ÁGUA SUBTERRANEA_alunos

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05/09/16
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CICLO	HIDROLÓGICO	E	A	
AGUA	SUBTERRÂNEA
IMPORTÂNCIA	
• Deve-se conhecer os fluxos e a s caracter íst icas da ág ua tant o na superfíc ie
como na subsuperficie;
• Água – essencial para a vida e muitos processos geológicos;
• Rio s – p rinc ipa is agent es de ero são (escu lp indo a pa isagem) e ssencia l a o
intem per ism o, ag indo com o so lvent e do s minera is da s rochas e do so lo ou
no transporte para longe dos materiais dissolvidos.
• A infi ltraçã o da agua nos mate ria is superf icia is formam imen so s
reservatórios subterrâneos.
• Lubrif icante dos mater ia is envo lvido s em e scorr egamen to s e outro s
movimentos de massa.
• A	água	é	vital	para	toda	a	vida	do	planeta;
• Imensas	 quantidades	de	água	são	usadas	nas	industrias,	
agricultura,	e	abastecimento;
EUA	– 1950	– 1985:	
• triplicou	o	uso	da	água	129	bilhões	para	341	bilhões	de	litros	
por	dia.
• 1990:	quadriplicou	 1,283	trilhões	de	litros	por	dia.
• Parte	se	deve	ao	crescimento	populacional.
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• A	hidrogeologia	esta	se	tornando	importante	na	medida	que	
há	um	aumento	 de	demanda,	e	poluição	das	águas	
superficiais.
• Devemos	entender:
- onde	 encontrar	água;
- como	 se	renovar	os	estoques;
- não	comprometer	 o	abastecimento	futuro.
OS	FLUXOS	E	OS	RESERVATÓRIOS
• É possível observar a água nos rios, lagos e oceanos. Mas é
difícil observar as imensas quantidades de água
armazenadas na atmosfera e no subsolo e os mecanismos
pelos quais ela flui para esses locais de armazenamento e
quando sai deles.
• Quando a água da chuva infiltra, torna-se subterrânea –
massa de água armazenada sob a superfície terrestre.
• Cada lugar onde a água é armazenada constitui um
reservatório.
Principais	reservatórios	naturais	da	Terra:
- Agua	salgada	95,96%
- Agua	doce	4,04%
Oceanos	 (1,4	x 109 Km3)
Geleiras	e	gelo	polar	2,97%	(4,34	x 107 Km3)
Aquíferos	1,05%	(1,54	x 107 Km3)
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• Quantidade de água – 1,46 bilhões de Km3.
• Se cobríssemos o Brasil com uma lamina de água os estados
ficariam submersos numa lamina de água com cerca de 145
Km profundidade.
• A quantidade de água não se perde para o interior da Terra,
nem para o espaço exterior.
CICLO	HIDROLÓGICO	
• Movimento contínuo da água de um reservatório para outro.
(oceanos, atmosfera e continentes)
• O movimento cíclico da água – oceano para atmosfera pela
evaporação e de volta para a superfície pela chuva, e então
para os rios e aquíferos por meio do ciclo hidrológico.
Figure 13.2
The Hydrologic CycleThe Hydrologic Cycle
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Limites	de	Temperatura	(mudança	de	estado	
da	água)
- Liquido (água)
- Gasoso (vapor de água)
- Sólido (gelo)
Calor externo (Sol) controla o ciclo h idrológ ico (evaporação) minúsculas gotas
condensadas-nuvens.
Redução de temperatura ocorre precipitação como chuva ou neve. (oceanos e
continentes)
• Parte das águas encharca os solos e sub solo (infi ltração) processo pe lo qua l a
água penetra na rocha ou solo pelos espaços das juntas, poros entre partículas.
• Parte da água evapora atravésdo solo superficial;
• Parte é absorvida pelas raízes das plantas.
• Transportada para as folhase retorna para a atmosfera por meio da transpiração
(liberaçãodo vapor de água pelas plantas)
• Outra parte retorna a superfície pelas nascentesque jorram para rios e lagos.
