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XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
ANÁLISE DA RECARGA E DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA EM
ALUVIÃO DO SEMI-ÁRIDO PERNAMBUCANO
Tafnes da Silva Andrade1; Eduardo Silva dos Santos2; José Roberto Lopes da Silva3 & Abelardo
Antônio Assunção Montenegro4; Suzana Maria Gico Lima Montenegro5
RESUMO --- A água é um dos recursos naturais mais importantes, cuja utilização deve ser realizada de maneira a não comprometer a disponibilidade para as gerações futuras. Sua disponibilidade é hoje limitada não apenas quanto à quantidade mas também pela qualidade O monitoramento da evolução da salinidade da água subterrânea e o estudo da recarga dos aqüíferos são de fundamental importância para o manejo sustentável desses sistemas, especialmente quando esse recurso é utilizado para fins de irrigação. O objetivo deste trabalho foi avaliar a recarga em escala mensal de aluvião de semi-árido, considerando-se eventos extremos de precipitação em período de estiagem, e em período chuvoso e analisar o comportamento da condutividade elétrica da água subterrânea, bem como mapear as áreas de acordo com a concentração de sais. Constata-se que as taxas de recarga dependem da estação do ano, possivelmente em função de alterações nas áreas de contribuição para escoamentos.
ABSTRACT ---The water is one of the more important natural resources, whose use must be made in way not to limit the availability for the future generations. Its availability today is limited not only by the amount but also by the quality. The salinity groundwater evolution monitoring and the recharge of the water-bearing study are of basic importance for the sustainable manegement of these systems, especially when this resource is used for irrigation ends. The objective of this work was to evaluate the recharge in monthly scale of an alluvial area in the semi-arid, being considered extreme rainfall events in the dry period, and in the rainy period, as well as to analyze the behavior of the electrical conductivity of the groundwater, producing map the areas in accordance with salt concentration. It has been verified that the recharge rates depend on the climate period, possibly due to changes in the flow contribution areas.
Palavras-chave: monitoramento, recarga pluviométrica, salinidade.
_______________________ 1) Aluna de Graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Rural de Pernambuco – UFRPE, Av. Dom Manoel de Medeiros,
S/N, Dois Irmãos, Recife-PE. e-mail: [email protected]. 2) Aluno de Graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Rural de Pernambuco – UFRPE, Av. Dom Manoel de Medeiros,
S/N, Dois Irmãos, Recife-PE. e-mail: [email protected]. 3) Aluno de Graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Rural de Pernambuco – UFRPE, Av. Dom Manoel de Medeiros,
S/N, Dois Irmãos, Recife-PE. e-mail: [email protected]. 4) Professor Adjunto da Universidade Federal Rural de Pernambuco - UFRPE. Departamento de Tecnologia Rural. e-mail: [email protected]; 5) Professor Adjunto da Universidade Federal de Pernambuco- UFPE. Departamento de Engenharia Civil. E-mail: [email protected]
XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
1 – INTRODUÇÃO
O Brasil ainda apresenta uma grande deficiência no conhecimento do potencial hídrico de seus
aqüíferos, seu grau de exploração e a qualidade de suas águas. Os estudos regionais desses corpos
d’água são poucos e encontram-se defasados. O monitoramento da água subterrânea é uma
ferramenta necessária ao planejamento da exploração desse recurso e ao manejo sustentável dos
sistemas agrícolas, particularmente naqueles que utilizam essa água para fins de irrigação.
Os aqüíferos aluviais do Nordeste brasileiro vêm sendo utilizados dentre outros fins para a
pequena agricultura irrigada. As manchas aluvionares, por constituírem fontes renováveis de
recursos hídricos, apresentam alto potencial para o desenvolvimento agrícola de pequena escala. O
regime irregular de chuvas e a elevada evaporação limitam significativamente essa disponibilidade
hídrica ao longo da estação seca. Os períodos chuvosos tendem a gerar lâminas de recarga que
contribuem para recuperar os níveis nos poços e podem provocar a lavagem de sais no perfil do solo
Montenegro et al. (2003b).
