Seção+3 3+-+Fundamentos+de+hidrogeologia

Prévia do material em texto

Elementos de 
	Mineralogia e
				Geologia
2020.1
Docente: Profª Esp. Lívia Dantas
Graduada em Engenharia Civil
Pós Graduada em Engenharia de Segurança do Trabalho
 
2020.1
UNIDADE 3: Geologia de engenharia e hidrogeologia
Docente: Profª Esp. Lívia Dantas
Graduada em Engenharia Civil
Pós Graduada em Engenharia de Segurança do Trabalho
 
Seção 3.3 – Fundamentos de hidrogeologia
Fundamentos de hidrogeologia
Propriedades que caracterizam os aquíferos:
Porosidade 
Permeabilidade
Pressão
 
Unidade hidrogeológicas;
Avaliação do escoamento da água subterrânea;
Análise da reação água superficial/subterrânea; e
Hidrogeoquímica.
3
Existem duas propriedades básicas para que uma unidade geológica1 consiga armazenar e distribuir água no subsolo. 
POROSIDADE
PERMEABILIDADE
1camada ou conjunto de camadas de solo e/ou rocha.
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
Fundamentos de hidrogeologia
4
Consiste em espaços vazios que existem entre as partículas sedimentares, mas também pode estar associada às fraturas nas rochas ou até mesmo à dissolução sofrida após um evento diagenético1. 
1qualquer mudança e alteração do sedimento após sua deposição inicial, durante e após a sua litificação.
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
POROSIDADE
Fundamentos de hidrogeologia
5
Tipos de porosidade:
 
Porosidade intergranular: presente nos arenitos e solos.
Porosidades em fratura: comuns em rochas como basalto, granito e gnaisse.
Porosidade formada por dissolução (cárstica): comum nas rochas carbonáticas (calcários).
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
POROSIDADE
Fundamentos de hidrogeologia
6
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
POROSIDADE
Fundamentos de hidrogeologia
7
Se refere à qualidade da rocha ou solo em possibilitar a transmissão de fluídos. 
Essa variável depende da comunicação existente entre os poros de forma que somente os poros conectados permitem que a água se movimente em subsolo.
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
PERMEABILIDADE
Fundamentos de hidrogeologia
8
UNIDADE HIDROGEOLÓGICAS
Considerando as propriedades de porosidade e permeabilidade, podemos distinguir quatro tipos de unidades hidrogeológicas:
Fundamentos de hidrogeologia
9
Os aquíferos também podem ser distinguidos de acordo com a pressão que a água presente em seus poros está submetida. Sendo assim, existem os aquíferos:
Livres;
Suspensos;
Confinados; e
Semiconfinados. 
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
PRESSÃO DA ÁGUA NOS POROS
Fundamentos de hidrogeologia
10
Os aquíferos livres são aqueles nos quais a água está submetida à pressão atmosférica e, dessa maneira, restringe-se a profundidades rasas.
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
PRESSÃO DA ÁGUA NOS POROS
Fundamentos de hidrogeologia
11
Os aquíferos suspensos se instalam sobre aquitardes ou aquífugos, formando camas aquíferas restritas acima de um nível freático principal. 
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
PRESSÃO DA ÁGUA NOS POROS
Fundamentos de hidrogeologia
12
Os aquíferos confinados ocorrem em situações no qual o aquífero está limitado, no topo e na base, por duas unidades pouco permeáveis ou impermeáveis, fenômeno comum em aquíferos profundos. 
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
PRESSÃO DA ÁGUA NOS POROS
Fundamentos de hidrogeologia
13
O aquífero semiconfinado ocorre quando a unidade acima do aquífero permite uma drenança vertical da água, que alimenta o aquífero subjacente, ainda que limitado por uma base impermeável.
PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS AQUÍFEROS 
PRESSÃO DA ÁGUA NOS POROS
Fundamentos de hidrogeologia
14
À medida que a água vai preenchendo os poros das rochas ou solo, os espaços vazios vão ficando saturados em água, preenchendo toda a porosidade. Essa distribuição divide os aquíferos em duas zonas: 
Zona de aeração: poros são ocupados por ar; e 
Zona de saturação: o espaço poroso é preenchido por água.
 
Entre as duas zonas, desenvolve-se uma franja capilar, região onde a água ascende por tensão superficial, aderindo à superfície dos minerais.
DIVISÃO DOS AQUÍFEROS EM ZONAS
Fundamentos de hidrogeologia
15
DIVISÃO DOS AQUÍFEROS EM ZONAS
Fundamentos de hidrogeologia
16
Águas subterrâneas se deslocam lateralmente dentro da zona de saturação, de modo mais lento que as águas superficiais.
O movimento ocorre pela diferença de gradiente hidráulico (h/L). Razão entre o desnível (h) e a distância horizontal (L) entre os dois pontos onde o nível é medido. 
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fundamentos de hidrogeologia
17
Além do gradiente hidráulico, temos que considerar a influência exercida pela condutividade hidraulica do solo/rocha, e pela viscosidade e densidade da água. 
Essa relação foi investigada por Henry Darcy, que formulou a equação base de hidrologia dos meios porosos. 
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fundamentos de hidrogeologia
18
Darcy analisou como era o desenvolvimento da vazão (Q), passando por um cilindro de área A e comprimento L, considerando diferentes gradientes hidráulicos. 
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fundamentos de hidrogeologia
19
Definiu-se então a vazão específica (q1;q2) do material.
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fundamentos de hidrogeologia
20
Conclui-se que vazão específica é diretamente proporcional à condutividade hidraulica (considerando um mesmo fluído), de maneira a expressar a seguinte equação simplificada:
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
 
