aguas subterrÂneas: conceitos, potencialidades
TRANSCRIPT
M A R I A A N T O N I E T A A L C Â N T A R A M O U R Ã O
H I D R O G E Ó L O G A
C P R M – S E R V I Ç O G E O L Ó G I C O D O B R A S I L
AGUAS SUBTERRÂNEAS: CONCEITOS, POTENCIALIDADES, GESTÃO E
MONITORAMENTO
CONCEITOS BÁSICOS
Conceito usado, por exemplo, nos seguintes instrumentos legais:
Lei nº 13.771, de 11 de dezembro de 2000. Dispõe sobre a administração, a proteção e a conservação das águas subterrâneas de domínio do Estado de Minas Gerais e dá outras providências.
Resolução CONAMA no 396, de 3 de abril de 2008. Dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas e dá outras providências.
Água no subsolo = Água Subterrânea: águas que ocorrem natural ou artificialmente no subsolo.
Aquífero: formação geológica com capacidade de acumular e transmitir água através de seus poros, fissuras ou espaços resultantes de dissolução e carreamento de grãos.
Condensação
O CICLO HIDROLÓGICO
Exalações
Vulcânicas
Gelo e Neve
Precipitação
Escoamento
Superficial
Escoamento
Superficial
Cursos
d’água
Cob. Vegetal
Evaporação
Evapotrans-
piração Evaporação
Oceanos
Atmosfera
Cob. Vegetal Rios e lagos
Armazenamento Subterrâneo
Nascentes
Infiltração
Fluxo
Subterrâneo
Exsuda-
ções
Neblina
Sublimação
DISTRIBUIÇÃO DAS ÁGUAS NOS PRINCIPAIS RESERVATÓRIOS NATURAIS
Reservatório Volume (km3x106)
Volume (%) Tempo médio de permanência
Oceanos 1.370 94 4.000 anos
Geleiras e capas de gelo 30 2 10-1000 anos
Águas Subterrâneas 60 4 2 semanas a 10.000 anos
Lagos, rios, pântanos e reservatórios artificiais
0,2 <0,01 2 semanas a 10 anos
Umidade nos solos 0,07 <0,01 2 semanas a 1 ano
Biosfera 0,0006 <0,01 1 semana
Atmosfera 0,0130 <0,01 ~10 dias
Caminhos da água da chuva
INFILTRAÇÃO e RECARGA
É o processo mais importante para
a recarga dos aquíferos
O volume e a velocidade de
infiltração são dependentes dos
seguintes fatores:
- Características dos solos e das
rochas
- Cobertura vegetal
- Topografia
- Precipitação
- Ocupação do solo
Caminho da água pelo subsolo
Zona de água do
solo: água
pelicular
(higroscópica) e
gravitacional
(livre)
Franja capilar:
água capilar
DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NO SUBSOLO
Fonte: Decifrando a Terra, 2000
Zona de aeração
Zona subsaturada
Zona Saturada
DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NO SUBSOLO
Fonte: BOSCARDIN BORGHETTI et al. (2004)
Zona de Aeração
Nível Freático
Aquífero Confinado
Aquífero Livre
RECARGA DOS AQUÍFEROS
Superfície Potenciométrica
Zona de Saturação
DISTRIBUIÇÃO DA RECARGA E DESCARGA
Fonte: Murck et al. 1995
Área de
recarga
Área de
descarga
Sis
tem
a
Aq
uíf
ero
Linhas de
fluxo
Dias
Anos
Décadas
Séculos
Milênios
Reservatório de água
subterrânea e os
“extravasores”
Rio Efluente
Aquífero raso
Nível d’água
Zona não saturada
Linha de Fluxo Subterrâneo
Dre
nag
em
Linhas potenciométricas
Linhas potenciométricas
Linha de Fluxo Subterrâneo
Nível d’água Zona não saturada
Rio Influente
Direção de Fluxo
Dre
nag
em
Direção de Fluxo
Fonte:www.usgs.gov
CONEXÃO ÁGUA SUBTERRÂNEA E ÁGUA SUPERFICIAL
RESERVAS DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
RESERVAS PERMANENTES
RESERVAS REGULADORAS OU
RENOVÁVEIS
Nível d’água máximo médio
Nível d’água mínimo médio
Precipitação Anual Média
Reserv
as P
ote
ncia
is
Recursos repostos anualmente pela
RECARGA NATURAL proveniente
principalmente da precipitação
substrato impermeável
As reservas representam o volume de água passível de liberação armazenada em um
aquífero durante um determinado período de tempo.
