agua subterranea
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Geologia GeralGeologia Geral
Água subterrânea
Hidrogeologia – estudo das águas subterrâneas
águas subterrâneas – 97% da água doce
“toda água que ocupa vazios em formações rochosas ou no regolito” (Decifrando a Terra, 2000)
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Um pouco de história....
Registros mais antigos de utilização - Oriente Médio
Mais antigo “cacimbão” - 8.000 a.c
Perfuração de poços profundos - 5.000 a.c
Galerias e túneis horizontais - 500 a.c (Egito)
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Origem da água subterrânea
Meteórica - infiltração da água precipitada
Conata/água de formação - contidas nos sedimentos
Juvenil - dinâmica interna
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Ciclo da água
Fonte: Karmann (2000)
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Água subterrânea
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Nível freático e relevo
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Nível freático x rios
Rios efluentes
Rios influentes
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Tipos de Porosidade
Porosidade primária - intergranular
Porosidade secundária – fraturasresfriamentocondutos
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• Zona de aeração ou não saturada
- Zona entre a superfície do terreno e a da zona saturada;
- Teor de umidade do solo;- Forças de retenção de água no solo: atração elétrica,
capilar e gravitacional;
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• Zona de aeração ou não saturada
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• Zona de aeração ou não saturadaMaterial Diâmetro efetivo
(cm)Altura de ascensão
capilar (cm)(1) (2)
Cascalho fino 1 1 0,3
Areia grossa 0,2 5 1,5
Areia média 0,05 21 6
Areia fina 0,025 42 12
Areia muito fina 0,010 105 31
Silte 0,005 210 31
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• Zona saturada
- AQÜÍFERO – formação geológica que contém água e que permite que quantidades significativas dessa água se movimentem no seu interior em condições naturais
- AQÜICLUDE – formação que pode conter água, mas não transmite em condições naturais;
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• Zona saturada
- AQÜITARDO – formação semi-permeável, delimitada no topo e na base por camadas de permeabilidade muito maior. Ocorre filtração vertical ou drenança.
- AQÜÍFUGO – formação impermeável que não armazena e não transmite água.
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• Zona saturada – tipos de aqüíferos
- Classificação de acordo com a pressão nas superfícies limítrofes: superior (topo) e inferior (base) e pela capacidade de transmissão de água nas respectivas camadas de topo e base.
- CONFINADO – a pressão da água no topo é maior do que a pressão atmosférica. Pode ser confinado drenante e confinado não drenante.
Confinado não drenante – aqüífero cujas camadas de topo e base são impermeáveis.
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• Zona saturada – tipos de aqüíferos
- Confinado drenante – aqüífero em que pelo menos uma das camadas é semipermeável, permitindo a entrada ou saída de fluxos pelo topo e/ou base, por drenança ascendente ou descendente.
- LIVRE (freático ou não confinado) – é aquele cujo limite superior é uma superfície freática, todos os pontos se encontram sob a pressão atmosférica. Também podem ser drenante e não drenante.
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• Zona saturada – tipos de aqüíferos
- SUSPENSO – caso especial de aqüífero livre, formado sobre uma camada impermeável ou semipermeável, de extensão limitada e situada entre a superfície freática regional e o nível do terreno.
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• Zona saturada – tipos de aqüíferos
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Propriedades físicas dos aqüíferos
1. Porosidade
η= Vv/V
η= porosidade totalVv= volume de vaziosV= volume total
(a) – granulometria homogênea (porosidade alta); (b) - granulometria homogênea (porosidade muito alta); (c) granulometria heterogênea (baixa porosidade); (d) - granulometria heterogênea com cimentação (porosidade muito baixa); (e) – rocha com porosidade secundária (fratura); (f) –rocha com porosidade secundária (fratura com dissolução)
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Propriedades físicas dos aqüíferos
2. Porosidade efetiva
ηe= VD/V
ηe= porosidade efetivaVD= volume de água drenada por gravidadeV= volume total
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Propriedades físicas dos aqüíferos
3. Porosidade total
Porosidade efetiva + retenção específica
Retenção específica – quantidade de água retida por unidade de volume do material
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Movimentação da água subterrâneaMaterial Porosidade
(%)Permeabilidade
(cm/s)Solos 50-60Argila 45-55 10-9 - 10-6
Silte 40-50 10-6 - 10-4
Mistura de areia média e grossa 35-40Areia uniforme 30-40Mistura de areia fina e média 30-35 10-5 - 10-3
Pedregulho 30-40 10-3 - 10-1
Pedregulho e areia 20-35 10-2 - 1Arenito 10-20Folhelho 1-10Calcário 1-10
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Lei de Darcy
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Movimentação da água subterrânea
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Equação de Darcy
q = k h ou k = Ql iA
q = vazão específica (q = Q/A);
k = condutividade hidráulica;
h/l = i = gradiente hidráulico
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Movimentação da água subterrânea
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Movimentação da água subterrânea
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Formações geológicas armazenadoras de água subterrânea
- SEDIMENTOS INCONSOLIDADOS – dunas, aluviões e alguns depósitos coluviais.
