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Pesquisa de Água Subterrânea Professor: Lyndemberg Campelo Correia TEMA DA AULA: Curso de Graduação em Engenharia de Minas Disciplina: Hidrogeologia INTRODUÇÃO Pesquisa tem o mesmo significado que “investigação” ou “exploração”. EXPLORAÇÃO versus EXPLOTAÇÃO Exploração: Conjunto de operações ou estudos que permitem a localização e a caracterização de aquíferos, dos quais se pode obter água em quantidade (“reservas”) e qualidade (“hidroquímica”) adequadas ao fim pretendido. Explotação: Conjunto de operações e trabalhos que permitem o aproveitamento das águas subterrâneas (explotação racional: Gestão). ÁGUA SUBTERRÂNEA versus ÁGUA DE SUPERFÍCIE - Hidrogeologia dos meios porosos (clássica); - Hidrogeologia dos fissurados; - Hidrogeologia dos meios cársticos. PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA TIPOS DE ESTUDOS NA PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Estudos Preliminares ou de Reconhecimento Estudos Gerais Estudos Detalhados PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ESTUDOS PRELIMINARES OU DE RECONHECIMENTO Identificar os aquíferos mais importantes Áreas de recarga e descarga Qualidade da água Primeira estimativa da geometria e estimativa de parâmetros hidrodinâmicos Escala 1:100.000; 1:500.000 Selecionar áreas para estudos posteriores Mapas existentes, sem trabalho de campo PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ESTUDOS GERAIS Trabalhos de campo Cadastro de poços Geofísica Construção de poços de pesquisa Testes de aquífero Análise de água Resultados Mapas: transmissividade; estruturais, potenciométrico; hidroquímico, isópacas (mesma espessura) Escala 1:50.000 – 1:250.000 Objetivos Caracterização (inicial) do aquífero e quantificação (inicial) dos recursos disponíveis PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ESTUDOS DETALHADOS Reconhecimento detalhado de aquífero de modo a permitir uma demanda Permitir a elaboração do projeto executivo Elaboração de projetos de poços e Dimensionamento de bateria de poços PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS UTILIZADOS Auxiliares ou de apoio Hidrogeológicos propriamente ditos Técnicas especiais PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS AUXILIARES OU DE APOIO Levantamento e análise das informações existentes Fase inicial de qualquer trabalho Definição das Demandas Indústria Pecuária Agricultura Abastecimento Humano PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS AUXILIARES OU DE APOIO (continuação) Métodos Geológicos Mapa geológicos existentes Mapas de Contorno estrutural - Mapas de igual cota do topo ou da base de uma determinada formação - Fornecem o comportamento estrutural da bacia Mapas de isóbatas - Mapas de mesma profundidade - Prever as profundidades em que o aquífero será alcançado - Projetos de Poços Aérofotos, imagens de satélite PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS AUXILIARES OU DE APOIO (continuação) Métodos Geofísicos Baseiam-se na variação de contraste de alguma propriedade física das rochas - Condução elétrica - Condução Magnética - Densidade - Som - Temperatura - Radioatividade natural PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE Este método baseia-se fundamentalmente na Lei de Ohm: 1° Lei de Ohm (para um dado circuito elétrico): DV = R.i em que DV: diferença de potencial R: resistência do material i: corrente elétrica Ou seja, para um dado circuito elétrico, a corrente (i) é diretamente proporcional à voltagem aplicada e inversamente proporcional à resistência. Esta lei (1° Lei de Ohm) expressa a proporcionalidade direta entre a corrente elétrica (i) num condutor metálico e a diferença de potencial (DV) entre seus terminais, onde R é a resistência do material. DV (volt) = R (ohm) . I (ampère) i = DV/R PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE A 2° Lei de Ohm relaciona as dimensões do condutor com a resistência por ele oferecida à passagem da corrente elétrica (i): 2° Lei de Ohm: em que ρ: resistividade do material (ohm.m) DL: comprimento do condutor (m) DA: área do condutor (m2) A resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à área de sua seção transversal. A L R . PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE A condutividade elétrica (s) é definida como o inverso da resistividade (ρ), logo: Resistividade (ρ) e condutividade elétrica (s): Considerando (i/A) a medida de carga que passa por uma dada seção do fio, por unidade de tempo, (i/A) pode ser chamada de densidade de corrente (J). Considerando ainda, (DV/L) o gradiente de potencial (E), ou campo elétrico, temos: L AR 1 (mho/m) L AR . 