• O	que	não	infiltra	 escoa	superficialmente	 (rios	e	 lagos).
• ESCOAMENTO SUPERFICIAL (RUNOFF) – Quantidade de água que flui
sobre a superfície em direção ao oceano.
• Neve se converte em gelo (água pelo degelo ou sublimação –
transformação de um sólido em gás / gelo – vapor de água)
• Superfície continental ganha água pela precipitação e perde a mesma
quantidade pela evaporação e escoamento superficial.
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• Pessoa – 200 litros dia,
• EUA – 6.000 litros dia (considerando todos os setores)
• Industria – 38%
• Agricultura – 43%
• Uso domestico EUA 2xmaior que Europa (350% mais caro)
Califórnia
• 85% irrigação
• 10% municípios – tornou-se extremamente cara (+baratos já foram
utilizados) custo ambientais, indenizações, etc.
• 5% indústria
• Uso	de	barragens,	reservatórios	
• Ar carregado de umidade ascende nas altas montanhas resfria-se e a
chuva precipita na encosta frontal ao vento. (ar aquece do outro lado)
• Ar quente diminui a umidade do ar.
• As Secas – período de meses ou anos em que a precipitação é muito
mais baixa que o normal.
• Em regiões secas, a precipitação é perdida pela evaporação e
infiltração.
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Figure 13.3
Formation of Rain Shadow DesertsFormation of Rain Shadow Deserts
Moisture laden 
winds come 
onshore.
HIDROLOGIA	 E	O	ESCOAMENTO	 SUPERFICIAL
Cerca de 70 grandes rios carregam a metade do escoamento total do
planeta, outros milhões de rios carregam a outra metade.
Vazões de alguns dosmaiores rios.
• Rio Amazonas – 175.000 m3/s
• La Plata – 79.300 m3/s
• Congo – 39.600 m3/s
• Yangtze – 21. 800 m3/s
• Brahmaputra – 19.800 m3/s
• Terra s úm ida s (ba nha do s) t ambém a tuam como de pó sit os de
armaze nagem do e scoam ento supe rficial. Se for em gr andes , e le s podem
abso rver influxos de cur ta du ração da s p rincipa is chuvas r etendo parte da
água (de outro modo, extravasaria das margens dos rios).
• Rese rvatór io s – a judam a suavizar o s efei to s das va riações sazona is ou
anuais ajudando a controlar as inundações.
• A destr uiçã o de terra s úmidas – ameaça a div ers ida de b io lóg ica e podem
causar inundação.
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Figure 13.5
HIDROLOGIA	E	O	CLIMA
• Hidrologia local – quantidade de água existente numa região e forma
como flui de um reservatório para outro.
• É mais importante que hidrologia global.
• Forte influência do clima (temperatura e precipitação)
• Regiões quentes – chuvas o ano todo e estoque abundante.
• Regiões áridas – chuvas raramente.
• Regiões frias – água do degelo (neve e geleiras)
• Aumento do nível do mar – água subterrânea poderá se tornar
salgada (invasão dos aqüíferos)
• aquecimento global
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• Umidade relativa – quantidade de vapor de água no ar, expressa
como uma porcentagem da quantidade total de água que o ar
poderia suportar numa dada temperatura, se estiver saturado.
• Ex.: 50% e temperatura de 15°C (quantidade de umidade do ar é a
metade da quantidade máxima que o ar poderia carregar a 15°C )
• Ar quente pode carregar muito mais vaporde água que o ar frio gotas
condensadas formam nuvens (gotas de água visíveis).
• Aumentando as gotas, ficam pesadas demais e caem como chuva.
ÁGUA	SUBTERRÂNEA
• Forma-se quando as gotas de água se infiltram no solo e em outros
materiais.
• Ela é extraída pela perfuração de poços e bombeamento para a
superfície.
