): A relação do volume de vazios (espaços abertos) no solo para com o
volume total é chamado porosidade. Ela é uma medida da quantidade de água que pode
ser armazenada no espaço entre as partículas de solo. Ela não indica quanto de água está
disponível para desenvolvimento. Alguns valores típicos são apresentados na Tabela
12.1.
UU
LL
AA 1122
Tabela 12.1:
Material do Aqüífero Porosidade
(%)
Rendimento
Específico (%)
Condutividade
(m/s)
Argila 55 3 1,2 x 10-6
Argiloso 35 5 6,4 x 10-6
Areia Fina 45 10 3,5 x 10-5
Areia Média 37 25 1,5 x 10-4
Areia Grossa 30 25 6,9 x 10-4
Areia e Pedregulho 20 16 6,1 x 10-4N
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Pedregulho 25 22 6,4 x 10-3
Xisto <5 3 1,2 x 10-12
Granito <1 0 1,2 x 10-10
Arenito 15 5 5,8 x 10-7
Calcário 15 2 5,8 x 10-6C
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Rocha Fraturada 5 2 5,8 x 10-5
Rendimento Específico. A percentagem de água que está livre para escoar pelo
aqüífero sob influência da gravidade é definida como rendimento específico.
Rendimento específico não é igual a porosidade porque as forças de tenção molecular e
de superfície no espaço poroso mantém uma parte da água nos vazios. Rendimento
específico reflete e a quantidade de água disponível para desenvolvimento. Alguns
valores médios são mostrados na Tabela 12.1.
Coeficiente de Armazenamento (S). Este parâmetro é similar ao rendimento
específico. Ele é o volume de água disponível resultante de um declive unitário na
superfície piezométrica sobre uma unidade horizontal de área de seção cruzada. Ele
tem unidade de m3 de água/m3 do aqüífero ou, em essência, sem unidade! Coeficiente
de armazenamento e rendimento específico podem ser usados trocadamente para
aqüíferos não confinados. Valores de “S” para aqüíferos não confinados alcançam
desde 0,01 a 0,35. Para aqüíferos confinados os valores de “S” variam de 1 x 10-3 a 1 x
10-5.
Gradiente Hidráulico e Cabeça. A declividade da superfície piezométrica é conhecida
como gradiente hidráulico. A diferença na elevação de um ponto para outro ao longo do
gradiente hidráulico é a medida de pressão. Esta diferença de elevação é conhecida
como pressão de cabeça ou apenas cabeça. Quando a superfície piezométrica 1,00 m em
elevação para cada 1,00 m em distância, o gradiente hidráulico é 1,00 ou 100 porcento.
Condutividade hidráulica (K). A propriedade de um aqüífero que uma medida da
habilidade para transmitir água sobre a declividade da superfície piezométrica é
conhecida como condutividade.hidráulica. Ela e definida como a descarga que acontece
através de uma unidade de seção cruzada do aqüífero sobre um gradiente hidráulico de
1,00. Ela tem unidade de velocidade (m/s). Tipicamente valores são mostrados na
Tabela 12.1.
Transmissividade (T). O coeficiente de transmissividade (T) é uma medida da taxa a
qual a água irá fluir através de uma unidade de largura da faixa vertical do aqüífero
estendido através da camada completamente saturada sobre um gradiente hidráulico
unitário. Ela tem unidade de m2/s. Valores de coeficiente de transmissividade alcançam
desde 1,0 x 10-4 a 1,5 x 10-1 m2/s.
12.1 . Água Subterrânea e Poços
Embora a porção da população dos Estados Unidos que é abastecida por água
superficial seja duas vezes a abastecida por água subterrânea, o número de comunidades
abastecidas por água subterrânea é quatro vezes o número de comunidades abastecida
por água superficial (ver Tabela 12.2). O motivo é que grandes cidades são abastecidas
por água superficial enquanto que muitas pequenas comunidades utilizam água
subterrânea.
A água subterrânea possui várias características que fazem dela um manancial de
abastecimento de água. Primeiro, a água subterrânea é provida de armazenamento
natural, o qual reduz os custo com proteção. Segundo, desde que o abastecimento
freqüentemente seja disponível ao ponto de demanda, o custo de distribuição é reduzido
significativamente. Terceiro, devido a água subterrânea ser filtrada pelo estrato
geológico natural, a água subterrânea é visivelmente mais límpida que a água
superficial.
Tabela 12.2:
Tipo de Sistema
Número de
Sistemas
 População
Atendida
Estimada
Sistemas em Comunidades 40.000 160 milhões
Abastecida por Água
Subterrânea
32.000 53 milhões
Abastecida por Água
Superficial
8.000 107 milhões
Outros Sistemas Públicos 200.000
Abastecido por Água
Subterrânea
190.000
Abastecido por Água
Superficial
10.000
12.1.1 Construção de Poços
Poços modernos consistem mais do que simples buracos no solo. Um tubo de aço
chamado de revestimento é colocado no poço escavado para manter a integridade do
escavação. O revestimento é protegido das circunvizinhanças do solo com um
revestimento de cimento e uma grade é colocada no fundo do tubo de revestimento para
permitir que a água penetre e mantenha material sólido fora. Dois tipos de bombas
podem ser usados. No diagrama é mostrado, o motor da bomba na superfície do solo e a
bomba é colocada no fundo do poço sobre a tela. A alternativa é uma bomba submersa.
