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UTILIZAÇÃO DO GPR PARA LOCAÇÃO DE BARRAGENS
SUBTERRÂNEAS NO SEMI-ÁRIDO BRASILEIRO.
Alexandre de Oliveira Lima1; Anderson de Medeiros Souza
1; José Antonio Beltrão Sabadia
2; Albert
Casas3 & Francisco Pinheiro Lima-Filho
4
RESUMO - Este trabalho tem como objetivo avaliar o uso do GPR para locação de barragens subterrâneas em aluviões existentes em drenagens situadas na região semi-árida brasileira. Os testes iniciais consistiram do levantamento de perfis GPR, perpendiculares ao canal fluvial, com o objetivo de imagear o aluvião e seu contato com as rochas do embasamento cristalino. Foram escolhidos três municípios situados nos polígonos das secas, sendo dois no Rio Grande do Norte (Parelhas e Pedro Avelino) e um no Ceará (Tamboril). Os critérios utilizados para seleção dos municípios foram: existência de locais para construção de barragens subterrâneas (aluviões com pacote sedimentar aquífero); existência de programas de construção de barragens subterrâneas em andamento no município e que as condições ambientais locais representassem bem o contexto geral encontrado na grande parte dos municípios do semi-árido brasileiro. Nas perfilagens foi utilizado o equipamento o GPR Sir 3000 (GSSI) com as antenas de 200 Mhz e 400 Mhz. Verificou-se que o GPR se mostrou eficiente no imageamento da interface entre os sedimentos aluvionares e o embasamento cristalino, nas condições estudadas. Assim, a metodologia proposta se mostrou eficaz podendo ser recomendada para ser testada em larga escala.
Palavras chaves: barragem subterrânea, sand storage dam; underground dam; GPR, semi-árido.
1Doutorando PPGG, E-mail: [email protected]; 2Departamento de Geologia da UFC; 3Faculdade de Geologia – Universidade de
Barcelona; 4Departamento de Geologia da UFRN, Laboratório de Análises Estratigráficas, Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica
(PPGG), Caixa Postal 1639, CEP: 59078-970, Natal-RN, Brasil, E-mail: [email protected]
INTRODUÇÃO
Uma alternativa tecnológica que apresenta um considerável potencial para atender a demanda
hídrica de uma representativa parcela de famílias que vivem em comunidades rurais difusas, em
regiões de clima árido e semi-árido, são as barragens subterrâneas. Essas tecnologias hídricas, sub-
superficiais, estão sendo construídas, em várias partes do mundo, para superar períodos de escassez
de chuva ou de secas, de forma a viabilizar a disponibilidade de água para cultivos de subsistência
para milhares de famílias que moram em regiões de clima árido e semi-árido (Quilis et. al. 2008).
Essa forma de armazenamento de água de chuva pode ser construída em aluviões de rios e
riachos intermitentes nos períodos considerados “secos”, quando o nível freático nesses
reservatórios encontra-se baixo ou quando não há fluxo de água subterrânea. A obra constitui-se de
uma trincheira aberta perpendicular ao leito do rio, escavada de forma manual ou com retro
escavadeira, a depender da espessura do aluvião e/ou da disponibilidade financeira de quem está
construindo a obra. Posteriormente, é revestida com lona plástica, ou utilizada outra forma de
impermeabilização (muro, camada argilosa, etc.), podendo atingir ou não o substrato impermeável,
constituído de rochas ígneas ou metamórficas. Desta forma é possível parar ou apenas retardar a
velocidade de passagem da água subterrânea e com isso aumentar o nível piezométrico a montante
da barragem.
Atualmente, percebe-se um considerável aumento na construção desta obras hídricas induzidas
por programas dos governos Federal/Estadual ou por intermédio de organizações não
governamentais. Entretanto, verifica-se que apesar do aumento significativo do número de
barragens subterrâneas construídas em todos os estados nordestinos ainda há uma carência de
informações técnico-científicas relacionadas a critérios de locação, construção, cálculo de reserva
hídrica, qualidade de água e gestão deste bem mineral. Principalmente, no que tange a adoção das
novas tecnologias atualmente já disponíveis.