• Um bom estoque de água é encontrada em camadas de areia e
arenito.
• Aquíferos: camadas que armazenam e transmitem a água
subterrânea em quantidade suficiente para o abastecimento.
• 25,9% de toda água doce – subterrânea.
• Poços ou olho d’agua (evidencia domovimento da água)
• Movimento da água através do solo e da rocha
• Com exceção das cavernas não existem grandes espaços abertos para
piscinas ou rios de água subterrânea.
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TIPOS	DE	AQUÍFEROS
Aquífero Não Confinado: Camada permeável que se estende
até a superfície, consiste numa zona não saturada separada de
uma zona saturada pelo nível do lençol freático.
Aquífero Confinado: A camada permeável está abaixo ou
dentro de uma camada menos permeável (aquiclude)
Figure 13.8
Unsaturated Zone:Unsaturated Zone:
Pores include both air and water
Saturated Zone:Saturated Zone:
Pores filled with water
Groundwater Table
Unconfined AquiferUnconfined Aquifer
• Espaço d isponíve l p ara ág ua ( por os en tre os grã os – so lo) fraturas –
substrato rochoso.
• Maiores espaços em arenitos e calcários.
• Em alguns arenitos a porosidade pode chegar a 30%.
• A porosidade é mais alta em sedimentos e rochas sedimentares (10 – 40%)
• Rochas ígneas e metamórficas (até 1 – 2%)
• Solos e camadas de areia e cascalho soltos – 40%
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• POROSIDADE: quant ida de de e spaço por oso na s r ocha s, no s solos ou em
sedimentos.
A por os ida de depende do tamanho e da fo rma do s gr ão s e de como e les
estão empacotados. Mais aberto o empacotamento, mais espaço dos poros.
• PERMEA BILIDADE – capacida de que um sól id o t em de deixa r que um flu ido
atravesse seus poros.
Depende da forma dos po ro s e do quã o to rtuoso é o cam inho que a água
deve percorrer para passar através do material.
Figure 13.7
PorosityPorosity
varies withvaries with
% Cement% Cement
SortingSorting
FracturingFracturing
Figure 13.7
Porosity Porosity Varies with %Varies with % CementCement
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Figure 13.7
Porosity Porosity Varies withVaries with SortingSorting
Figure 13.7
MORE POROUS LESS POROUS
Fractured ShaleFractured Shale UnfracturedUnfractured ShaleShale
Porosity Porosity Varies withVaries with FracturingFracturing
Porosity and Permeability of Porosity and Permeability of 
Different Aquifer TypesDifferent Aquifer Types
Table 13.2
Type of AquiferType of Aquifer PorosityPorosity PermeabilityPermeability
GravelGravel Very HighVery High Very HighVery High
CoarseCoarse-- to fine sandto fine sand HighHigh HighHigh
FineFine--grained sand & siltgrained sand & silt ModerateModerate Mod Mod -- LowLow
Sandstone, mod. cementedSandstone, mod. cemented Mod Mod -- LowLow LowLow
Fractured ShaleFractured Shale LowLow LowLow
Metamorphic RocksMetamorphic Rocks LowLow Very LowVery Low
UnfracturedUnfractured ShaleShale Very LowVery Low Very LowVery Low
Tipo	de	Aquífero
Cascalho
Areia	Grossa
Areia	Fina	e	Silte
Arenito
Xisto	 Fraturado
Rochas	Metamórficas
Xisto	 não	Fraturado	
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• Um reservatório deve ter alta porosidade (reter
água) e alta permeabilidade (fácil bombeamento).