DUNAS
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ROCHAS SEDIMENTARES – arenitos – armazenamento de grandes quantidades de água a nível global;
-Em geral, possuem porosidades mais baixas do que as areias pouco consolidadas, devido à compactação e cimentação de parte dos vazios entre os grãos;
-Quartzo, calcita e minerais de argila são os minerais mais encontrados nos cimentos dos grãos de arenitos;
-Em grande escala, a permeabilidade é uniformemente anisotrópica
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- Em escala local, a condutividade hidráulica pode apresentar diferenças da ordem de 10 a 100 vezes, para estratos que visualmente se considerava homogêneo;
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-ROCHAS CARBONÁTICAS – calcários e dolomitos
-Apresentam porosidades variáveis de 20 a 50%;
-A condutividade hidráulica primária de calcários e dolomitos não fraturado < 10-7 m/s;
-Significativa condutividade hidráulica secundária, oriunda de fraturas;
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-ROCHAS CARBONÁTICAS – calcários e dolomitos
-Apresentam porosidades variáveis de 20 a 50%;
-A condutividade hidráulica primária de calcários e dolomitos não fraturado < 10-7 m/s;
-Significativa condutividade hidráulica secundária, oriunda de fraturas;
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ROCHAS ÍGNEAS E METAMÓRFICAS-Porosidade e permeabilidade primárias – praticamente nulas em amostras sólidas e não fraturadas;
- Condutividade hidráulica entre 10-11 a 10-13 m/s (quarzito, micaxisto, filito e grauvaca); 10-11 m/s (granito);
-Porosidade e permeabilidade secundárias – fraturas
-Aberturas das fraturas < 1mm
-Condutividades hidráulicas médias, em algumas rochas brasileiras, variam de 3,8 a 5,5 cm/s (1,3 e 2,5 m/s)
-Porosidades médias entre 0,0007 e 0,0071%
Mapa hidrogeológico
Fonte: PERHMS, 2008
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Vulnerabilidade de aquíferos
Vulnerabilidade intrínseca (natural) é definida como a sua maior ou menor suscetibilidade em ser afetado por uma carga poluidora (FOSTER & HIRATA, 1988).
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Vulnerabilidade de aquíferos
Foster and Hirata (1991)
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Vulnerabilidade de aquíferos
Foster and Hirata (1991)
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Vulnerabilidade de aquíferos
Foster and Hirata (1988)
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Métodos para avaliação da vulnerabilidade de aquíferos
GOD
D- deph to water – profundidade do topo do aqüífero;R- net recharge – recarga do aqüífero;
A- aquifer media – características do aqüífero;S- soil media – características do solo;
T- topography – topografia;I- impacto f the vadose zone – influência da zona vadosa;
C- hydraulic conductivity – condutividade hidráulica.
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GOD
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Pesos relativos parâmetros GOD
Parâmetros Pesos Relativos* (p)D- deph to water – profundidade do topo do aqüífero 5
R- net recharge – recarga do aqüífero 4
A- aquifer media – características do aqüífero 3
S- soil media – características do solo 2
T- topography – topografia 1
I- impacto f the vadose zone – influência da zona vadosa
5
C- hydraulic conductivity – condutividade hidráulica 3
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GOD
Intervalo de Classe Características0 – 0,1 Insignificante Desconsidera a camadas confinantes com
fluxos verticais descendentes não significativos.
0,1 – 0,3 Baixo Vulnerável a contaminantes conservativos em longo prazo, quando continuamente e
amplamente lançado.0,3 – 0,5 Médio Vulnerável a alguns poluentes, mas somente
quando continuamente lançado.
0,5 – 0,7 Alto Vulnerável a muitos poluentes, exceto aqueles muito pouco móveis e pouco persistentes.
