agua subterranea

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)

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)

Origem da água subterrânea

Meteórica - infiltração da água precipitada

Conata/água de formação - contidas nos sedimentos

Juvenil - dinâmica interna

Ciclo da água

Fonte: Karmann (2000)

Água subterrânea

Nível freático e relevo

Nível freático x rios

Rios efluentes

Rios influentes

Tipos de Porosidade

Porosidade primária - intergranular

Porosidade secundária – fraturasresfriamentocondutos

• 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;

• Zona de aeração ou não saturada

• 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

• 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;

• 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.

• 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.

- 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.

- 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.

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)

2. Porosidade efetiva

ηe= VD/V

ηe= porosidade efetivaVD= volume de água drenada por gravidadeV= volume total

3. Porosidade total

Porosidade efetiva + retenção específica

Retenção específica – quantidade de água retida por unidade de volume do material

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

Lei de Darcy

Movimentação da água subterrânea

Equação de Darcy

q = k h ou k = Ql iA

q = vazão específica (q = Q/A);

k = condutividade hidráulica;

h/l = i = gradiente hidráulico

Formações geológicas armazenadoras de água subterrânea

- SEDIMENTOS INCONSOLIDADOS – dunas, aluviões e alguns depósitos coluviais.

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

- Em escala local, a condutividade hidráulica pode apresentar diferenças da ordem de 10 a 100 vezes, para estratos que visualmente se considerava homogêneo;

-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;

-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;

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

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).

Foster and Hirata (1991)

Métodos para avaliação da vulnerabilidade de aquíferos

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.

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

C- hydraulic conductivity – condutividade hidráulica 3

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.

Santos et al. (2007)

Notas DRASTIC

Profundidade do lençol freático (m)*

0 – 1,5 10

1,5 – 5,0 9

5,0 – 10 7

10 – 15 5

15 – 23 3

23 – 30 2

> 30 1

Notas DRASTIC

Recarga do aqüífero (mm)* Nota

0 - 50 1

50 – 100 3

100 – 180 6

180 – 255 8

> 255 9

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)

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

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)

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

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

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

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.

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.

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