ESCOAMENTO ESCOAMENTO SUBTERRÂNEOSUBTERRÂNEO

CONCEITOCONCEITO

Hidrologia de Água Subterrânea é Hidrologia de Água Subterrânea é uma subdivisão da hidrologia que uma subdivisão da hidrologia que trata da ocorrência, do movimento e trata da ocorrência, do movimento e da qualidade da água sob a da qualidade da água sob a superfície da terra.superfície da terra.

Abrange não só aspectos de Abrange não só aspectos de produção de água mas também produção de água mas também problemas de poluição e problemas de poluição e descontaminação de aqüíferosdescontaminação de aqüíferos

CARACTERÍSTICAS :CARACTERÍSTICAS :

• • Movimento lentoMovimento lento Vsup= 1 m/s Vsubt= 1 m/diaVsup= 1 m/s Vsubt= 1 m/dia Fluxo laminarFluxo laminar Tempo de residência médio: 280 Tempo de residência médio: 280

anosanos Recarga anual muito pequenaRecarga anual muito pequena Enorme volume de porosEnorme volume de poros

CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS

A importância das águas subterrâneas A importância das águas subterrâneas como fonte de abastecimento como fonte de abastecimento doméstico, industrial ou agrícola, em doméstico, industrial ou agrícola, em comparação com as águas de superfície comparação com as águas de superfície provenientes de rios, lagos, lagoas e provenientes de rios, lagos, lagoas e represas, tende a crescer e se explica represas, tende a crescer e se explica por diversos fatores relevantes :por diversos fatores relevantes :

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Localização – fontes ou nascentes e Localização – fontes ou nascentes e poços são pontuais, enquanto que as poços são pontuais, enquanto que as águas superficiais escoam segundo águas superficiais escoam segundo caminhos curvilíneos e a sua caminhos curvilíneos e a sua utilização, geralmente requer a utilização, geralmente requer a construção de barragens;construção de barragens;

Fluxo e disponibilidade – flutuações Fluxo e disponibilidade – flutuações climáticas no fluxo de águas superficiais, climáticas no fluxo de águas superficiais, inclusive com intermitência, podem inclusive com intermitência, podem ocorrer em períodos de estiagem e de ocorrer em períodos de estiagem e de mais alta demanda. Já nas águas mais alta demanda. Já nas águas subterrâneas, as flutuações de nível dsubterrâneas, as flutuações de nível d´água produzidas por influências ´água produzidas por influências climáticas são geralmente muito climáticas são geralmente muito pequenas em relação às espessuras dos pequenas em relação às espessuras dos aqüíferosaqüíferos

Variabilidade sazonal e anual – as Variabilidade sazonal e anual – as flutuações sazonais e anuais são flutuações sazonais e anuais são muito mais pronunciadas no fluxo muito mais pronunciadas no fluxo superficial do que no fluxo superficial do que no fluxo subterrâneo;subterrâneo;

Energia – a elevação da água Energia – a elevação da água subterrânea até a superfície do subterrânea até a superfície do terreno implica em consumo de terreno implica em consumo de energia. Apesar dos custos de energia. Apesar dos custos de construção de poços são pequenos, construção de poços são pequenos, os custos operacionais são os custos operacionais são relativamente altos.relativamente altos.

Qualidade de água - em geral, a Qualidade de água - em geral, a água subterrânea não apresenta água subterrânea não apresenta maiores problemas de contaminação maiores problemas de contaminação física ou biológica.física ou biológica.

Impactos em problemas de drenagem Impactos em problemas de drenagem – o rebaixamento do nível freático por – o rebaixamento do nível freático por bombeamentos pode solucionar bombeamentos pode solucionar problemas de drenagem em áreas problemas de drenagem em áreas alagadas por afloramento do nível de alagadas por afloramento do nível de água. Isto inclusive pode reduzir a água. Isto inclusive pode reduzir a evapotranspiração e, portanto, evapotranspiração e, portanto, produzir um aumento na qualidade produzir um aumento na qualidade de água disponível para utilização.de água disponível para utilização.

Dados e informações – as principais Dados e informações – as principais fontes de informação sobre o fontes de informação sobre o movimento, a acumulação e a movimento, a acumulação e a qualidade da água em um aqüífero, qualidade da água em um aqüífero, são as medições de níveis de água e são as medições de níveis de água e de concentrações de solutos em de concentrações de solutos em poços de observação.poços de observação.