Os principais trabalhos publicados tratam principalmente das técnicas de construção como, por
exemplo, os de Brito et.al. (1999) e Costa (1997) que afirmam que apesar da sua simplicidade de
construção a barragem subterrânea requer alguns cuidados na construção, devendo-se observar
principalmente a escavação da trincheira. Lima et. al. (2003) consideram que se faz necessária à
utilização de rigorosos critérios na locação e construção das barragens subterrâneas. Da mesma
forma, considera-se também, neste trabalho, que um dos pontos primordiais para construção de uma
barragem subterrânea é a sua locação, além do perfil do produtor que é essencial para o bom
funcionamento da barragem subterrânea.
As informações geológicas do aluvião que terá a função de reservatório, quando for construída
a barragem subterrânea, são imprescindíveis para o sucesso da tecnologia. Observa-se que as
barragens subterrâneas estão sendo construídas sem o conhecimento prévio de informações básicas
do corpo aluvionar como, por exemplo, sua espessura, porosidade efetiva, permeabilidade, variação
lateral e vertical de fácies (de canal e da planície de inundação), além do gradiente do rio ou riacho.
Informações estas essenciais para a própria instalação da barragem subterrânea como também para
o cálculo de reserva hídrica e para a gestão deste recurso natural.
Informações geoquímicas sobre a água que corre no rio durante o período de chuvas são
também importantes. Deve-se realizar, uma série de análises químicas envolvendo a determinação
de teores de metais pesado, coliformes, pH e salinidade antes da instalação da barragem
subterrânea. A destinação do uso potencial deste recurso é fruto também da natureza e da qualidade
da água que corre na superfície do rio. A partir destas análises pode-se, a priori, definir seu uso
potencial. Se apenas para irrigação, ou também para dessedentação animal ou mesmo para consumo
humano. É importante, no momento da locação, já dispor destas informações mínimas para que não
sejam criadas falsas expectativas ao agricultor.
Dessa maneira o presente trabalho propõe a associação de uma nova tecnologia para locação de
barragens subterrâneas, com o uso associado do GPR e GPS, que permitem a aquisição não
invasiva, georreferenciada e contínua de toda a superfície de contato entre o corpo aluvionar e o
embasamento cristalino.
MÉTODO GRP (Ground Penetration Radar)
O Radar de Penetração no solo (GPR) é um termo geral aplicado para a técnica que emprega
ondas eletromagnéticas, tipicamente entre 2.5 Giga e 15 Mhz de freqüência, para mapear estruturas
e feições no subsolo. O GPR tem sido muito utilizado mais recentemente como um importante
método de imageamento não invasivo. O método GPR permite que seja obtida uma imagem de alta
resolução da subsuperfície rasa, através da transmissão de um curto pulso de alta freqüência para
gerar ondas eletromagnéticas (EM), que por sua vez é repetidamente radiada para dentro da terra
por uma antena transmissora colocada na superfície. A propagação do sinal EM depende da
freqüência do sinal transmitido e das propriedades elétricas dos materiais (condutividade elétrica,
permissividade dielétrica e permeabilidade magnética) (Annan, 2001).
METODOLOGIA DE TRABALHO Escolha e localização da área de teste do GPR.
Foram escolhidas três barragens para testar a metodologia proposta, em dois municípios do
estado do Rio Grande do Norte e um no Ceará.
Figura 1. Mapa de localização das áreas onde foram realizados os testes de locação de barragens
subterrâneas, com GPR, em regiões de clima semi-árido nos estados do Rio Grande do Norte e
Ceará. Fonte: MIN (2005)
Os critérios adotados para escolha das áreas para realização do teste de locação das barragens
subterrâneas com o GPR consistem em: a) locais que estivessem inseridos em condições típicas do
conjunto de municípios que compõem o semi-árido brasileiro; b) que estivessem participando de
programas governamentais e de Organizações Não Governamentais de construção de barragens
subterrâneas; e c) que possuíssem aluviões com características que permitisse a perfilagem com
GPR.
Municípios do RN: Pedro Avelino e Parelhas
Município do CE: Tamboril
Radar de Penetração no Solo (GPR).
