Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Ocorrência das Águas Subterrâneas Professor: Lyndemberg Campelo Correia TEMA DA AULA: Curso de Graduação em Engenharia de Minas Disciplina: Hidrogeologia IMPORTÂNCIA DA ÁGUA SUBTERRÂNEA OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Distribuição da água no planeta IMPORTÂNCIA DA ÁGUA SUBTERRÂNEA OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS De acordo com a ABAS e Petrobrás (2007), e simulando que toda a água do planeta totalizasse 1.000 litros, teríamos 975 litros de água salgada e apenas 25 litros de água doce. Mas, dos 25 litros de água doce 17,02 litros seriam gelo, 0,225 litros estariam em pântanos e apareceriam como umidade do solo e ar, e 0,075 litros, ou 75 mililitros formariam os rios e lagos. Então, para cada 1.000 litros de água do planeta, ou melhor, para cada 5.000 copos de água do planeta, aproximadamente 1/3 de um copo de água (200 ml) representa os rios e lagos. Ainda nesta simulação as águas subterrâneas representam 7,48 litros de água doce na forma líquida. São aproximadamente 37 copos de 200 mililitros de água subterrânea para cada 1.000 litros, ou para cada 5.000 copos de água do planeta. Devemos entender que 97% da água doce líquida do planeta é subterrânea e não damos a devida atenção. ALGUNS TERMOS E DEFINIÇÕES IMPORTANTES 1) Hidrogeologia: é o ramo das Geociências (ciências da terra) que estuda as águas subterrâneas quanto a sua ocorrência, movimento, volume, distribuição e qualidade. 2) Água subterrânea: Aquela que ocorre abaixo do nível de saturação, ou nível freático, presente nas formações geológicas aflorantes e parcialmente saturadas, e nas formações geológicas profundas totalmente saturadas. 3) Ciclo Hidrológico: Sistema pelo qual a natureza faz a água circular do oceano para a atmosfera e daí para os continentes, de onde retorna, superficial e subterrâneamente ao oceano. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ORIGEM E CIRCULAÇÃO: CICLO HIDROLÓGICO REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO CICLO HIDROLÓGICO E = Evaporação; ET = evapotranspiração; I = infiltração; R = escoamento superficial (deflúvio) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ORIGEM E CIRCULAÇÃO: CICLO HIDROLÓGICO EVAPOTRANSPIRAÇÃO REAL: Evaporação ou vaporização, é o processo pelo qual as moléculas de água na superfície líquida ou na umidade do solo, adquirem suficiente energia, através da radiação solar e passam do estado líquido para o de vapor. Transpiração é o processo pelo qual as plantas perdem água para a atmosfera. Pela dificuldade em se medir separadamente a evaporação e a transpiração, foi introduzido um valor máximo para essas perdas por Thornwaite (1948), com o nome de evapotranspiração potencial (ETP). A Evapotranspiração Real (ETR) pode ser estimada a partir da diferença entre a precipitação (P) e a evapotranspiração potencial (ETP), do seguinte modo: se P – ETP > 0 => ETR = ETP se P – ETP < 0 => ETR = P OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ORIGEM E CIRCULAÇÃO: CICLO HIDROLÓGICO DEFLÚVIO: Escoamento superficial ou run-off (R) é o processo pelo qual a água de chuva, precipita na superfície da terra, fluindo por ação da gravidade, das partes mais altas para as mais baixas, nos leitos dos rios e riachos. A relação entre chuva e deflúvio são estabelecidos através do estudo da hidrógrafa (hidrograma) - gráfico de variação da altura da superfície da água ou da vazão (descarga) do rio, em uma seção transversal do mesmo. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ORIGEM E CIRCULAÇÃO: CICLO HIDROLÓGICO INFILTRAÇÃO: Água infiltrada no solo, podendo atingir três partes distintas: (1) Zona não saturada; (2) Interfluxo (escoamento sub-superficial), podendo continuar a fluir lateralmente, na zona não saturada, a pequenas profundidades, quando existem níveis pouco permeáveis imediatamente abaixo da superfície do solo e, nessas condições, alcançar os leitos dos cursos d’água e; (3) representada pela percolação até o nível freático, constituindo a recarga ou recursos renováveis dos aquíferos. PRECIPITAÇÃO: É a chegada da água meteórica em estado líquido ou sólido à superfície da terra. PRECIPITAÇÃO CHUVA MÉDIA SOBRE UMA BACIA HIDROGRÁFICA Em estudos de balanço hídrico é preciso avaliar a altura média de chuva precipitada sobre a área de drenagem; Os dados são, geralmente, medidos em uma rede de pluviômetros distribuídos pela bacia hidrográfica; Distribuição espacial da precipitação: Média aritmética Método de Thiessen Método das Isoietas OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS PRECIPITAÇÃO - CHUVA MÉDIA SOBRE UMA BACIA HIDROGRÁFICA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO – MÉDIA ARITMÉTICA É o método mais direto. A precisão desse método pode ser satisfatória se as estações pluviométricas forem uniformemente distribuídas na área considerada. A estimativa da chuva média pode ser feita pela seguinte fórmula: onde, Pm = Chuva média; Pi = Chuva em cada posto; A = Área total da bacia hidrográfica (área de drenagem). OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Pm = Pi A PRECIPITAÇÃO - CHUVA MÉDIA SOBRE UMA BACIA HIDROGRÁFICA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO – MÉTODO DE THIESSEN A avaliação da chuva média é feita pela estimativa da média ponderada, em que se utiliza como pesos a área de influência de cada posto. A estimativa da chuva média pode ser feita pela seguinte fórmula: onde, Pm = Chuva média; Pi = Chuva em cada posto; Wi = Ai/A (Área de cada polígono (Ai) dividido pela área total (A)) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Pm = WiPi PRECIPITAÇÃO - CHUVA MÉDIA SOBRE UMA BACIA HIDROGRÁFICA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO – MÉTODO DE THIESSEN Esse método consiste na construção de polígonos da seguinte forma: i. Os pontos de medida de chuva são unidos por linhas retas, formando uma rede de triângulos; ii. Os lados dos triângulos são divididos ao meio e a eles são traçadas linhas perpendiculares, que se interceptam nos vértices dos polígonos de Thiessen; iii. As áreas desses polígonos representam frações da área total e, portanto, são usadas como peso na estimativa da chuva média. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS PRECIPITAÇÃO - CHUVA MÉDIA SOBRE UMA BACIA HIDROGRÁFICA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO – MÉTODO DAS ISOIETAS Consiste no traçado de curvas de igual valores de precipitação, obtidas por interpolação usando os valores das chuvas medidas em cada posto; A figura abaixo apresenta um mapa de isoietas com curvas equidistantes de 1mm. Cada área Ai, entre as isoietas é uma fração da área total A e representa um peso Wi, de forma que a precipitação média para toda a bacia é dada pela combinação linear: A média espacial em cada área Ai é o valor médio entre as isoietas. Por exemplo, a precipitação média para a área A1 é igual a 6,5 mm. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Pm = WiPi DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA ÁGUA SUBTERRÂNEA Abaixo da superfície do terreno, a água está contida em duas zonas horizontais: SATURADA e NÃO SATURADA. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA ÁGUA SUBTERRÂNEA ZONA SATURADA Fica situada abaixo da superfície freática e nela todos os vazios existentes no terreno estão preenchidos com água. A superfície freática é aquela onde a águaencontra-se submetida à pressão atmosférica. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA ÁGUA SUBTERRÂNEA ZONA NÃO SATURADA Zona de aeração ou zona vadosa é aquela que está situada entre a superfície freática e a superfície do terreno, e nela os poros estão parcialmente prenchidos por gases ( ar e vapor d’água) e por água.Essa zona é dividida em três partes: 1 - Zona capilar, que se estende da superfície freática até o limite de ascenção capilar da água. 2 - Zona intermediária, compreendida entre o limite de ascenção capilar da água e o limite de alcance das raízes das plantas. 3 - Zona de evapotranspiração, situada entre os extremos radiculares da vegetação e a superfície do terreno. A água capilar isolada ou suspensa, é utilizada para nutrição e funções de transpiração das plantas. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA ÁGUA SUBTERRÂNEA OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA ÁGUA SUBTERRÂNEA OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO O balanço hídrico nada mais é do que o computo das entradas e saídas de água de um sistema; Obedece ao princípio de conservação de massa, para o qual a diferença entre entradas e saídas de água no sistema deve ser igual à variação do armazenamento dentro do sistema. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Superfície plana, inclinada, totalmente limitada e impermeável, com uma única saída e representando o modelo de um sistema hidrológico simples. O Balanço hídrico para esse sistema pode ser representado pela seguinte equação diferencial: P – R = dS / dt BALANÇO HÍDRICO Várias escalas espaciais podem ser consideradas para se contabilizar o balanço hídrico. Na escala macro, o “balanço hídrico” é o próprio “ciclo hidrológico”, no qual o resultado fornecerá a água disponível no sistema (no solo, rios, lagos, vegetação úmida e oceanos), ou seja na biosfera. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO Em geral, para uma região, a equação básica do balanço hídrico pode ser escrita, considerando precipitação (P), evapotranspiração real (ETR), deflúvio (R) e infiltração (I), como: A dificuldade na solução de problemas práticos decorre, principalmente, da incapacidade de se medir ou estimar com segurança os vários termos da equação acima. Para estudos locais, é quase sempre possível fazer estimativas confiáveis, porém, quantificações regionais são, geralmente, grosseiras. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS P - ETR - R - I = ∆±ARM Em que, ∆±ARM = Variação de armazenamento de água no solo BALANÇO HÍDRICO Na equação: Considera-se como excedente hídrico (EXC) a soma do escoamento superficial (R), com a infiltração profunda que alcança os aquíferos e alimenta o escoamento básico (I), ou seja: Uma das formas de se contabilizar o balanço de água no solo é por meio do método proposto por Thornthwaite & Mather (1955), denominado de Balanço Hídrico Climatológico. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS EXC = R + I BALANÇO HÍDRICO No Balanço Hídrico Climatológico de Thornthwaite & Mather (1955), a partir dos dados de P, ETP e CAD (capacidade de água disponível), chega-se aos valores de disponibilidade de água no solo (Armazenamento = ARM), de alteração do armazenamento de água do solo (ALT = ARM), de evapotranspiração real (ETR), de deficiência hídrica (DEF) e de excedente hídrico (EXC). Rolim et al (1998) elaborou uma planilha em ambiente Excel, em que a partir da entrada de dados, tais como valores médios mensais de chuva (P), temperatura (T) e capacidade de água disponível (CAD), pode-se obter o Balanço Hídrico Climatológico de Thornthwaite & Mather (1955) para uma determinada área de estudo. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO – APLICAÇÃO NA HIDROGEOLOGIA O excedente hídrico (EXC), obtido no balanço hídrico pelo método de Thornthwaite e Mather (1955), representa uma recarga potencial de água subterrânea, isto é, a quantidade de água que poderá infiltrar profundamente e alcançar os aqüíferos e alimentar o escoamento básico (I), mas também, eventualmente, poderá escoar na superfície alimentando o escoamento superficial (R). A recarga potencial (Rp), dada em %, pode ser obtida fazendo a relação entre o excedente hídrico (EXC) e a precipitação (P), isto é, Rp = (EXC / P) x 100. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO - APLIC. NA HIDROGEOLOGIA (ESTUDO DE CASO) Balanço hídrico da Bacia Sedimentar do Rio do Peixe - BSRP OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO - APLIC. NA HIDROGEOLOGIA (ESTUDO DE CASO) Localização dos postos pluviométricos e suas respectivas áreas de influência (Thiessen) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO - APLIC. NA HIDROGEOLOGIA (ESTUDO DE CASO) Balanço hídrico da Bacia Sedimentar do Rio do Peixe OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Coordenadas dos Postos Pluviométricos presentes na área de estudo e seus respectivos coeficientes de influência BALANÇO HÍDRICO - APLIC. NA HIDROGEOLOGIA (ESTUDO DE CASO) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Mês Precipitação média mensal em mm Barra do Juá Pombal Açude Pilões Antenor Navarro Sousa São Gonçalo Janeiro 77,10 80,30 89,14 127,34 81,07 103,44 Fevereiro 105,34 131,44 145,18 195,08 162,96 195,67 Março 200,76 201,45 232,04 272,16 204,89 253,22 Abril 149,40 183,03 161,57 199,92 136,77 179,66 Maio 95,64 74,28 81,76 83,12 70,26 67,77 Junho 47,90 37,30 44,06 44,78 27,81 41,88 Julho 25,31 14,39 22,81 21,27 13,78 19,29 Agosto 5,87 6,46 3,65 4,65 1,44 4,28 Setembro 6,91 3,54 5,43 4,50 1,45 5,61 Outubro 5,30 7,36 8,44 9,64 4,76 13,64 Novembro 10,09 15,22 8,14 15,63 8,62 13,04 Dezembro 17,23 19,55 31,36 37,23 29,06 31,46 Valores médios das chuvas mensais para os postos pluviométricos presentes na área de estudo (durante o período de 1951 a 1980) – Fonte: ANA (HidroWeb). BALANÇO HÍDRICO - APLIC. NA HIDROGEOLOGIA (ESTUDO DE CASO) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Valores médios das temperatura mensal para os postos pluviométricos presentes na área de estudo (durante o período de 1951 a 1980) – Fonte: EstimaT. Mês Temperatura média mensal em ºC Barra do Juá Pombal Açude Pilões Antenor Navarro Sousa São Gonçalo Janeiro 25,48 27,87 27,58 27,68 27,91 27,70 Fevereiro 24,75 27,13 26,75 26,85 27,10 26,89 Março 24,16 26,54 26,09 26,21 26,47 26,26 Abril 24,11 26,35 25,95 26,05 26,30 26,09 Maio 23,64 25,83 25,49 25,58 25,81 25,59 Junho 22,97 25,16 24,90 24,99 25,19 24,96 Julho 22,94 25,19 25,01 25,09 25,28 25,03 Agosto 23,56 25,91 25,79 25,87 26,05 25,80 Setembro 24,64 26,92 26,90 26,98 27,12 26,91 Outubro 25,36 27,73 27,72 27,80 27,95 27,75 Novembro 25,59 28,04 27,92 28,02 28,20 28,00 Dezembro 25,77 28,16 27,95 28,04 28,25 28,04 BALANÇO HÍDRICO – ESTUDO DE CASO OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS BALANÇO HÍDRICO - APLIC. NA HIDROGEOLOGIA (ESTUDO DE CASO) Discussão dos Resultados Infelizmente, não foi possível obter dados de deflúvio da BSRP que pudesse ser inseridos neste trabalho, o que permitiria um cálculo mais aproximado da recarga real. Contudo, a partir dos resultados obtidos no balanço hídrico, calculou-se a recarga potencial de água subterrânea. Fazendo a relação entre o excedente hídrico (EXC) e a precipitação (P) anual, obteve-se a recarga potencial anual (Rp) da ordem de 7,86%. Considerando a área de infiltração sendo representada pela área de afloramento do aquífero Antenor Navarro e as Aluviões, que é da ordem de 389,48 km2, conclui-se que o volume de recarga potencial (Rp) é de 25,59Hm3/ano. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ÁGUA NA ZONA SATURADA: AQUÍFEROS Para a hidrogeologia, a denominação água subterrânea é atribuída apenas à água que circula na zona saturada. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ÁGUA NA ZONA SATURADA: AQUÍFEROS Conceitos básicos: Aquíferos: Formação geológica que contém água e permite que quantidades significativas dessa água se movimentem no seu interior em condições naturais (Ex.: Formações permeáveis areias, arenitos etc.); Aquiclude: Formação que pode conter água (até mesmo em quantidades significativas), mas é incapaz de transmiti-la em condições naturais (Ex.: Formações impermeáveis como as camadas de argilas); Aquitardo: Camada ou formação semipermeável, delimitada no topo e/ou na base por camadas de permeabilidades muito maior (drenança vertical. Ex.: Silte e sedimentos silte-argiloso); Aquífugo: Formação impermeável que nem armazena nem transmite água (afugentam a água. Não existem na prática). OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ÁGUA NA ZONA SATURADA: AQUÍFEROS Tipos de aquíferos: Quanto a geologia do material saturado OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS AQUÍFEROS POROSOS Ocorrem em rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados e solos arenosos, decompostos in situ. Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas. Estes aquíferos ocorrem nas Bacias Sedimentares e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentos arenosos. Uma particularidade deste tipo de aquífero é que tem sua porosidade quase sempre homogeneamente distribuída, permitindo que a água flua para qualquer direção em função tão somente dos diferenciais de pressão hidrostática ali existentes. Esta propriedade é conhecida como isotropia. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS AQUÍFEROS FISSURAIS OU FRATURADOS Ocorrem em rochas ígneas e metamórficas. A capacidade destas rochas em acumularem água está relacionada à quantidade de fraturas, suas aberturas e suas intercomunicação. No Brasil a importância destes aquíferos está muito mais em sua localização geográfica, do que na quantidade de água que armazenam. Nestes aquíferos a água só pode fluir onde houver fraturas, que quase sempre tendem a ter orientações preferenciais, e por isto dizemos que são meios aquíferos anisotrópicos, ou que possuem anisotropia. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS AQUÍFEROS CÁRSTICOS São os aquíferos formados em rochas carbonáticas. Constituem um tipo peculiar de aquífero fraturado, onde as fraturas, devido à dissolução do carbonato pela água, podem atingir aberturas muito grandes, criando verdadeiros rios subterrâneos (grutas/cavernas). É comum em regiões com grutas calcárias, ocorrendo em várias partes do Brasil. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ÁGUA NA ZONA SATURADA: AQUÍFEROS Tipos de aquíferos: Quanto a pressão das águas nas suas superfícies limítrofes (topo e base) Aquíferos confinados: Também chamados de aquíferos sob pressão, são aqueles onde a pressão da água em seu topo é maior do que a pressão atmosférica. Em função das características das camadas limítrofes, podem ser definidos como: Confinados não drenantes (ver figura) Confinados drenantes (ver figura) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ÁGUA NA ZONA SATURADA: AQUÍFEROS Tipos de aquíferos: Quanto a pressão das águas nas suas superfícies limítrofes (topo e base) Aquíferos livres: Também chamados de freáticos ou não confinados, são aqueles cujo limite superior é a superfície de saturação ou freática na qual todos os pontos se encontram à pressão atmosférica. A exemplo dos aquíferos confinados, os aquíferos livres também se classificam em drenantes (ou de base semipermeável) e não drenantes (ou de base impermeável). Existe um caso especial de aquífero livre, denominado de aquífero suspenso, quando é formado sobre uma camada impermeável ou semipermeável, de extensão limitada e situada entre a superfície freática regional e o nível do terreno. OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS TIPOS DE AQUÍFEROS: QUANTO A PRESSÃO DAS ÁGUAS NAS SUAS SUPERFÍCIES LIMÍTROFES (TOPO E BASE) OCORRÊNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Compartilhar