Água subterrânea

Benedito C. SilvaIRN - UNIFEI

Hidrologia

Adaptado de W. Collischonn

Água subterrânea

Importância da água subterrâneaArmazenamento da água subterrâneaFluxo da água subterrânea

Importância da água subterrânea

Importância da água subterrânea

A vazão dos rios durante os períodos secos é mantida pelo fluxo de água subterrânea.

A “vazão de base” é mantida pela água subterrânea.

Armazenamento

Camadas verticais do solo e subsolo de acordo com a presença de água

PorosidadeAquíferosTipos de aquíferosRecarga e DescargaMonitoramento

Água subterrânea

zona saturada

Zonas de água no solo e subsolo

Pressão inferior à atmosférica

Pressão superiorà atmosférica

Água subterrânea

A água no subsolo fica contida em formações geológicas consolidadas ou não, em que os poros estão saturados de água, denominadas aqüíferos.

Água subterrânea

Água subterrâneaextraído de P

ress et al. (Para conhecer a Terra)Regiões cársticas

Algumas definições

AquíferoAquitardoAquífero superficialAquífero confinadoLençol freático

Água subterrânea: definições

Aquífero Camada de material consolidado ou não em que

a água pode estar armazenada e pode se movimentar

Água subterrânea: definições

Aquitardo ou aquiclude Menos permeável – atua como camada

confinadora

Água subterrânea: definições

Aquífero superficialLençol freático

Não existe camada impermeável entre o aquífero e a superfície do terreno

Água subterrânea: definições

Aquífero confinado Um aqüífero confinado está inserido entre

duas camadas impermeáveis (aquitardos).

Aquíferos

Livres Superfície está à

pressão atmosférica Nível freático: altura

que chegará o nível da água se for cavado um poço num aquífero livre

Confinados Separado da superfície

por uma camada impermeável

Nível potenciométrico: altura que chegará a água se for cavado um poço num aquífero confinado

Porosidade

Definida como relação entre volume de vazios e volume total

Valores entre 20 a 40%

Depende do material

Recarga

Água que infiltra durante eventos de chuva, e que não é armazenada ou utilizada na evapotranspiração, pode penetrar para camadas mais profundas (percolação profunda) e abastecer o aquífero

Recarga de aquífero

Recarga em aquífero confinado

zona de recarga

Descarga

NascentesRiosBanhadosPoçosMata ciliar

Nascentes

Nascentes são locais em que o nível da água subterrânea intercepta a superfície do relevo e a água começa a escoar ou fica armazenada na superfície.

Nascente do rio da Prata (Bonito MS)

Matas ciliares em áreas secas

Descarga e recarga em rios

Monitoramento de água subterrânea

Piezômetros Piezômetro é um furo

de observação em aquíferos.

Trata-se de furos que servem para monitorização de níveis da água nos aquíferos.

Piezômetros

A

B

hA

hB

A

B

Piezômetros

Em aquíferos confinados a água pode estar sob pressão.Á água poderia jorrar para fora de um poço nesta situação.

Linha ou superfície piezométrica

Linha ou superfície que une os pontos dos níveis que a água atingiria.

Fluxo de água subterrânea

Experimento de Darcy

Equação de Darcy

Condutividade hidráulica

A condutividade hidráulica das rochas também depende do tipo de rocha

Maior em rochas sedimentares, como o arenito

Menor em rochas ígneas ou metamórficas, exceto quando estas são muito fraturadas, neste caso sua condutividade pode ser relativamente alta.

Condutividade hidráulica

A condutividade hidráulica K é fortemente dependente do tipo de material poroso.

Material Limite inferior (mm.s-1)

Limite superior (mm.s-1)

Karst 10-3 103

Rochas ígneas e metamórficas fraturadas

10-5 10

Arenito 10-8 10-4

Rochas ígneas e metamórficas não fraturadas

10-10 10-4

Areia 10-2 102

Seixos 10-1 103

Transmissividade hidráulica

A transmissividade de um aquífero é definida como a condutividade hidráulica vezes a espessura do aquífero

As unidades da transmissividade hidráulica são m2.s-1, ou cm2.s-1, ou m2.dia-1

Assim, um aqüífero com condutividade de 10-4 cm.s-1, e com uma espessura de 10 m, tem uma transmissividade de 10-1 cm2.s-1.

Equações para águas subterrâneas

Combinando a equação da continuidade com a equação de Darcy, temos a equação que descreve o fluxo de água subterrânea em 3D

Esta equação tem solução numérica que é utilizada em vários modelos úteis.

Modelo matemático de água subterrânea

Modelagem de água subterrânea

Fluxo em regime permanente

1. Em aquífero confinado2. Em aquífero livre

Fluxo de água subterrânea em regime permanente

Integrando dx

dhKq x

K

qhh L

Hipóteses de Dupuit

Para o fluxo da água em aquíferos não confinados uma teoria simplificada foi criada por Dupuit, supondo que:

1. A inclinação da linha piezométrica (nível do lençol) é pouco inclinada.

2. Linhas de fluxo podem ser consideradas horizontais, e linhas equipotenciais verticais.

3. Gradiente hidráulico é igual ao gradiente da linha da água do lençol

Simplificação Dupuit

Exemplo

Dois canais paralelos, distantes entre si 200m, estão interligados por um aquífero cuja condutividade hidráulica é de 10-2 m.dia-1. O nível da água nos canais é igual a 10m. Calcule o nível máximo no aquífero, considerando uma recarga constante e igual a 0,3mm.dia-1. E se a recarga for igual a zero?

Cone de depressão de um poço em aquífero confinado

Considere um poço que retira uma vazão Q.

O rebaixamento do aquífero e a vazão estão interligados: 2 1

2

1

2

ln

K b h hQ

rr

Exemplo

Considere um poço em um aquífero confinado que penetra completamente a espessura de 25 m do aquífero. Depois de um longo período de bombeamento com uma vazão constante Q=0,05 m3.s-1, a redução nas alturas piezométricas a 50 m e a 150 m é de 3 m e 1,2 m, respectivamente. Qual é a condutividade hidráulica?

Cone de depressão de um poço em aquífero livre

Considere um poço que retira uma vazão Q.

O rebaixamento do aquífero e a vazão estão interligados:

1

2

21

22

r

r

hhKQ

ln

Descarga de Água subterrânea

Esvaziamento da água subterrânea contida na bacia mantém a vazão do rio nos períodos de estiagem.

Interação rio-aquífero

Processos de interação entre águas superficiais e subterrâneas

Relações físicas entre os rios e aqüíferos:

- sistema hidraulicamente conectado em condição efluente - sistema hidraulicamente conectado em condição influente - sistema hidraulicamente desconectado.

REVISÃO DE LITERATURA

8

Influência de retirada subterrânea sobre vazão dos

rios

Água subterrânea e água superficial são o mesmo recurso.

Retiradas subterrâneas podem provocar redução nas vazões.