Volume hídrico acumulado no meio aquífero,
não variável em decorrência da flutuação
sazonal do nível d’água.
Fonte: MDGEO, 2015
O RESERVATÓRIO SUBTERRÂNEO
Reserva Renovável
Reserva
Permanente
ou Geológica
Período Chuvoso
O RESERVATÓRIO SUBTERRÂNEO
Fonte: MDGEO, 2015
Período de Estiagem
Escoamento
Básico
O RESERVATÓRIO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA
Fonte: MDGEO, 2015
RESERVAS RENOVÁVEIS E FLUXO DE BASE DOS RIOS
Hidrógrafa de vazão de um curso d’água
a) Nível do rio na posição mais
baixa e em equilíbrio com o
nível freático das margens
a a
b
b) O escoamento superficial eleva
o nível do rio estabelecendo forte
gradiente hidráulico com o nível
freático
c
c) Os níveis freáticos sobem e
estabelecem equilíbrio com o nível
do rio.
d
d) A redução do nível do rio
induz a drenagem das ÁGUAS
SUBTERRÂNEAS ESTOCADAS E
PROVENIENTES DA RECARGA
NO PERÍODO CHUVOSO
O regime de escoamento do rio passa a ser comandado pelo ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO. A descarga mínima, mantida no período seco corresponde ao FLUXO DE BASE
RESERVAS DE ÁGUA SUBTERRÂNEA NO BRASIL
No Brasil, as RESERVAS DE ÁGUA SUBTERRÂNEA são estimadas em 112.000 km3 (112 trilhões de m3) e a contribuição média à DESCARGA DOS RIOS é da ordem de 2.400km3/ano (2,4 trilhões de m3;REBOUÇAS, 1988) Nem todas as formações geológicas possuem características hidrodinâmicas que possibilitem a extração econômica de água subterrânea para atendimento de médias e grandes vazões pontuais. As vazões já obtidas por poços variam, no Brasil, desde menos de 1 m3/h até mais de 1.000 m3/h
Fonte: http://www.abas.org/educacao.php
Distribuição das bacias sedimentares e dos domínios cristalinos (em rosa)
Áreas de recarga / exposição dos principais aquíferos
AS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NO BRASIL
POTENCIAL DOS AQUÍFEROS NO ESTADO DE MINAS GERAIS
1
2
3
4
5
19.974 poços cadastrados em MG no
Sistema de Informações de Águas Subterrâneas – SIAGAS do Serviço Geológico do Brasil - CPRM
OS PRINCIPAIS AQUÍFEROS NA REGIÃO METROPOLITANA DE BELO HORIZONTE
Belo Horizonte
Bairro
Jardim
Canadá
Associa-se à unidade geológica hospedeira dos
corpos de minério de ferro.
Apresenta importantes surgências com vazões
que alcançam 400 m3/h.
Os poços tubulares exibem vazões, em geral,
acima de 100 m3/h.
RESERVA GEOLÓGICA ESTIMADA (Silva et
al.,1994)
SERRA DO CURRAL - Aprox. 1800 milhões de m3
SINCLINAL MOEDA - Aprox. 10200 milhões de m3 Área de exposição do aquífero Cauê
em azul escuro
AQUÍFERO CAUÊ
Fonte: Mourão (2007), Silva et al. (1994), Beato et al. (2005)
O uso da água para abastecimento público prepondera sobre os
demais e representa 54,2% do volume total estimado como
captado (5.706.415 m3/mês).
A captação superficial de nascentes corresponde a 79,4% do
volume utilizado para esse fim, enquanto as captações superficiais
e subterrâneas (poços tubulares) respondem, respectivamente, por
13,3% e 7,3%.
As captações de nascentes e subterrâneas estão associadas
principalmente aos aquíferos Cauê e Gandarela.
A mineração representa o segundo usuário mais importante,
utilizando 26,7% do volume total captado. Cerca de metade do
volume retirado deve-se à atividade de desaguamento das minas e
o restante ao suprimento das demais demandas
OS PRINCIPAIS AQUÍFEROS NA REGIÃO METROPOLITANA DE BELO HORIZONTE
Fonte: Mourão (2007), Silva et al. (1994), Beato et al. (2005)
USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
REGIÃO CENTRO-
OCIDENTAL DA APA SUL RMBH
PRESSÕES SOBRE O
AQUÍFERO
OS PRINCIPAIS AQUÍFEROS NA REGIÃO METROPOLITANA DE BELO HORIZONTE
Fonte: Pessoa e Loureiro (2005), CPRM – APA Carste de Lagoa Santa (1998)
A região de Lagoa Santa, é abastecida por águas subterrâneas
captadas dos mananciais aquíferos cársticos. Atualmente
encontram-se cadastrados 177 poços tubulares na região.