A captação de água subterrânea é realizada, em aqüíferos fraturados de sedimentos
inconsolidados, através de poços rasos, tipo cacimba, amazonas (poços escavados de grande
diâmetro) e com drenos radiais. Os aqüíferos são normalmente arenosos e apresentam nível freático
muito raso, sendo estas condições favoráveis para salinização do solo. Segundo Ayers & Westcot
(1985), a água utilizada na irrigação, mesmo que com baixos níveis de salinidade, pode acarretar
um processo de salinização, caso não seja manejada corretamente. De acordo com Oliveira (1997),
cerca de 30 milhões de hectares irrigados no mundo se encontram severamente afetados por sais.
O objetivo deste trabalho foi avaliar a recarga em escala mensal, em aluvião do semi-árido,
considerando-se eventos extremos de precipitação em período de estiagem, e em período chuvoso e
analisar o comportamento da condutividade elétrica (EC) da água subterrânea, bem como mapear as
áreas de acordo com a concentração de sais ao longo do vale aluvial.
2 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
2.1 – Condutividade elétrica
Os sais adicionados e acumulados com a irrigação na zona radicular aumentam de
concentração à medida que as culturas consomem, por evapotranspiração, grande parte da água
armazenada no solo. TOMÉ Jr (1997) afirma que o excesso de sais na zona radicular,
independentemente dos íons presentes, prejudica a germinação, desenvolvimento e produtividade
das plantas. Isso porque uma maior concentração da solução exige da planta um maior dispêndio de
energia para conseguir absorver água (efeito osmótico) prejudicando seus processos metabólicos
essenciais. Porém, deve ficar claro que cada espécie vegetal possui um nível de tolerância.
XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
Salienta-se que na maioria dos casos as causas dos processos de acúmulos de sais são
potencializadas por atividades antrópicas, dentre elas a agricultura irrigada, que devido a um
manejo inadequado associado a uma drenagem ineficiente podem elevar o lençol freático com
conseqüente precipitação dos sais no solo agricultável.
2.2 – Nível potenciométrico
A equação fundamental do escoamento para condições não confinada é a de Boussinesq, Bear
et al, (1968). Para condição de declive uniforme da base impermeável, tem-se:
+−
+
+= t
T
kTx
T
k
T
kTx
D
H
D
hRtch
r
r
rr
rc
φ
λ
φξ
λ
φ
λ
φξξ
φφ
42exp
4)cos(
2)(Re
222
222
20 (1)
onde:
Rc é a taxa de flutuação do lençol,
φ é a porosidade,
h representa a altura do lençol em relação à camada impermeável,
k é a condutividade hidráulica,
λ é a declividade da camada impermeável,
D a profundidade média do aqüífero,
Tr é a transmissividade,
H0 a carga inicial a montante do escoamento, e:
Su (1994) demonstra que, quando o termo φλ rTk 4/22 tende a zero, a Equação (1) tende para
φRc, ou:
t
htch
∆
∆=
φ)(Re (2)
Para avaliar a taxa de recarga foi adotado o termo φλ rTk 4/22 igual a 6,06 x 10-6,
possibilitando a utilização da equação (2). Neste cálculo, foram utilizados Tr=18,7m2/d; φ=0,10;
K=1,87m/d; λ= 0,0036, conforme Montenegro et al. (2003a) em estudo realizado no mesmo
domínio.
XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
3 – MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 – Caracterização da Área de Estudo
A área de estudada pertence ao Assentamento Fazenda Nossa Senhora do Rosário, município
de Pesqueira, Agreste Pernambucano, em uma área aluvial do Rio Ipanema. O clima é do tipo BSsh
(extremamente quente, semi-árido), com precipitação total anual média de 730 mm, e
evapotranspiração potencial anual média de 1683 mm, segundo Hargreaves (1974). A temperatura
média é de 23°C e a vegetação predominante é a caatinga hipoxerófila, cactáceas e bromeliáceas.