Desenvolvimento gradual – como a Desenvolvimento gradual – como a água subterrânea é utilizada através água subterrânea é utilizada através de poços e cada poço representa um de poços e cada poço representa um incremento anual nas retiradas de incremento anual nas retiradas de água, geralmente na mesma área de água, geralmente na mesma área de consumo, o atendimento das consumo, o atendimento das demandas pode ser planejado.demandas pode ser planejado.

IMPORTÂNCIA DAS ÁGUAS IMPORTÂNCIA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEASSUBTERRÂNEAS

Oceanos = 1350 x 1015 m3 => 97%Oceanos = 1350 x 1015 m3 => 97% Geleiras = 25 x 1015 m3 => 1,8%Geleiras = 25 x 1015 m3 => 1,8% Águas subterrâneas = 8,4 x 1015 m3 => Águas subterrâneas = 8,4 x 1015 m3 =>

0,6%0,6% Rios e Lagos = 0,2 x 1015 m3 => 0,01%Rios e Lagos = 0,2 x 1015 m3 => 0,01% Biosfera = 0,0006 x 1015 m3 => 0,00004%Biosfera = 0,0006 x 1015 m3 => 0,00004% Atmosfera = 0,013 x 1015 m3 => 0,0009%Atmosfera = 0,013 x 1015 m3 => 0,0009%

Água doce = 3%Água doce = 3% 97% da água doce disponível são águas 97% da água doce disponível são águas

subterrâneassubterrâneas

Mais de 97% da água doce Mais de 97% da água doce disponível na Terra encontra-se no disponível na Terra encontra-se no subsolo e, portanto, menos de 3% da subsolo e, portanto, menos de 3% da água potável disponível no planeta água potável disponível no planeta provém das águas de superfície.provém das águas de superfície.

No período de 1970-1995 foram No período de 1970-1995 foram perfurados no mundo cerca de 300 perfurados no mundo cerca de 300 milhões de poços. As águas milhões de poços. As águas provenientes desses poços abastecem provenientes desses poços abastecem mais de 50% da população do planeta e mais de 50% da população do planeta e para a irrigação de aproximadamente para a irrigação de aproximadamente 90 milhões de hectares90 milhões de hectares

No Brasil, mesmo sem um controle rigoroso No Brasil, mesmo sem um controle rigoroso sobre o uso das águas subterrâneas 61% da sobre o uso das águas subterrâneas 61% da população é abastecida com água subterrânea, população é abastecida com água subterrânea, sendo que 43% através de poções tubulares, sendo que 43% através de poções tubulares, 12% por fontes ou nascentes e 6% por poços 12% por fontes ou nascentes e 6% por poços escavados (tipo amazonas)escavados (tipo amazonas)

Os Estados Unidos perfuram em média Os Estados Unidos perfuram em média 4.000.00 poços por ano, com os quais garantem 4.000.00 poços por ano, com os quais garantem a irrigação de 13 milhões de hectaresa irrigação de 13 milhões de hectares

No Nordeste, parcelas significativas No Nordeste, parcelas significativas do abastecimento público de várias do abastecimento público de várias cidades importantes (por exemplo, cidades importantes (por exemplo, Maceió, Recife e Olinda, Natal e Maceió, Recife e Olinda, Natal e Mossoró) são fornecidas por poçosMossoró) são fornecidas por poços

Enquanto as águas superficiais se Enquanto as águas superficiais se renovam em períodos muito curtos, as renovam em períodos muito curtos, as águas subterrâneas são águas águas subterrâneas são águas armazenadas que se acumularam ao armazenadas que se acumularam ao longo de milhares de anos esse longo de milhares de anos esse encontram, em condições naturais, encontram, em condições naturais, numa situação de quase equilíbrio, o numa situação de quase equilíbrio, o seu movimento é muito lento, seu movimento é muito lento, implicando em tempo de trânsito muito implicando em tempo de trânsito muito longolongo

VANTAGENS DA VANTAGENS DA UTILIZAÇÃOUTILIZAÇÃO Geralmente dispensa tratamento (salvo em casos de Geralmente dispensa tratamento (salvo em casos de

contaminação natural e/ou superficialcontaminação natural e/ou superficial

Geralmente dispensa adutorasGeralmente dispensa adutoras

• • O custo de construção de poços é geralmente menor que o O custo de construção de poços é geralmente menor que o custo das obras de captação de água superficialcusto das obras de captação de água superficial

Menor risco sanitárioMenor risco sanitário

Reserva confiável se não for super exploradaReserva confiável se não for super explorada

Desvantagem : quando a contaminação acontece, a Desvantagem : quando a contaminação acontece, a remoção é muito difícil, algumas vezes sendo irreversívelremoção é muito difícil, algumas vezes sendo irreversível

QUALIDADE DA ÁGUA QUALIDADE DA ÁGUA SUBTERRÂNEASUBTERRÂNEA Em geral, a água subterrânea não Em geral, a água subterrânea não

apresenta maiores problemas de apresenta maiores problemas de contaminação física ou biológicacontaminação física ou biológica

A água subterrânea, embora menos A água subterrânea, embora menos vulnerável, também pode ser afetada vulnerável, também pode ser afetada por contaminantes provenientes de por contaminantes provenientes de perdas em redes de esgotos, perdas em redes de esgotos, derramamentos de petróleo, derramamentos de petróleo, intrusões de água de qualidade intrusões de água de qualidade inferior etc.inferior etc.