Esses aquíferos produzem grandes quantidades de água, o que
reflete sua condição de excelente meio condutor e mantenedor de
água subterrânea.
Trata-se também de área de mineração de calcário e região de
expansão urbana (vetor norte).
AQUÍFEROS CÁRTICOS NA REGIÃO DE LAGOA SANTA
APA Carste de Lagoa Santa – Área de exposição dos
aquíferos cársticos em azul
O USO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E RESERVAS EXPLOTÁVEIS
Reservas Explotáveis
Quantidade: intimamente às propriedades
hidráulicas dos aquiferos. Os aquíferos têm
diferentes taxas de recarga, alguns deles se
recuperam lentamente e em outros a
recuperação é mais regular;
Qualidade: influenciada pela composição das
rochas, condições climáticas e de renovação
das águas, aspectos de uso e ocupação dos
terrenos;
Econômico: depende da profundidade do
aquífero e das condições de bombeamento
FATORES QUE CONDICIONAM O USO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
As reservas explotáveis correspondem à quantidade
máxima de água que poderia ser explotada de um
aquífero, sem que se produza alterações*:
Esgotamento ou redução da descarga de fontes e de poços pré-existentes;
Comprometimento do fluxo de base de cursos d’água; Captação de águas de qualidade química não tolerável Subsidência de terrenos; Rebaixamento excessivo do nível d’água a profundidades
antieconômicas
* Estas alterações podem ocorrer naturalmente, sem associação com a
explotação.
Conceito ainda bastante controverso pois qualquer
extração de água pode produzir impactos, sendo
necessário mensurar qual a intensidade tolerada com
relação ao benefício produzido e o período de tempo
considerado.
Um sistema de água subterrânea consiste em uma
massa de água que flui através dos poros ou fissuras
das rochas. Esta massa de água está em movimento.
A água é constantemente adicionada ao sistema pela
recarga dada principalmente pela precipitação, e a água
é constantemente liberada do sistema como descarga
dada pelas nascentes e a evapotranspiração.
Cada sistema de água subterrânea é único em que a
fonte e a quantidade de água que flui através do
sistema é dependente das características dos aquíferos
e de fatores externos, tais como: taxa de precipitação, a
localização de córregos e outros corpos de água
superficial e a taxa de evapotranspiração.
O único fator comum para todos os sistemas de água
subterrânea, no entanto, é que a quantidade total de
água abrangendo aquela que entra, está armazenada
e sai do sistema deve ser conservada.
A SUSTENTABILIDADE DA EXPLOTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA
(Ground-Water Development, Sustainability, and Water Budgets – USGS;
http://pubs.usgs.gov/circ/circ1186/html/gw_dev.html).
R + Qent= Qeb + ET+ Qsaida + DS
COMPONENTES DE ENTRADA
R = recarga dada principalmente pela chuva e pela infiltração a partir dos cursos d’água
Qent = agua que entra no sistema a partir de aquíferos/bacias hidrogeológicas adjcentes
COMPONENTES DE SAÍDA
Qeb = descarga dos aquíferos nos cursos d’água – escoamento de base
ET = evapotranspiração
Qsaida = agua que sai do sistema a partir de aquíferos/bacias hidrogeológicas adjcentes
Ds = variação no armazenamento em função da variação do nível d’água
ET
ET
ET
P
P
P
Qeb Qs
Qeb
A longo prazo a origem da água que é extraída por
bombeamento provem da recarga ou da descarga do sistema.
A quantidade de água subterrânea que está disponível para
uso é dependente de como essas mudanças na entrada e
saída afetam o meio ambiente e que magnitude de alteração é
admitida.
Ao determinar os efeitos do bombeamento e a quantidade de
água disponível para uso, é fundamental reconhecer que nem
toda a água é bombeada é necessariamente consumida. Por
exemplo, nem toda água bombeada para a irrigação é
consumida por evapotranspiração. Uma parcela da água
retorna para o sistema de água subterrânea como infiltração .
Assim, é importante diferenciar entre a quantidade de água
bombeada e a quantidade de água consumida ao estimar a
disponibilidade de água e ao estabelecer estratégias de
gestão sustentável.