k é o coeficiente de permeabilidade que representa a facilidade de um meio poroso em transmitir o fluido. 
Fundamentos de hidrogeologia
21
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fonte: http://www.leb.esalq.usp.br/leb/disciplinas/Fernando/leb1440/Aula%208/Hidraulica%20de%20Pocos_Anteor%20R%20Barbosa%20Jr.pdf
Fundamentos de hidrogeologia
22
Na prática, a medição da condutividade hidráulica (permeabilidade) é realizada em campo, a partir de métodos específicos que se utilizam de poços perfurados sobre o solo ou rocha para a obtenção de informações. 
Métodos mais utilizados: slug test
Inserção de um bastão de peso padronizado dentro de um poço, sendo monitorado através do aumento e posterior rebaixamento do nível d’água durante um certo intervalo de tempo. 
AVALIAÇÃO DO ESCOAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fundamentos de hidrogeologia
23
SLUG TEST
24
O comportamento da água subterrânea também é diagnosticado por meio de mapas potenciométricos. 
O mapa é um produto cartográfico gerado por meio da leitura da profundidade do nível d’água subterrânea em poços, levando à determinação do topo da superfície freática. 
Esse registro, feito em no mínimo três pontos, permite a identificando para onde o fluxo subterrâneo está se deslocando (do mais alto gradiente hidráulico para o mais baixo).
MAPAS POTENCIOMÉTRICOS
Fundamentos de hidrogeologia
25
MAPA POTENCIOMÉTRICO
26
MAPA POTENCIOMÉTRICO
27
MAPA POTENCIOMÉTRICO
28
Com mapa potenciométrico e os dados de condutividade hidráulica do aquífero, é possível formar um diagnóstico quantitativo do deslocamento da água subterrânea e avaliar a movimentação de possíveis poluentes associados à essa água.
MAPAS POTENCIOMÉTRICOS
Fundamentos de hidrogeologia
29
Quando a superfície freática ascende em direção à superfície do solo, ela pode aflorar, gerando nascentes ou olhos d’água, dano origem a muitos rios e córregos, sendo denominados de efluentes. 
Contrariamente, em algumas ocasiões, o nível freático está tão baixo que é o próprio rio que contribui de forma a abastecer o aquífero, sendo denominados de influentes.
ANÁLISE DA REAÇÃO ÁGUA SUPERFICIAL/SUBTERRÂNEA 
Fundamentos de hidrogeologia
30
ANÁLISE DA REAÇÃO ÁGUA SUPERFICIAL/SUBTERRÂNEA 
Fundamentos de hidrogeologia
31
Em ambos os casos, essa relação tem uma importância ambiental fundamental.
 
Em zonas rurais (rios efluentes), existe o risco de um contaminante presente na água subterrâneaatingir um rio sem contaminação.
Ocorre principalmente devido a aplicação extensiva de defensivos químicos, prática comum na grande maioria das lavouras.
ANÁLISE DA REAÇÃO ÁGUA SUPERFICIAL/SUBTERRÂNEA 
Fundamentos de hidrogeologia
32
Em ambos os casos, essa relação tem uma importância ambiental fundamental.
 
Em zonas urbanas (rios influentes), é comum o lançamento de esgoto nos rios e, por consequência, encaminham essa poluição para o lençol freático. 
Causando a alteração da qualidade microbiológica da água (presença de coliformes fecais). 
ANÁLISE DA REAÇÃO ÁGUA SUPERFICIAL/SUBTERRÂNEA 
Fundamentos de hidrogeologia
33
Em ambos os casos, essa relação tem uma importância ambiental fundamental.
  
Em zonas costeiras, a superexploração do aquífero pode levar à infiltração da água salgada, proveniente do mar, nos poços que captam água doce.
ANÁLISE DA REAÇÃO ÁGUA SUPERFICIAL/SUBTERRÂNEA 
Fundamentos de hidrogeologia
34
A composição natural das águas subterrâneas é diferente das águas superficiais.
Durante o caminho, a água subterrânea passa pelo solo, aumentando sua acidez e diminuindo o seu pH (o solo é rico em matéria orgânica e CO2).
A maioria dos constituintes mineralógicos dos solos e das rochas são mais suscetíveis à dissolução em águas ácidas, a água subterrânea incorpora em sua constituição íons provenientes dos minerais.
HIDROGEOQUÍMICA
Fundamentos de hidrogeologia
35
HIDROGEOQUÍMICA
Fundamentos de hidrogeologia
36
Além desses íons, as águas subterrâneas podem possuir:
Constituintes secundários como: fosfato, manganês, boro, zinco, cobre, chumbo, cádmio, arsênio, bário, selênio, etc.
Determinada quantidade de bactérias heterotróficas e coliformes (não potabilidade).
HIDROGEOQUÍMICA
Fundamentos de hidrogeologia
37