escoamento saturado e nao saturado

Disciplina: Hidrologia parte II

• Apresentação:

• Professor: Dr. Lázaro J. Quintas

• (PhD em agronomia)

-Escoamento na zona saturada e não saturada-Definição de zona saturada e não saturada

1. Escoamento na zona saturada e não saturada

2. Definição de zona saturada e não saturada

2.1.O caminho subterrâneo da água

2.2. Classificação dos aquíferos

Escoamento na zona saturada e não saturada

• O Ciclo da Água

• Este movimento permanente deve-se ao Sol, que fornece a energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação), e à gravidade, que faz com que a água condensada e caí (precipitação);

Escoamento na zona saturada e não saturada (Cont.)

• Uma vez na superfície, circula através de linhas de água que se reúnem em rios até atingir os oceanos (escoamento superficial) ou se infiltra nos solos e nas rochas, através dos seus poros, fissuras e fracturas (escoamento subterrâneo).

• A água que se infiltra no solo é sujeita a evaporação directa para a atmosfera

• é absorvida pela vegetação, que através da transpiração, a devolve à atmosfera.

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Escoamento na zona saturada e não saturada (Cont.)

• Este processo chamado:- Evapotranspiração ocorre no topo da zona não

saturada, ou seja, na zona onde os espaços entre as partículas de solo contêm tanto ar e água.

- A água que continua a infiltrar-se e atinge a zona saturada, entra na circulação subterrânea e contribui para um aumento da água armazenada (recarga dos aquíferos)- (zonas saturadas).

- O topo da zona saturada corresponde ao nível freático;

Definição de zona saturada e não saturada

• A água dos oceanos, rios e lagos, que se encontra em contacto directo com a atmosfera, através da energia solar, passa para a atmosfera sob a forma de vapor de água. Inicia-se assim o ciclo hidrológico;

• Esta descrição do ciclo hidrológico dá-nos uma imagem simplificada, pois dentro deste ciclo existem vários sub- ciclos.

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• Zona de evapotranspiração (ZET) – nesta zona, alguma água pode ser sujeita a evapotranspiração directa para a atmosfera, outra pode ser pode ser usada no metabolismo das plantas (fotossíntese) e outra pode continuar a descer.

• A espessura desta zona é de aproximadamente 2 metros, podendo variar com a capacidade das plantas desenvolverem as suas raízes.

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• Zona intermédia (ZI) – Chega até esta zona a água que não é utilizada na evapotranspiração;

• Sempre que a quantidade de água infiltrada seja inferior à quantidade de água necessária para a evapotranspiração, não passará água para a zona intermédia;

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Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• Por outro lado, sempre que a quantidade de água seja superior à quantidade de água necessária para a evapotranspiração, este excesso passará para a zona intermédia, deixando de estar disponível para a evapotranspiração;

• A espessura desta zona depende de vários factores, sendo por isso muito variável.

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• Franja capilar (FC) – corresponde a uma faixa estreita, na qual a água pode ter movimento descendente, por acção da força de gravidade, e movimento ascendente, por acção das forças de capilaridade entre partículas adjacentes. Trata-se de uma zona em que a água está em movimento constante;

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• zona saturada (ZS) – Toda a água que passa pela franja capilar vai descendo lentamente, até que chega à zona de saturação, juntando-se à água aí existente, aumentando a quantidade de água armazenada;

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• ou passando a deslocar-se integrada no deslocamento de água subterrâneo desta zona que pode ser constituída por diferentes níveis ou camadas de solo ou formações rochosas, onde todos os espaços porosos ou fracturas existentes estão completamente preenchidos por água.

• O limite superior desta zona é designado nível freático, ou aquífero.

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

•  Na zona saturada não existem espaços preenchidos por ar, daí a sua designação de saturada;

• Nas zonas mais superficiais (ZET, ZI e FC), além da matéria sólida e da água, também existem pequenos espaços preenchidos por ar;

• Por isso, ao conjunto destas três zonas também se chama zona de aeração;

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• O limite entre a franja capilar e a zona saturada não é um limite estático, verificando-se a sua variação mais significativa em função das condições meteorológicas locais e da quantidade de água que se consegue infiltrar;

• Este limite que separa a franja capilar (e toda a zona de aeração) da zona saturada chama-se nível freático e corresponde à superfície livre da zona da água saturada que contacta com a zona de aeração não saturada.

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• Do ponto de vista hidrológico, o perfil de solo pode ser dividido em duas zonas.

• - A primeira é a zona de aeração ou zona não saturada que compreende desde a superfície do solo até o lençol freático;

• - Abaixo do lençol está a chamada zona saturada, ou aquífero não confinado.

Definição de zona saturada e não saturada (Cont.)

• O movimento da água através dos solos pode ser visto como um sistema de três componentes:

• i) a interface solo - atmosfera,

• ii) a zona não saturada próxima à superfície,

• iii) a zona saturada.

Ocorrência de água subterrânea

• A água da chuva pode ter vários destinos após atingir a superfície da Terra.

• Inicialmente uma parte se infiltra.

• Quando o solo atinge seu ponto de saturação, ficando encharcado, a água passa a escorrer sobre a superfície em direcção aos vales.

Ocorrência de água subterrânea (Cont.)

• Dependendo da temperatura ambiente, uma parte da chuva volta à atmosfera na forma de vapor.

• Em países frios, ou em grandes altitudes, a água se acumula na superfície na forma de neve ou gelo, ali podendo ficar por muito tempo.