Para realização desse trabalho foi utilizado o GPR Sir 3000 da Geophysical Survey Systems Inc
(GSSI) que é compatível com todas as antenas da GSSI. Estas antenas possuem conectores
resistentes, do tipo “miliar”, placas eletrônicas revestidas e seladas, blindagem para eliminar
interferências geradas sobre o solo e operam em qualquer temperatura (de 20oC a 50oC). Este
modelo foi projetado para facilitar a sua utilização em locais distantes, podendo ser configurado
para aquisição de dados em medidas discretas (empilhamento) ou para perfilagem contínua.
Figura 2. Sistema GPR SIR 3000 (GSSI) utilizado para locação de barragens subterrâneas.
METODOLOGIA E AQUISIÇÃO DE DADOS
Para utilização do GPR na locação de barragens foram adotados os seguintes procedimentos:
Direção da linha GPR.
Em todos os locais (rios e riachos) foi levantada pelo menos uma linha de GPR, perpendicular a
direção do fluxo da água, atravessando o leito do rio ou riacho. Para facilitar o acoplamento da
antena com o solo, em alguns casos, foi feita uma limpeza da área ao percurso da antena cruzando o
rio ou riacho.
Figura 3. Etapas da utilização de GPR para locação de barragem subterrânea. (A) Início da linha;
(B) Linha aproximadamente no meio da calha do rio e; (C) Término da linha de GPR, no lado
oposto do rio.
Essas linhas de GPR, de preferência, iniciavam no afloramento do cristalino de um lado do rio
ou riacho e iam até o contato sedimento-embasamento do lado oposto. Esse procedimento teve o
objetivo de melhor visualizar e acompanhar com maior nitidez os refletores do contato sedimento e
embasamento ao longo da linha.
Para o caso do monitoramento das barragens já construídas foi feito uma linha longitudinal,
ultrapassando o local onde estava localizada a parede impermeabilizada da barragem.
Freqüência das antenas utilizadas.
A definição da freqüência da antena é função do objetivo do levantamento que se vai realizar.
Assim, uma dos procedimentos a serem adotados é avaliar se as ondas eletromagnéticas emitidas
pelo GPR serão capazes de alcançar profundidade suficiente para o que alvo seja detectado. As
antenas GPR se diferenciam basicamente pelo fato de serem blindadas (mais protegidas quanto ao
efeito de fatores limitantes como redes de alta tensão e objetos metálicos) ou não e pela freqüência
central. A profundidade de investigação e inversamente proporcional a resolução espacial do
produto (dimensão do corpo que pode ser imageado), ou seja, quanto maior a freqüência central da
antena, menor a profundidade de investigação e melhor a resolução do produto.
No caso das barragens subterrâneas o alvo a ser detectado será o contato entre a camada
sedimentar depositado pelos rios ou riachos e a rocha que serve como embasamento. Nas condições
do semi-árido brasileiro essas rochas geralmente são do tipo ígnea ou metamórfica. A prática obtida
durante os inúmeros levantamentos realizados por nosso grupo mostra que em média as espessuras
máximas atingem valores de 8 m. Desta forma, nos levantamentos geofísicos realizados as antenas
mais indicadas foram de 400 e 200 Mhz.
Processamento dos Radagramas.
No processamento dos radagramas utilizou-se o software Reflexw 5.0, seguindo os seguintes
passos:
Figura 4. Representação esquemática do processamento realizado nas linhas de GPR com o
software Reflexw.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Não foram encontrados, na literatura científica nacional nem internacional, trabalhos que
avaliem o potencial de aplicação do GPR para determinação de espessuras de aluviões e
consequentemente como instrumento de locação de barragens subterrâneas. Entretanto, mesmo que
o GPR não tinha sido utilizado para este fim, é um método bastante conhecido dos geólogos e
geofísicos com ampla utilização para o imageamento de aluviões e dos substratos rochosos
(Menezes & Lima-Filho, 2001a; Menezes & Lima-Filho, 2001b; Lima-Filho & Menezes, 2001;
Nobes et al. 2001; Gauw et al., 2004; Lima-Filho et al., 2002; Perez et al., 2003; Souza 2006;
Bowling et al 2005; Gawn et al., 2006; Gauw, 2007).
