Águas Subterrâneas

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Águas Subterrâneas
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ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona saturada do solo é a água subterrânea.
Em geral, exige menor grau de tratamento antes do consumo do que a água superficial (em função de apresentar uma melhor qualidade inicial).
Em regiões áridas e semi-áridas pode ser o único recurso disponível para consumo.
Mas, o que é um aquífero?
Derivado do Latim, a palavra aquífero quer dizer: 
“ carregar água”.
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Unidades rochosas ou de sedimentos, porosas e permeáveis, que armazenam e transmitem volumes significativos de água subterrânea passível de ser explorada.
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TIPOS DE AQUÍFEROS: quanto à formação rochosa
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AQUÍFERO POROSO ou SEDIMENTAR
É aquele formado por rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados ou solos arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada.
Formado por rochas ígneas, metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas, abertas devido ao movimento tectônico
Ex.: basalto, granitos, quartzo → Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora.
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AQUÍFERO FRATURADO ou FISSURAL
Formado em rochas calcárias ou carbonáticas, onde a circulação da água se faz nas fraturas. 
Essas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando, nesse caso, verdadeiros rios subterrâneos.
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AQUÍFERO CÁRSTICO
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AQUÍFERO CÁRSTICO
Aquíferos não-confinados ou livres: Podem ser acessados desde a sua superfície, sem a necessidade de passar através de uma camada impermeável. Normalmente ocorrem a profundidades de alguns metros a poucas dezenas de metros da superfície;
Aquíferos confinados: está confinado entre duas unidades pouco permeáveis ou impermeáveis (aquitardos)
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TIPOS DE AQUÍFEROS: quanto à disposição no ambiente
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1) POROSIDADE (): razão entre o volume de vazios e o volume total
Depende da forma, do grau de compactação e da distribuição do tamanho das partículas.
Material
Intervalo
Média
Limite inferior
Limite superior
Argila
0,34
0,57
0,42
Silte
0,34
0,61
0,46
Areia fina
0,26
0,53
0,43
Areia grossa
0,31
0,46
0,39
Cascalho fino
0,25
0,38
0,34
Cascalhogrosso
0,24
0,36
0,28
PROPRIEDADES HIDROGEOLÓGICAS
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Porosidade efetiva (ηe)
Onde:
ηe = porosidade efetiva
VD = volume de água drenada por gravidade
Vt = volume total
1 m
1 m
1 m
0,1 m
Nível de saturação inicial
Nível de saturação final
Volume drenado
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PROPRIEDADES HIDROGEOLÓGICAS
Exercício 1
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1) Na figura, dois aquíferos estão superpostos, sendo que o aquífero 1 é livre, formado por areias limpas e com coeficientes de porosidade iguais a:
Porosidade total  η = 30%
Porosidade eficaz ou efetiva 
 ηe = 20% 
Calcular o volume total de água armazenada no aquífero 1 e o volume total de água extraível por bombeamento deste aquífero.
Aquífero 1 
10m
Aquífero 2
30m
aquitardo
30m
Fluxo de água subterrânea
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A pressão ou carga hidráulica de um certo ponto de um aquífero depende do tipo de aquífero e da posição em que ela é medida.
Essa medição é feita por piezômetros, que são poços estreitos para medição de água.
Aquíferos livres: carga hidráulica é igual à cota do lençol freático;
Aquíferos confinados: carga hidráulica pode ser maior do que a altura da água.
 
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Fluxo de água subterrânea
Fluxo de água subterrânea - Lei de Darcy
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Hipóteses:
 escoamento permanente (Q = constante)
 meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e
 mesmas propriedades nas três direções
 Kx = Ky = Kz = Ks = K
 
K
Q
Q
L
H
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Q = fluxo de água (m3/s)
A = área (m2)
H = carga (m)
x = distância (m)
K = condutividade hidráulica (m/s)
Fluxo de água subterrânea - Lei de Darcy
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Condutividade Hidráulica (K)  medida da habilidade de um aquífero conduzir água através do meio poroso; é expressa em m/dia, m/s, mm/h.
Condutividade Hidráulica pode ser interpretado como a não resistência ao fluxo, por exemplo:
Na areia a velocidade do fluxo é maior, então K é maior
Na argila a velocidade do fluxo é menor, então o K é menor
PROPRIEDADES HIDROGEOLÓGICAS
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Material
Limite inferior (m/s)
Limite superior (m/s)
Karst
10-6
1
Rochas ígnease metamórficas fraturadas
10-8
0,01
Arenito
10-11
10-7
Rochas ígneas e metamórficas não-saturadas
10-13
10-7
Areia
10-5
0,1
Seixos
10-4
1
Condutividade hidráulica de alguns materiais porosos e rochas (Adaptado de Mays, 2010).
MAYS, L. W. Water Resource Engineering. Wiley, 2010.
Fluxo de água subterrânea - Lei de Darcy
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Trasmissividade (T): taxa volumétrica de fluxo através de uma secção de espessura “b”
				T = K . b 		
	Onde: T = coeficiente de transmissividade (m2/s)
		 K = condutividade hidráulica (m/dia; m/s);
		 b = espessura do aqüífero(m). 
b
PROPRIEDADES HIDROGEOLÓGICAS
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Exercício 2 
Considere um aquífero confinado entre duas camadas impermeáveis. Dois piezômetros, instalados a uma distância dx de 1000 m, mostram níveis de 42,1m e 38,3m. A espessura do aquífero (b) é de 10,5 m e a condutividade hidráulica é de 83,7 m/dia. Calcule:
A transmissividade do aquífero
A vazão através do aquífero por unidade de largura [m³/dia*m]
A vazão do aquífero para 100 m de largura
dx
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Fluxo de água em regime permanente para um poço – aquífero confinado
K = condutividade hidráulica (m/s)
h1 e h2 = alturas piezométricas (m)
r1 e r2 = distâncias 1 e 2 do poço (m)
b= espessura do aquífero (m)
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Exercício 3 
Considere um poço em um aquífero confinado que penetra completamente a espessura (b) de 25m do aquífero. Depois de um longo período de bombeamento com uma vazão constante (Q = 0,05m³/s), a redução nas Alturas piezométricas a 50 m e a 150 m é de 3m e 1,2m, respectivamente. Qual é o valor da condutividade hidráulica?
50
150
Considere um poço que está retirando uma vazão Q de um aquífero livre. O rebaixamento do nível de água desse aquífero pode ser relacionada a vazão de água extraída pela fórmula:
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Fluxo de água em regime permanente para um poço – aquífero livre
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Exercício 4 
Considere um poço em um aquífero livre que penetra completamente a espessura (b) de 25m do aquífero. Antes da operação do poço a altura piezométrica é de 40m. Depois de um longo período de bombeamento com uma vazão constante (Q = 0,02m³/s), a redução nas Alturas piezométricas a 50 m e a 150 m é de 3m e 1,2m, respectivamente. Qual é o valor da condutividade hidráulica?
50
150