Neste caso ambos bomba e motor são introduzidos no revestimento; a água é bombeada
para fora do poço através de um tubo de descarga.
Condições Sanitárias. A penetração de uma formação de cascalho junto a um poço
provem uma rota direta para possível contaminação da água subterrânea. Embora
existam diferentes tipos de poços e bem construídos, existem aspectos sanitários
básicos que devem ser considerados e seguidos.
1. O espaço anular fora do revestimento deveria ser preenchido com um reboco de
cimento fluido ou argila densa desde a superfície até a profundidade necessária para
prevenir a entrada de água contaminada. Um mínimo de seis metros é recomendado.
2. Para aqüíferos artesianos, o revestimento deve ser selado dentro da formação
impermeável assim como reter a pressão artesiana.
3. Quando uma formação de cascalho contendo água de qualidade inferior for penetrada, a
formação deve ser selada para prevenir a infiltração de água dentro do poço e aqüífero.
4. Um poço sanitariamente protegido com suspiro apropriado deve ser instalado no topo
do revestimento do poço para prevenir a entrada de água contaminada e outros
materiais estranhos.
Cobertura e selagem de poços. Todos os poços devem ser providos com uma
cobertura, ajustado cobrindo o topo do revestimento ou troncode tubo para prevenir a
contaminação da água ou que materiais estranhos adentrem ao poço.
A selagem em um poço que está exposto a possibilidade de inundação dever ser elevada
até pelo menos 0,6 m sobre o mais alto nível de inundação conhecido. Quando isso não
é possível, a selagem deve ser estanque e equipada com uma linha de ventilação cuja
abertura para atmosfera está a pelo menos 0,6 m sobre o mais alto nível de inundação
conhecido.
A cobertura de poços e plataforma de bombas devem ser elevadas sobre a adjacente
termino do nível do solo. O piso da sala de bomba deve ser construído com reforçado,
estanque concreto com declividade longe do poço de modo que a superfície e
contaminação não pode permanecer próximo do poço. A mínima espessura tal que a
laje ou piso devem ser 0,1 m. Lajes ou pisos de concreto devem ser derramados
separadamente do reboco formando selo e, onde a ameaça de frio existir, ultrajado por
ele e o revestimento do poço por um plástico ou camada de massa ou tronco de tubo
para prevenir unindo o concreto com ambos.
 Toda a água do poço deve estar prontamente acessível para inspeção, serviços e testes.
Isto necessita que alguma estrutura construída sobre o poço seja facilmente removível
para prover completo, desobstrução para acesso de equipamentos de serviço ao poço.
Desinfeção do poço. Todo poço recentemente construído deve ser desinfetado para
neutralizar a contaminação de equipamentos, materiais, ou superfície drenada
introduzido durante a construção. Todo poço deve estar prontamente desinfetado depois
de uma construção ou reparo.
Casa de Bomba. Uma casa de bomba instalada sobre a superfície do solo deve ser
usada. Ela deve ser necessariamente para uso em conexão descarga subterrânea se
isolada, é permitido aquecimento na casa de bomba. Para instalações individuais em
áreas rurais, duas lâmpadas de 60 Watts, um aquecimento elétrico controlado
termostaticamente, ou um cabo de aquecimento irá geralmente prover proteção
adequada quando a casa de bomba é corretamente isolada. Ocorrendo paradas de
energia, combustível de emergência deve substituir o abastecimento de energia.
12.1.2 Cone de Depressão
Quando um poço é bombeado, o nível da superfície piezométrica nas proximidades
do poço irão ser reduzidos. Este rebaixamento causa a superfície piezométrica toma a
forma de um cone invertido chamado de cone de depressão. Depois que o nível de água
em um poço em bombeamento é rebaixado que então no aqüífero circunvizinho a ele, o
fluxo de água vem do aqüífero para dentro do poço. A distâncias crescentes do poço, o
rebaixamento decresce até o declive do cone coincidir com o nível estático. A distância
do poço a qual isto ocorre é chamada de raio de influência. O raio de influência não é
constante mas tende a ampliar com bombeamento contínuo. A uma determinada taxa de
bombeamento, a forma do cone de depressão depende das características da formação
da água. Rasos e amplos cones irão se formar em aqüíferos compostos de areia grossa
ou pedregulho. Profundos e estreitos cones irão se formar em areias finas ou argilas
arenosas. Com o crescimento da taxa de bombeamento, o rebaixamento crescerá.
Consequentemente a declividade do cone se torna íngreme. Quando outras condições
são iguais para dois poços, pode se esperar que o custo do bombeamento irá aumentar
para o poço circunvizinho ao longo do meio por causa do grande rebaixamento.
Quando os cones de depressão se sobrepõe, a lençol de água local irá ser rebaixado.
Isto requer adicional elevação do bombeamento para obter para a porção interior do
grupo de poços. Uma ampla distribuição de poços sobre a bacia de água subterrânea irá
reduzir o custo do bombeamento e irão permitir o desenvolvimento de uma grande
quantidade de água. Uma regra de manusear é que dois poços não devem ser locados
tão próximos como duas vezes a espessura do estrato de referência de água. Para mais
que dois poços eles devem ser espaçados pelo menos 75 metros separadamente.