Os principais solos presentes são Arenoso, Litólico, Bruno não-cálcico, Planossolo, Podzólico
Vermelho-Amarelo, e Regossolo Montenegro et al. (2004).
O aqüífero aluvial sobre o qual a área estudada está situada, pertence a uma bacia hidrográfica
relativamente plana. A agricultura é praticada em pequena escala na área, utilizando-se irrigação
com águas subterrâneas através da aspersão, observando-se, entretanto, crescente aceitação da
microaspersão, segundo Montenegro & Montenegro (2006).
3.2 – Monitoramento dos níveis potenciométricos do aluvião.
Os poços e piezômetros existentes na área do estudo foram cadastrados e georreferenciados
por intermédio de GPS de navegação. A Tabela 1 contém o número de piezômetros monitorados em
cada ano. Cada piezômetro possui cerca de 5 metros de profundidade, e diâmetro de 100mm,
protegidos com tela e com filtro em cascalho, sistematicamente monitorados a nível mensal.
Tabela 1 – Número de piezômetros monitorados por ano.
ANO Nº de Piezômetros monitorados
2002 57
2003 63
2004 75
2005 78
2006 74
2007 64
O aqüífero estudado possui espessura média em torno de 10 m, cerca de 3 km de extensão e
300 m de largura Monitoramento da zona saturada através de piezômetros Montenegro et al.,
(2003b) indica que a profundidade média do lençol freático varia entre 2,0 e 4,0 m, para os períodos
chuvosos e secos, respectivamente.
XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
A recarga do aluvião foi avaliada em três faixas conforme proposto po Montenegro et al,
(2003b). Essas faixas foram selecionadas por apresentarem menores coeficiente de variação da
profundidade do lençol. As faixas selecionadas são mostradas na Figura 1, e suas características na
Tabela 2.
P1
P2
P3
P4
POÇOS CACIMBÕES PIEZÔMETROS RIACHOS
Figura 1 - Esquema com locação dos poços e piezômetros na área monitorada (com seta indicando
direção preferencial de fluxo)- Faixas do aluvião para efeito de análise da recarga. Fonte:
Montenegro et al (2003b)
Tabela 2 - Características das faixas de aluvião selecionadas.
Faixa Pedologia* Número de piezômetros
Log K (cm/s) (solo) Média (desvio)
1 Neossolo flúvico Tb Eutrófico típico textura arenosa ou média
18 -2,49 (0,95)
2 Neossolo sódico típico textura média imperfeitamente drenado
10 -2,77 (0,77)
3 Neossolo sálico sódico típico textura média imperfeitamente drenado
18 -2,67 (0,32)
Fonte Montenegro et al (2003b)
3.3 – Monitoramento da condutividade elétrica do aluvião.
O monitoramento da condutividade elétrica da água subterrânea compreende a coleta de
amostras nos piezômetros e poços, em períodos coincidentes à determinação dos níveis
piezométricos. A condutividade elétrica da água é medida em laboratório com condutivímetro
marca/modelo HANNA, HI 9835, ajustado à temperatura da amostra, que era a mesma do ambiente.