A SUSTENTABILIDADE DA EXPLOTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA
(Ground-Water Development, Sustainability, and Water Budgets – USGS; http://pubs.usgs.gov/circ/circ1186/html/gw_dev.html).
As possibilidades de graves secas, de longo prazo, e as
mudanças climáticas também devem ser considerados . As
secas de longa duração, que quase sempre resultam em
redução da recarga de água subterrânea, podem ser
vistas como estresse natural em um sistema de água
subterrânea e em muitos aspectos têm efeitos
semelhantes à explotação de água subterrânea .
A. Condições naturais
D. Redução das taxas de bombeamento (ou recarga
artificial)
Conexão Agua Superficial/água subterrânea – Efeitos da explotação e exemplo de gestão Importância do Monitoramento Hidroclimatológico/Hidrogeológico
B. Bombeamento promove aprofundamento do NA e
redução das vazões dos cursos d’água
C. Bombeamento excessivo (sobre-explotação) afeta
vegetação que depende da umidade do solo e a
descarga nos cursos d’água
A ESTIAGEM SEVERA E SUAS CONSEQUÊNCIAS
0,000
500,000
1000,000
1500,000
2000,000
2500,000
Gráfico de Precipitação (mm) – Ano Hidrológico
Honório Bicalho – jusante da captação
Escoamento de base em vermelho
Redes de Monitoramento das Águas Subterrâneas
22 estações no aquífero Bauru – Bacia do Paraná
15 poços no aquífero Urucuia
14 poços em coberturas sedimentares – bacias representativas
2 poços no aquífero Areado
2 poços no aquífero fissurado
http://rimasweb.cprm.gov.br/layout/
!A Poços de monitoramento (Total 25)
!A Poços de monitoramento (Total 55)
Projeto Águas do Norte - PAN (IGAM/CPRM)
6 poços no domínio dos carbonatos
8 poços no domínio cristalino
4 poços no domínio de rochas pelíticas
2 poços no domínio de quartzitos
5 poços no domínio de xistos
Bacias representativas (Total 14)
Projeto RIMAS – Rede Integrada de Monitoramento
das Águas Subterrâneas (CPRM)
Gráficos de variação de nível d’água e chuva Triângulo Mineiro
Gráficos de variação de nível d’água e chuva Triângulo Mineiro
Gráficos de variação de nível d’água e chuva Triângulo Mineiro
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As possibilidades de secas severas, de longo prazo e as mudanças climáticas devem ser
considerados em qualquer plano de gestão de recursos hídricos. Estiagens de longa duração quase
sempre resultam em diminuição da recarga de águas subterrâneas e reduções das descargas para os
rios. Portanto, às pressões relacionadas ao bombeamento somam-se as influências climáticas.
(Ground-Water Development, Sustainability, and Water Budgets – USGS).
A gestão bem sucedida claramente depende da avaliação conjunta dos recursos hídricos superficiais
e subterrâneos. A redução da descarga dos cursos d’água deve ser o fator primordial para o
estabelecimento de restrições ecológicas e para a solução de conflitos de uso (Applicability and
methodology of determining sustainable yield in groundwater systems - Kalf & Wooley , 2005).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A avaliação dos recursos hídricos subterrâneos de uma determinada bacia, sistema aquífero, ou
região, e a sua relação com corpos d’água de superfície é altamente beneficiada pelo uso de modelos
numéricos, pois permitem a análise das reservas em termos de balanços de massa e a simulação de
cenários de explotação a intervalos de tempo que podem ser ajustados de acordo com as
necessidades dos gestores destes recursos (Applicability and methodology of determining sustainable
yield in groundwater systems - Kalf & Wooley , 2005).
A estimativa da quantidade de água subterrânea disponível para uso requer a consideração de dois
elementos-chave. Em primeiro lugar, o uso de águas subterrâneas e de superfície deve ser avaliado
em conjunto. Esta avaliação deve incluir a estimativa da quantidade de água disponível a partir das
alterações na recarga, descarga e armazenamento de água subterrânea para diferentes intensidades
de consumo de água. Em segundo lugar, visto que o uso da água subterrânea e superficial provoca
mudanças no sistema hídrico deve-se determinar o limiar aceitável para as interferências. (Ground-
Water Development, Sustainability, and Water Budgets – USGS).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Um aspecto relevante a ser considerado é que a dinâmica das águas subterrâneas é distinta daquela
das águas superficiais. O rio tem uma baixa capacidade de armazenar água, mas, por outro lado, pode
entregar uma vazão instantânea muito maior do que os aquíferos. Adicionalmente, a explotação dos
aquíferos é feita por poços e nascentes que, geralmente, têm vazões estáveis (menos influenciadas pela
sazonalidade climática), mas, geralmente reduzidas quando comparadas às observadas em captações
superficiais. O aproveitamento dessa dinâmica própria das duas manifestações da água é muito pouco
utilizado no país. A grande capacidade de armazenamento e resistência contra longos períodos de
estiagem fazem dos recursos hídricos subterrâneos um grande aliado na redução dos estresses
hídricos que populações têm enfrentado ou ainda enfrentarão.