• A parcela da água que se infiltra vai dar origem à água subterrânea.

Ocorrência de água subterrânea (Cont.)

• A taxa de infiltração de água no solo depende de muitos factores:

• 1-Sua porosidade: A presença de argila no solo diminui sua porosidade, não permitindo uma grande infiltração.

• 2-Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado.

Ocorrência de água subterrânea (Cont.)

• 3-Inclinação do terreno: em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltração.

• 4- Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.

Caminho subterrâneo da água

• A água que se infiltra está submetida a duas forças fundamentais:

• - a gravidade

• - e a força de adesão de suas moléculas às superfícies das partículas do solo (força de capilaridade).

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Caminho subterrâneo da agua (Cont.)

• A força de adesão é mais forte do que a força da gravidade que age sobre esta água.

• Como consequência ela ficará retida, quase imóvel, não atingindo zonas mais profundas.

Caminho subterrâneo da água (Cont.)

• Chuvas finas e passageiras fornecem somente água suficiente para repor esta humidade do solo.

• Para que haja infiltração até a zona saturada é necessário primeiro satisfazer esta necessidade da força capilar.

Figura1.Formas em que a água pode estar no solo

Zonas de ocorrência da água no solo de um aquífero freático

• Zona de aeração ou zona não saturada: - é a parte do solo que está parcialmente preenchida por água.

• Nesta zona a água ocorre na forma de películas aderidas aos grãos do solo.

• Solos muito finos tendem a ter mais humidade do que os mais grosseiros, pois há mais superfícies de grãos onde a água pode ficar retida por adesão.

Zonas de ocorrência da água no solo de um aquífero freático (Cont.)

• Na zona de aeração podemos distinguir três regiões:

• Zona de humidade do solo: é a parte mais superficial, onde a perda de água de adesão para a atmosfera é intensa.

Zonas de ocorrência da água no solo de um aquífero freático (Cont.)

• Em alguns casos é muito grande a quantidade de sais que se precipitam na superfície do solo após a evaporação desta água, dando origem a solos salinizados ou a crostas ferruginosas (lateríticas)

Zonas de ocorrência da água no solo de um aquífero freático (Cont.)

• Franja de capilaridade: é a região mais próxima ao nível de água do lençol freático, onde a humidade é maior devido à presença da zona saturada logo abaixo.

• Zona intermediária: região compreendida entre as duas anteriores e com humidade menor do que na franja capilar e maior do que na zona superficial do solo.

• Como já foi dito, a capilaridade é maior em terrenos cuja granulometria é muito fina.

Zonas de ocorrência da água no solo de um aquífero freático (Cont.)

• Zona Saturada: é a região abaixo do lençol freático (nível freático) onde os poros ou fracturas da rocha estão totalmente preenchidos por água.

• Observe-se que em um poço escavado num aquífero deste tipo a água o estará preenchendo até o nível freático.

Zonas de ocorrência da água no solo de um aquífero freático (Cont.)

• Em aquíferos freáticos o nível da água varia segundo a quantidade de chuva.

• Em épocas com mais chuva o nível freático sobe e em épocas em que chove pouco o nível freático desce.

Classificação dos aquíferos

• Aquífero - acqua + ferre

• - Massa de rocha que é capaz de armazenar e fornecer água.

• - È uma formação geológica que contem água e permite que a mesma se movimente em condições naturais.

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• - Formações que têm estrutura que permitem que uma quantidade apreciável de água se mova através delas sob condições usuais de campo.

• Exemplo: areia.

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• 1. CLASSIFICAÇÃO DOS AQUÍFEROS SEGUNDO A PRESSÃO DA ÁGUA;

• 1.1. Aquíferos Livres ou Freáticos

• A pressão da água na superfície da zona saturada está em equilíbrio com a pressão atmosférica, com a qual se comunica livremente.

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• São os aquíferos mais comuns e mais explorados pela população.

• São também os que apresentam maiores problemas de contaminação.  

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• 1.2. Aquíferos Artesianos• Nestes aquíferos a camada saturada está

confinada entre duas camadas impermeáveis ou semipermeáveis, de forma que a pressão da água no topo da zona saturada é maior do que a pressão atmosférica naquele ponto, o que faz com que a água suba no poço para além da zona aquífera.

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• Se a pressão for suficientemente forte a água poderá jorrar espontaneamente pela boca do poço.

• Neste caso diz-se que temos um poço jorrante.

Figura 2.1. Esquema de aquífero artesiano

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• 2.CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO A GEOLOGIA DO MATERIAL SATURADO

• 2.1. Aquíferos Porosos

• Ocorrem em rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolados e solos arenosos, decompostos in situ;

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas;

• Estes aquíferos ocorrem nas bacias sedimentares e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentos arenosos.

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• 2.2. Aquíferos fracturados ou fissurados• Ocorrem em rochas ígneas (inflamáveis) e

metamórficas; • A capacidade destas rochas em acumularem

água está relacionada à quantidade de fracturas, suas aberturas e intercomunicação;

• Poços perfurados nestas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora.

Classificação dos aquíferos (Cont.)

• 2. 3. Aquíferos cársticos• São os aquíferos formados em rochas

carbonáticas; • Constituem um tipo peculiar de aquífero

fracturado, onde as fracturas, devido à dissolução do carbonato pela água, podem atingir aberturas muito grandes, criando, neste caso, verdadeiros rios subterrâneos;

FIM

• OBRIGADO