Entrada de dados
Correção do zero-offset
Dewow
Backgound removal
Ganho
Spectral Whitenning
Figura 5. Radargrama, bruto e interpretado, de uma barragem subterrânea no município de Pedro
Avelino/RN, mostrando o contato irregular do embasamento cristalino x aluvião.
Uma vez que esta técnica é bastante difundida e reconhecida sua aplicação para o imageamento
de aluviões no meio geológico, é aqui apresentado um estudo de caso da utilização. O método GPR
foi utilizado para o imageamento do contato do embasamento cristalino com os sedimentos
depositados em três sistemas fluviais. Em um dos locais estudados estava sendo construída uma
barragem subterrânea pelo Gov. do estado do RN/EMATERN no município de Pedro Avelino/RN,
dentro de uma parceria com o Ministério do Desenvolvimento Agrário/MDA. Essa barragem possui
uma extensão de aproximadamente 150 m de parede. Após o processamento do radargrama foi
possível demonstrar muito claramente a irregularidade da base do canal e a existência de um
paleocanal com profundidade superior a inicialmente encontrada na parte inicial do leito do rio,
conforme verificado em campo durante a escavação da trincheira para instalação da lona plástica.
Esse radargrama ilustra bem a importância da aplicabilidade do uso do GPR na locação das
barragens subterrâneas. Com o radargrama pôde-se ter uma perfeita noção do comportamento
topográfico do embasamento cristalino. Com essas informações pode-se realizar um planejamento
mais preciso da escavação da vala e dos custos operacionais.
O segundo teste com o GPR foi realizado no município de Parelhas/RN, mais especificamente,
na micro-bacia do Rio das Cobras. Nesse teste também se obteve resultados satisfatórios no
imageamento do corpo sedimentar e o seu contato como embasamento cristalino, quando foi
utilizada a antena de 200 MHz.
Figura 6. Interpretação do radargrama obtido com GPR, utilizando antena de 200 MHz, na
Microbacia do Rio das Cobras, Parelhas/RN.
Outro levantamento com o GPR foi realizado no aluvião localizada no município de
Tamboril/CE, onde já existe uma barragem subterrânea construída a mais de 10 anos, servindo para
o abastecimento do assentamento São José com 28 famílias. Para o caso dessa barragem subterrânea
o GPR também foi eficiente no imageamento do contato sedimentos x embasamento, mesmo com a
água apresentando valores consideráveis de condutividade ou salinidade aparente (1.570 mS).
ALUVIÃO ARENOSO
ALUVIÃO ARGILOSO EMBASAMENTO
ALUVIÃO ARENOSO
Figura 7. Interpretação do radargrama obtido com GPR, utilizando antena de 200 MHz no
município de Tamboril/CE.
Existem muitos fatores limitantes para utilização do GPR (capacidade de atenuação do sinal
eletromagnético emitido pelo equipamento), sendo a presença de água, a porosidade, a salinidade e
o conteúdo de argila os mais importantes (Annan,2001.).
CONCLUSÕES
Pelo exposto pode-se afirmar que o GPR se mostrou eficiente no imageamento da interface
entre os sedimentos aluvionares e o embasamento cristalino, nas condições estudadas no semi-árido
brasileiro, mesmo em aluviões portando água com teores de salinidade consideráveis. Desta forma,
a metodologia proposta para utilização do GPR na determinação da espessura de aluviões, um dos
critérios para locação de barragens subterrâneas, se mostrou eficaz. Pode-se, portanto, recomendar
sua aplicação de uma forma mais ampla. A não utilização de métodos, como o GPR, que permitam
uma boa aproximação das espessuras do aluvião, onde será instalada a barragem subterrânea, pode
levar a super ou subestimativa da reserva hídrica armazenada.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a CAPES pela bolsa de doutorado dos pós-graduandos do PPGG-UFRN
envolvidos nesta pesquisa. Ao CNPq pelo financiamento do Projeto “MODELAGEM 3D DE
DEPÓSITOS ALUVIAIS PARA VIABILIZAÇÃO DE INSTALAÇÃO E GESTÃO DE
BARRAGEM SUBTERRÂNEA”. Gostaríamos ainda e de expressar nosso sincero agradecimento
ao revisor deste artigo pelas valiosas sugestões disponibilizadas.
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