1 J = s. E PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE A densidade de corrente (J = s.E), em qualquer ponto de um condutor homogêneo e isotrópico, é proporcional ao campo elétrico. A constante de proporcionalidade s (condutividade elétrica), não depende das dimensões do condutor, sendo portanto característica da sua substância. A lei de Ohm segue o mesmo modelo matemático da Lei de Darcy (v = K.i), a tabela abaixo, ilustra a analogia entre as leis de Ohm e de Darcy: PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE COM DISPOSITIVOS QUADRIPOLOS Em regime permanente (corrente contínua), a variação da densidade de corrente em qualquer ponto de um condutor sem fontes nem sumidouros, é nula (div J = 0). Desenvolvendo a lei de Ohm, convenientemente, para um arranjo quadripolo linear simétrico, chega-se a expressão: ρ = (DV/i)[ (𝜋 AM AN) / MN] Obs1.: Esta expressão nos dá a resistividade de um solo homogêneo e isotrópico, em função da queda de potencial DV e da intensidade de corrente i. Obs2.: A expressão entre colchetes é a constante geométrica K que só depende das dimensões do quadripolo. PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE COM DISPOSITIVOS QUADRIPOLOS onde, ρa= resistividade aparente em ohm.m K = constante adimensional dependente do arranjo AMNB. V = diferença de potencial elétrico, em mV, medida entre os eletrodos internos M e N do quadripolo. i = intensidade da corrente elétrica contínua, medida em mA, que circula no solo através dos eletrodos externos A e B. iVKa / PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE COM DISPOSITIVOS QUADRIPOLOS iVKa / PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE TIPOS DE QUADRIPOLOS Utilizam-se comumente dois tipos de quadripolos simétricos, denominados WENNER e SCHLUMBERGER Schlumberger (MN< AB/5) A M O N B Wenner (AM = MN = NB = a) A M O N B aa a PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE TÉCNICAS UTILIZADAS São utilizadas duas técnicas distintas, ou dois procedimentos: exploraçãovertical (Sondagem Elétrica Vertical - SEV) exploração horizontal (Perfil de resistividade) Sondagem Elétrica Vertical - SEV V I A B M N PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA V I A B M N PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Sondagem Elétrica Vertical - SEV V I A B M N PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Sondagem Elétrica Vertical - SEV V I A B M N PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Sondagem Elétrica Vertical - SEV V I A B M N PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Sondagem Elétrica Vertical - SEV PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA SONDAGEM ELÉTRICA VERTICAL - SEV VALORES DE RESISTIVIDADE APARENTE OBTIDOS (TABELA DE CAMPO) 1 10 100 AB/2 (m) 1 10 100 a ( m SEV 2 PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA SONDAGEM ELÉTRICA VERTICAL - SEV VALORES DE RESISTIVIDADE APARENTE PLOTADOS GRÁFICAMENTE EM PAPEL BILOGARÍTMICO Representação gráfica da função ρa(AB/2) denominada de: Curva de resistividades aparentes Diagrama elétrico Sondagem elétrica Exploração Vertical - Perfil Elétrico PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA A B R1 x M2 N2 M N3 3 M N4 4 M N5 5 xnx R2 Sentid o do caminhamento Linha de equipotenc ialLinha de corrente n1 n2 n3 n4 n5 Níveis teóricos de investigação Profundidade de investigação Z= R/2 VV V V V 45º 45º PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Exploração Vertical - Perfil Elétrico Casos Estudados - Jauzeiro do Norte - CE PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Casos Estudados – Del Monte – Quixeré-CE Propriedade da DEL MONTE - Perfil C AB = 200 m MN = 20 m A B NWSE 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Distância (m) 0 50 100 150 200 250 Res istiv idad e A par ent e (o hm .m) Perfil CC-LL da terceira campanha de campo (AB100/mn5) Calcários da Formação Jandaíra Variação de fácies da Form. Jandaíra. Predominância de argilas e folhelhos cinzentos