• zona não saturada
• nível freático
• zona saturada
Nível	 do	Lençol	Freático
• O	topo	da	zona	saturada	da	água	subterrânea;
• O	nível	que	a	água	irá	alcançar	em	um	buraco;
• O	nível	que	a	água	alcançará	em	um	aquífero	não	confinado
Figure 13.9
Dynamics of an Unconfined AquiferDynamics of an Unconfined Aquifer
in a Temperate Climatein a Temperate Climate
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Figure 13.9
During the Wet Season…During the Wet Season…
Figure 13.9
During the Dry Season…During the Dry Season…
Figure 13.10
Confined AquiferConfined Aquifer
Recharge Area:Recharge Area:
where the confined aquifer
is recharged by infiltration
Pressure Surface:Pressure Surface:
Height to which water will rise
in the confined aquifer 
Flowing Flowing 
artesian wellartesian well
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• A	Área	de	Recarga	no	Aquífero	Confinado	é	a	área	onde	a	
chuva	entra	no	aquífero.
• A	pressão	de	superfície	 é	o	nível	que	a	água	irá	alcançar	em	
um	aquífero	confinado
• Lençol Freático: nível que a água alcança num aquífero não
confinado
• Superfície de Pressão: nível que a ;agua al cançará num
aquífero confinado.
• Se a superfície de pressão está acima do solo , a agua
escoará livre para fora da terra.
Pressure SurfacePressure Surface
Ground SurfaceGround Surface
Flowing artesian wellFlowing artesian well
Figure 13.10
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Figure 13.11
Perched Water TablePerched Water Table
Figure 13.12
Formation of a Cone of DepressionFormation of a Cone of Depression
Figure 13.18Figure 13.18
The Winter Park Sinkhole, FloridaThe Winter Park Sinkhole, Florida
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Figure 13.14
Dynamics of the Dynamics of the 
Saltwater Saltwater -- Fresh Water InterfaceFresh Water Interface
• quando um buraco é perfurado abaixo da superfície freática a agua
da zona saturada flui para ele até atingir o mesmo nível.
• Movido pela força da gravidade.
• Parte da água move-se para os níveis inferiores até atingir a
superfície freática.
• Recarga – infiltração da água.
• Rios influentes – rios que recarregam a água subterrânea.
• Descarga – saída da água subterrânea para a superfície.
• Rio efluente – redução da água subterrânea.
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AQUÍFEROS
• Não confinados – percola através de permeabilidade mais ou menos
uniforme que se estendem até a superfície. (altura = superfície
freática)
• Aquicludes – camadas impermeáveis (aquíferos confinados)
• Aquífero artesiano – sob pressão.
Balanço
• Superfície freática desce – estações secas, sobe – períodos umidos.
• Aumento da descarga (bombeamento) – desequilíbrio
• Bombeamento mais rápido (recarga) cria cone de depressão.
• Bombeamento excessivo (abatimentos) (dolinas)
• Subsidência pelo excesso de bombeamento.
• Intrusão salina
• Aquecimento global
• Água doce – 1,00g/cm3.
• Água salgada – 1,02g/cm3.
• Velocidade do fluxo da água subterrânea
• Afeta descarga e recarga
• Move-se lentamente
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Lei	de	Darcy
• Uma equaçãopara calcular a taxa de fluxo da água subterrânea.
• 𝑄= 𝐴(𝐾	×	() )
• Q= volume de água;
• A = secção transversal do fluxo;
• K= permeabilidade (cond. Hidráulica);
• h= distância vertical;
• l = distância percorrida pelo fluxo.
Figure 13.15
Darcy’s LawDarcy’s Law
Figure 13.20
Some Human Activities that Can Some Human Activities that Can 
Contaminate GroundwaterContaminate Groundwater
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Figure 13.21
Water in the Continental CrustWater in the Continental Crust
Figure 13.22
Hydrothermal Systems Hydrothermal Systems Water enters the ground Water enters the ground by infiltrationby infiltration
Heated water Heated water 
begins to risebegins to rise
Hot Springs:Hot Springs: form when form when 
heated groundwater heated groundwater 
reaches the surfacereaches the surface
Geysers:Geysers: form where a form where a 
complicated plumbing complicated plumbing 
system allows steam system allows steam 
pressure to be built up, pressure to be built up, 
causing intermittent causing intermittent 
eruptions eruptions