(Água subterrânea: reserva estratégica ou emergencial – Hirata et al. ,2010)
Obrigada!
Fone: (31) 3878.0385
“Acho que as águas iniciam os pássaros Acho que as águas iniciam as árvores e os peixes. E acho que as águas iniciam os homens. Nos iniciam. E nos alimentam e nos dessedentam. Louvo esta fonte de todos os seres, de todas as plantas, de todas as pedras.” Manoel de Barros
AQUÍFEROS EM ROCHAS CARBONÁTICAS
A circulação da água se faz nas fraturas e outras
descontinuidades (diáclases) que resultaram da dissolução do
carbonato pela água.
Essas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando,
verdadeiros rios subterrâneos.
São aquíferos heterogêneos, descontínuos, com águas duras,
com fluxo em canais.
As rochas são os calcários, dolomitos e mármores.
Aquífero muito vulnerável à contaminação e à
explotação intensiva dada a forte conexão de águas
subterrâneas e superficiais.
Intensamente explotado em várias regiões, com
destaque para a bacia do Verde Grande, afluente do
rio São Francisco, Sete Lagoas, Montes Claros e
municípios adjacentes, Lagoa Santa, Vazante etc
AQUÍFEROS EM ROCHAS SEDIMENTARES DA BACIA DO PARANÁ (AQUÍFEROS BAURU E GUARANI)
Aquíferos porosos onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada.
•Alta densidade de poços na zona urbana e em localidades agrícolas.
•Probabilidade de comprometimento da produtividade dos poços
•Área urbana de Araguari edificada nesse aquífero – risco de contaminação
•Encoberto pelos aquíferos Bauru e Serra Geral (basaltos) – Profundidade normalmente acima de 500 m.
•As áreas de recarga são reduzidas e ocupam cerca de 1.634 Km2 (BORGHETTI et al., 2004)
•Pouco explotado e conhecido na região do Triângulo Mineiro
Aquífero Bauru
Aquífero Guarani
Fonte: UFMG/CDTN, 2006
AQUÍFERO EM ROCHAS SEDIMENTARES DA BACIA DO URUCUIA
Importância dos sedimentos Urucuia na regulação do
regime dos principais rios da região contribuindo na
manutenção de seu escoamento de base (ou vazão do
rio no período de estiagem)
O represamento das águas das veredas e a extração
intensiva de água subterrânea para irrigação podem
comprometer a vazão dos cursos d’água.
Estudos indicam que a contribuição total desses
aquíferos para os cursos d’água é de 4,25.109 m3/ano
Fonte: CPRM – Projeto São Francisco (2001)
Aquíferos porosos onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada.
Aquífero fraturado ou fissural - formado por rochas ígneas,
metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da
água se faz nas fraturas, fendas e falhas.
A capacidade dessas rochas de acumularem água está relacionada à
quantidade de fraturas, suas aberturas e intercomunicação,
permitindo a infiltração e fluxo da água.
AQUÍFERO EM ROCHAS METASSEDIMENTARES E METAVULCANICAS
Aquíferos geralmente de menor potencial relativamente aos
sedimentares e carbonáticos
Importantes no atendimento à demanda por água em regiões
com escassez de água superficial e pequenas comunidades
rurais.
Pode apresentar maior potencial em áreas em que se verifica
intercalações de rochas carbonáticas
AQUÍFEROS EM ROCHAS CRISTALINAS
Aquífero fraturado ou fissural - formado por rochas ígneas,
metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a
circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas.
A capacidade dessas rochas de acumularem água está
relacionada à quantidade de fraturas, suas aberturas e
intercomunicação, permitindo a infiltração e fluxo da água.
Aquíferos geralmente de potencial reduzido,
especialmente na região nordeste de MG. Vazões um
pouco maiores são obtidas em poços na região centro-sul
em virtude da maior pluviosidade e espessura do manto
de intemperismo.
Importantes no atendimento à demanda por água em
regiões com escassez de água superficial e pequenas
comunidades rurais.