A partir dos dados de condutividade elétrica e dos pontos georeferenciados dos poços,
piezômetros foram gerados mapas utilizado o software Surfer for Windows v.8 (2002) que permitiu
geração de mapas através dos dados obtidos, possibilitando análise visual do comportamento da
condutividade elétrica no aluvião. Como a concentração sais na água sofre influência direta das
Faixa 1
Faixa 2
Faixa 3
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2002 2003 2004 2005 2006 2007
Jan 193,5 26,5 141,0 127,5 0,0 19,5Fev 101,0 75,5 208,0 0,0 47,0 125,5Mar 181,0 59,5 128,0 189,7 184,0 210,0Abr 52,0 30,0 61,5 34,9 177,5 66,0Mai 59,5 52,5 92,5 122,8 82,5 87,0Jun 114,5 46,0 232,0 124,8 158,5Jul 44,0 45,0 95,5 35,8 69,5Ago 31,0 4,5 90,0 130,0 32,0Set 6,0 23,5 11,0 0,0 47,0Out 0,0 16,5 0,0 0,0 0,0Nov 4,0 14,0 14,0 0,0 6,0Dez 26,5 0,0 0,0 122,0 0,0
Total 813,00 393,50 1073,50 887,50 804,00 508,00
chuvas os valores da condutividade elétrica da água foram agrupados em valores médios em três
períodos: dezembro a março (período seco final), abril a julho (chuvoso) e agosto a novembro (seco
inicial), conforme proposto por Montenegro et al. (2005). Este procedimento se baseou no
comportamento pluviométrico da região, devido às incidências pluviométricas se darem
principalmente nos meses de abril a julho conforme é mostrado na figura 2, que contém as médias
mensais de precipitação do período de 1920 a 2006 analisadas por Silva et al. (2007). A Tabela 3
exibe as precipitações mensais nos anos de 2002 a 2007.
Figura 2 – Precipitação média mensal do município de Pesqueira
Tabela 3 - Dados pluviométricos mensais na Área em estudo
4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 – Monitoramento dos níveis potenciométricos
Na Figura 3 são apresentadas as flutuações temporais médias do lençol ao longo do aluvião e
a precipitação total em cada mês. Pode-se observar que a variação do nível d’água apresenta
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mm
)
Precipitação Média Piezômetros Média dos Poços
adequada resposta aos eventos de precipitação, promovendo a recarga do lençol subterrâneo nos
piezômetros instalados e também nos quatro poços públicos.
Em 2003 ocorreu uma baixa acentuada do nível no vale devido à ocorrência de um ano atípico
seco quando foram observados os níveis médios mais baixos em relação à superfície do solo. A
precipitação ficou muito abaixo da média histórica da região, que segundo Hargreaves (1974), é de
730mm, neste ano o total precipitado foi de apenas 393,50mm. Houve uma rápida recuperação dos
níveis potenciométricos com as precipitações ocorridas em janeiro de 2004, indicando uma boa
resposta na recarga do lençol subterrâneo. Respostas significativas a eventos de precipitação desse
mesmo sistema foram descritas por Montenegro et al. (2003b).
Pequenas chuvas de volumes insignificantes não contribuem para a recarga do lençol freático,
apenas as precipitações mensais superiores a 100mm promovem recarga no aqüífero, esse
comportamento também foi observado em outros vales aluviais do semi-árido como o Vale da
Forquilha, Quixeramobim, estado do Ceará Burte (2005).
Figura 3- Variação média mensal do nível piezométrico e da precipitação ao longo do tempo
A Figura 4 exibe o intervalo de confiança para a profundidade média nas três faixas
selecionadas, com base no desvio-padrão amostral, com nível de significância de 5%. Na análise
foram considerados os períodos de janeiro a julho de 2002, janeiro a fevereiro e maio a junho de
2004 e 2005, janeiro a junho de 2006 e Janeiro a abril de 2007, todos correspondendo períodos de
precipitações que geraram recarga no aquífero. Não foi observada nenhuma recarga do lençol
durante o ano de 2003. Pode-se observar a semelhança da flutuação do lençol entre as faixas, para
um mesmo período.
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Faixa 1
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Figura 4- Intervalo de confiança para a média das flutuações piezométricas em cada faixa
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Tomando-se a taxa mensal de variação do nível do lençol, e assumindo-se um coeficiente de
armazenamento (porosidade efetiva) de 0,10 para a área, Cisagro (1991), pode-se estimar o
intervalo de confiança para o fator de recarga, obtido a partir da equação (2) dividida pela
precipitação mensal.