Prof undi dade (m) 2040 60 80 P3 P4 P5 P1P2 SE NW Poço CC /LL S eco P6 ( Aba caxi ) PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE EQUIPAMENTO E ACESSÓRIOS O equipamento: Resistivímetro Acessórios: Fios, bobinas e eletrodos PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE CORTES GEOELÉTRICOS É a “estratificação elétrica” do subsolo, expressa em termos das espessuras e resistividades das diferentes “camadas elétricas” presentes. A figura abaixo ilustra este conceito: Os cortes geoelétricos podem ser de: 02 camadas (ex.: tipo resistivo/condutivo) 03 camadas (ex.: tipo H, Q, K, A) 04 camadas (ex.: tipo HK (resist/condut/resist/condut), HA, KH, KQ, QQ, QH, AK, AA) PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE TIPOS DE SONDAGEM ELÉTRICA - TRÊS CAMADAS Tipo H: ρ1 >ρ2 <ρ3 Tipo K: ρ1 <ρ2 >ρ3 Tipo Q: ρ1 >ρ2 >ρ3 Tipo A: ρ1 <ρ2 <ρ3 PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ELETRORRESISTIVIDADE TIPOS DE SONDAGEM ELÉTRICA - QUATRO CAMADAS No caso de 04 camadas, mantêm-se a letra que designa o tipo correspondente às 03 primeiras camadas e acrescenta-se a letra que designa o tipo correspondente às 03 últimas camadas. SEV Tipo HK MÉTODOS AUXILIARES OU DE APOIO (continuação) Métodos Hidroclimatológicos Obtenção e utilização de dados de pluviometria e evapotranspiração, para estabelecer a equação do balanço hídrico. PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Lisímetro ou infiltrômetro. Gaveta Reservatório Tubo para medição 80 20 Obs.: Medidas em cm 5 0 1 5 0 120 Tubo de PVC 1” 1 0 0 ATERRO SOLO Ville de Paris MÉTODOS AUXILIARES OU DE APOIO (continuação) Pluviômetros PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS AUXILIARES OU DE APOIO (continuação) Métodos de hidrologia superficial Avaliação do termo (E), escoamento superficial, através de hidrógrafas de rio (figura abaixo). Métodos hidroquímicos PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS HIDROGEOLÓGICOS PROPRIAMENTE DITOS Obtenção de dados básicos Inventário dos pontos de água; Instalação e operação de uma rede de observação; Potenciometria (Piezometria); Interpretação qualitativa de superfícies piezométricas; Análise quantitativa de superfícies piezométricas; Testes de aquífero (obtenção de parâmetros hidrodinâmicos T, K, S). PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS HIDROGEOLÓGICOS PROPRIAMENTE DITOS Síntese hidrogeológica Integração de todos os dados obtidos, no sentido de caracterizar a unidade aquífera em estudo: Avaliação da geometria e da hidráulica dos aquíferos; Elaboração de mapas temáticos, tais como: Piezométricos, Estruturais, De profundidade das águas subterrâneas, De transmissividade, De permeabilidade, De coeficiente de armazenamento, De salinidade etc. PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS POR TÉCNICAS ESPECIAIS Isótopos Isótopo de um elemento é uma variação deste elemento, caracterizada por um número de neutros diferente; Na hidrogeologia, utilizam-se isótopos estáveis (Deutério - D (ou 2H), Oxigênio 18 - 18O, Carbono 13 - 13C) e isótopos radioativos (Trício - 3H, Carbono 14 - 14C); Os isótopos estáveis são utilizados geralmente como traçadores, para estudar as condições de fluxo subterrâneo e avaliar a permeabilidade, são utilizados também para estudar as intercomunicações entre aquíferos, isto é, as possibilidades de drenança; Os isótopos radioativos, embora tambem sejam utilizados como traçadores, prestam-se muito a estudos de datação das águas subterrâneas. PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA MÉTODOS POR TÉCNICAS ESPECIAIS Sensoriamento remoto Avaliação de imagens de satélite e/ou fotografias captadas em avião. Perfis de temperatura Baseiam-se na medição da temperatura do solo a profundidades entre 0,5 e 1,0 metro; Admite-se que as variações de temperatura, assim medidas, ao longo de um perfil, possam informar sobre as características hidrogeológicas do terreno. Radiestesia ou Rabdomancia É a capacidade que algumas pessoas teriam de detectar a presença de água no subsolo com o auxílio de dispositivos tais como uma forquilha de madeira (“varinha”), um pêndulo de cortiça ou resina etc; Não é considerada como procedimento técnico, apenas, curiosidade. PESQUISA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA
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