0,7 – 1,0 Extremo Vulnerável a muitos poluentes, com rápido impacto em muitos cenários de contaminação.
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Santos et al. (2007)
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Santos et al. (2007)
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Notas DRASTIC
Profundidade do lençol freático (m)*
Nota
0 – 1,5 10
1,5 – 5,0 9
5,0 – 10 7
10 – 15 5
15 – 23 3
23 – 30 2
> 30 1
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Notas DRASTIC
Recarga do aqüífero (mm)* Nota
0 - 50 1
50 – 100 3
100 – 180 6
180 – 255 8
> 255 9
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Notas DRASTIC
Meio aqüífero Nota *Folhelho argiloso, argilito 1 - 3 (2)
Rocha metamórfica/ígnea intrusiva 2 – 5 (3)Rocha metamórfica/ígnea alterada 3 – 5 (4)
Tilito glacial 4 – 6 (5)Arenito, calcário e argilito estratificados 5 – 9 (6)
Arenito maciço 4 – 9 (6)Calcário maciço 4 – 9 (6)Areia e cascalho 4 – 9 (8)
Basalto 2 – 10 (9)Calcário em relevo cárstico 9 – 10 (10)
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Notas DRASTIC
Tipo de solo NotaDelgado ou ausente 10
Cascalho 10Arenoso 9
Turfa 8Argila expansiva e/ou agregada 7
Arenoso *1 6areno-silto-argiloso e matéria
orgânica*25
Siltoso*3 4Argiloso*4 3
Orgânico de natureza siltosa 2Argila não agregada e não expansível 1
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Notas DRASTIC
Impacto da zona não-saturada Nota *
Camada confinante 1Argila/ silte 2 – 6 (3)
Folhelho 2 – 5 (3)Calcário 2 – 7 (6)Arenito 4 – 8 (6)
Arenito, calcário e argilito estratificado
4 – 8 (6)
Areia e cascalho com significante argila e silte
4 – 8 (6)
Rocha metamórfica e ígnea intrusiva 2 – 8 (4)Areia e cascalho 6 – 9 (8)
Basalto 2 – 10 (9)Calcário em relevo cárstico 9 – 10 (10)
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Notas DRASTIC
Condutividade hidráulica (m/dia)* Nota
0 – 4,1 1
4,1 – 12,2 2
12,2 – 28,5 4
28,5 – 40,7 6
40,7 – 81,5 8
> 81,5 10
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Notas DRASTIC
Valores Correspondentes Intervalos de Vulnerabilidade
< 100 Vulnerabilidade insignificante
101 – 119 Vulnerabilidade muito baixa
120 – 139 Vulnerabilidade baixa
140 – 159 Vulnerabilidade moderada
160 – 179 Vulnerabilidade alta
180 – 199 Vulnerabilidade muito alta
> 200 Vulnerabilidade extrema
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Notas DRASTIC
Dp*Dn+Rp*Rn+Ap*An+Sp*Sn+Tp*Tn+Ip*In+Cp*Cn = vulnerabilidade
Onde p é o peso e n a nota para cada fator analisado
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Bibliografia
FOSTER, S.S.D.; HIRATA, R.C.A. Groundwater pollution risk evaluation: the metodology using available data. Lima: 1988. CEPIS/PAHO/WHO, 78 p.
FOSTER, S.; HIRATA, R. Determinación del riesgo de contaminación de águas subterrâneas. Una mitología basada en datos existentes. Centro Panamericano de Ingenieria Sanitaria y Ciencias del Ambiente CEPIS. Organización Panamericana de la Salud. Organización Mundial de la Salud. Programa de Salud Ambiental (HPE). 2ª ed., Perú, 90p. 1991.
SANTOS, E.F.; SILVA, J.L.S.; CHAVES, A.; CAMPONOGARA, I. Vulnerabilidade à contaminação das águas subterrâneas do sistema aqüífero Serra Geral/Guarani no município de Guaraí, RS. XV Encontro Nacional de Perfuradores, I Simpósio de Hidrogeologia do Sul-Sudeste. 2007.
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Bibliografia
TEIXEIRA ET AL. Decifrando a Terra. Cap.7
OLIVEIRA, A.M.S.; BRITO, S.N.A. Geologia de engenharia. São Paulo:ABGE, 1998. Cap.8
FEITOSA, F.A.C.; MANOEL FILHO, J. Hidrogeologia, conceitos e aplicações. Fortaleza: CPRM/REFO, LABHID-UFPE, 2000. 2ª edição.