Com o objetivo de verificar se existe diferença entre as recargas de um ano chuvoso e um ano
seco, analisamos as recargas dos anos de 2004 e 2006. Para a recarga ocorrida em 2006, ano seco, o
intervalo de confiança para o fator de recarga, baseado em 21 medidas e com significância de 5%,
foi [0,526; 0,694], enquanto para as recargas em 2004, ano úmido, o intervalo de confiança foi
[0,228; 0,385], obtido a partir de 45 medidas. Para testar a diferença estatística entre médias,
utilizou-se o “t-teste: duas amostras presumindo variâncias diferentes”. Para um nível de
significância de 0,05, o valor do p-value bi-caudal foi de 9,6x10-7. Desse modo, a hipótese de
igualdade entre as médias deve ser rejeitada, para condições de umidade diferentes.
Montenegro et al. (2003b) concluiu, em trabalho realizado na mesma área, que não havia
diferença significativa nas média para a mesma região de estudo. Essa discrepância entre os
resultados pode se dá devido ao fato de Montenegro et al. (2003b) ter selecionado para sua análise
anos com precipitações bem inferiores a 2004 e 2006. Em anos de grandes precipitações, como
2004, o vale aluvial é recarregado tanto pela precipitação que cai efetivamente em sua área, como
pela contribuição das serras que o cercam. Logo, para a série escolhida tivemos valores de recarga
superiores ao observado no estudo anterior o que podem ter contribuído para essa diferença. Esses
resultados são um indicativo de que a recarga no aqüífero depende, não só das propriedades do solo,
mas também do regime pluviométrico anual.
A Figura 5 apresenta os fatores de recarga mensais para os anos considerados, distribuídos por
faixa e a Tabela 4 mostra a distribuição Normal teórica para média, desvio-padrão e número de
dados analisados em cada faixa.
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Fator de recarga
Experimental teoricoFaixa 1
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Fator de recarga
Experimental log (teo)Faixa 2
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0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Fator de recarga
Experimental teorico
Faixa 3
Figura 5 - Distribuição estatística dos fatores de recarga mensais, para os anos avaliados em cada
faixa.
Tabela 4 – Média, desvio-padrão e número de dados analisados em cada faixa.
Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 Número de dados analisados 64 73 96 Média 0,33 -0,56 0,43 Desvio Padrão 0,22 0,37 0,27
Após a análise de todos os dados de recarga, observou-se que o comportamento da curva não
obedecia a normalidade, indicando que as recargas ocorridas em cada faixa pertencem a grupos
estatísticos diferentes e, portanto a recarga varia para diferentes características de solos. A
normalidade foi alcançada em cada faixa quando analisada individualmente, no entanto para a faixa
2 só foi possível obter a curva log - normal.
4.2 – Monitoramento da condutividade elétrica
A Figura 6 mostra a variação espacial da condutividade elétrica da água e o desvio padrão
para mais, no período de julho de 1995 a maio de 2007. Em 1997 houve uma interrupção da série,
apenas o mês de novembro foi monitorado. Observa-se que a condutividade cresceu ao longo dos
anos, assim como o desvio padrão dos pontos amostrais.
A série apresentou grande variabilidade com desvio padrão entre 22% e 83%. No início do
monitoramento em julho de 1995 a agosto de 2002 houve uma diluição média dos sais da ordem de
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)
Pluviometria (mm) media media+(2xdesvpad) Linear (media+(2xdesvpad)) Linear (media)
44%. A partir de então teve iniciou um período de seca que se estendeu até o final do ano de 2003,
nesse intervalo de tempo ocorreu um crescimento na média da condutividade elétrica. Apesar da
ocorrência de anos chuvosos com precipitação acima da média da região a partir de 2004, não
houve a diluição de sais, a um nível inferior ao registrado em agosto de 2002.
Figura 6 - da condutividade elétrica (dS.m-1) e pluviometria mensal (mm)
A Figura 7 apresenta a salinidade da água, amostradas segundo as locações indicadas em azul
para os poços e os pontos em preto para os piezômetros, ao longo do vale de Rosário, nos períodos
classificados como: chuvoso, seco inicial e seco final. Pode-se verificar o aumento do problema da
salinidade ao longo dos anos e a sua grande variabilidade nos anos e entre os períodos estudados.
Essa variabilidade é evidenciada pela constante mudança da faixa em verde que mostra a
condutividade de 1dS.m-1. Durante o período chuvoso, ocorre um aumento na concentração de sais
devido à lavagem do solo que traz os sais que estavam nas camadas superiores para o lençol
freático. Após esse período, os sais começam a serem diluídos, e o efeito dessa diluição é observado
no período seguinte, quando ocorre uma de menor concentração de sais na água em relação ao
período antecedente.
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Figura 7 - Comportamento médio da condutividade elétrica no vale de Rosário em dS.m-1.
Foram classificadas as águas de 60 piezômetros e 24 poços quanto ao risco de salinização de
acordo com a metodologia do U.S Salinity Laboratory Staff, conforme Bernardo (1989). As águas
dos piezômetros e poços, em sua maioria, foram consideradas Classe “dois”, apresentando
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9071500Seco Inicial 2002
734000 734500 735000 735500 736000 736500
9071000
9071500Seco Inicial 2004
734000 734500 735000 735500 736000 736500
9071000
9071500Seco Inicial 2006
734000 734500 735000 735500 736000 736500
9071000
9071500 Seco Final 2002
734000 734500 735000 735500 736000 736500
9071000
9071500Seco Final 2006
00.2
0.4
0.6
0.8
11.2
1.4
1.6
1.8
22.2
2.4
2.6
2.8
33.2
3.4
3.6
3.8
4
734000 734500 735000 735500 736000 736500
9071000
9071500
Seco Final 2004
XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 13
moderado risco de salinização quando utilizadas para fins de irrigação por isso requerem manejo
adequado. Os poços possuem menor concentração média de sais que os piezômetros, não sendo
observado nenhum poço com águas classificadas como “três” ou “quatro”, o uso da água para
irrigação é dependente de técnicas específicas de manejo da irrigação, tais como as apresentadas por
Medeiros & Gheyi (1997), que possibilitam um balanço de sais desejado na zona radicular, a partir
de aplicações de lâminas de lixiviação.
Santiago et al. (1999), em estudo realizado em Picos - PI, encontrou valores de 2,5 dS m-1 a
25ºC, evidenciando que essas águas têm restrição para as atividades agrícolas, em virtude do risco
de salinização dos solos, sugerindo que sua utilização para irrigação seja acompanhada de técnicas
de controle do processo de salinização.
Tabela 5- Número de piezômetros e poços cujas águas foram classificadas de acordo com o U.S
Salinity Laboratory Staff.
Classe de Água nº de Piezômetro nº Poços
C1 (CE 0-0,75 dS.m-1) 14 8
C2 (CE 0,75 - 1,50 dS.m-1) 33 16
C3 (CE 1.50 - 3,00 dS.m-1) 9 ----
C4 (> 3,00 dS.m-1) 4 ----
5 – CONCLUSÕES
A partir do monitoramento das águas subterrâneas, tem-se verificado que o sistema responde
significativamente a eventos de precipitação e que as recargas dependem do regime pluviométrico
anual.
Apenas as precipitações mensais superiores a 100 mm promovem a recarga no aqüífero.
O monitoramento dos poços e piezômetros têm permitido gerar mapas que ilustram as regiões
onde a concentração de sais é crítica no aluvião.
O período chuvoso promove a diluição dos sais através da recarga do lençol, contribuindo
para que um menor grau de salinidade da água seja observado no período posterior a ele, o seco
inicial.
As taxas de recarga observadas nos períodos chuvosos são significativamente diferentes
daquelas observadas nos períodos secos, possivelmente devido a alterações de regimes hidrológicos
e de contribuições adicionais advindas da bacia circunvizinha.
XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 14
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