OCORRÊNCIA DA ÁGUA OCORRÊNCIA DA ÁGUA SUBTERRÂNEASUBTERRÂNEA Quando a água se infiltra no solo, avança Quando a água se infiltra no solo, avança

verticalmente pela força da gravidade, através verticalmente pela força da gravidade, através dos poros (espaços vazios) existentes entre os dos poros (espaços vazios) existentes entre os grãos até chegar ao reservatório subterrâneo.grãos até chegar ao reservatório subterrâneo.

O reservatório subterrâneo é constituído por O reservatório subterrâneo é constituído por espaços ou poros das rochas, que são espaços ou poros das rochas, que são conectados entre si.conectados entre si.

As Águas Subterrâneas armazenam-se nos As Águas Subterrâneas armazenam-se nos aqüíferosaqüíferos

DRISTIBUIÇÃO VERTICAL DADRISTIBUIÇÃO VERTICAL DAÁGUA SUBTERRÂNEAÁGUA SUBTERRÂNEA A água contida no solo e nas A água contida no solo e nas

formações geológicas é dividida ao formações geológicas é dividida ao logo da vertical basicamente em logo da vertical basicamente em duas zonas, saturada e não saturada, duas zonas, saturada e não saturada, de acordo com a proporção relativa de acordo com a proporção relativa do espaço poroso que é ocupado do espaço poroso que é ocupado pela águapela água

Zona saturada ou zona de saturação Zona saturada ou zona de saturação – fica abaixo da superfície freática e – fica abaixo da superfície freática e nela todos os vazios existentes no nela todos os vazios existentes no terreno estão preenchidos com água.terreno estão preenchidos com água.

A superfície freática é definida como A superfície freática é definida como o lugar geométrico dos pontos em o lugar geométrico dos pontos em que a água se encontra submetida à que a água se encontra submetida à pressão atmosféricapressão atmosférica

Zona não saturada, zona de aeração Zona não saturada, zona de aeração ou zona vadosa (rasa) – situa-se ou zona vadosa (rasa) – situa-se entre a superfície freática e a entre a superfície freática e a superfície do terreno e nela os poros superfície do terreno e nela os poros estão parcialmente preenchidos por estão parcialmente preenchidos por gases (principalmente vapor de gases (principalmente vapor de água) e por águaágua) e por água

De baixo para cima essa zona divide-De baixo para cima essa zona divide-se em três partes :se em três partes :

Zona capilar;Zona capilar; Zona intermediária;Zona intermediária; Zona de água no solo ou zona de Zona de água no solo ou zona de

evapotranspiraçãoevapotranspiração

ZONA CAPILAR – se estende da ZONA CAPILAR – se estende da superfície até o limite de ascensão superfície até o limite de ascensão capilar da água. A sua espessura capilar da água. A sua espessura depende, principalmente, da depende, principalmente, da distribuição de tamanho dos poros e distribuição de tamanho dos poros e da homogeneidade do terreno.da homogeneidade do terreno.

Próximo da superfície freática os Próximo da superfície freática os poros encontram-se, praticamente, poros encontram-se, praticamente, saturados. Por outro lado, nas partes saturados. Por outro lado, nas partes superiores, apenas os poros menores superiores, apenas os poros menores estão preenchidos com água, estão preenchidos com água, criando uma forma irregular de na criando uma forma irregular de na distribuição de água.distribuição de água.

Adota-se o conceito de franja capilar Adota-se o conceito de franja capilar como um limite abaixo do qual o solo como um limite abaixo do qual o solo é considerado praticamente é considerado praticamente saturado (próximo de 75%)saturado (próximo de 75%)

ZONA INTERMEDIÁRIA – ZONA INTERMEDIÁRIA – compreendida entre o limite de compreendida entre o limite de ascensão capilar da água e o limite ascensão capilar da água e o limite de alcance das raízes das plantas.de alcance das raízes das plantas.

A umidade existente nesta zona A umidade existente nesta zona origina-se de água capilar isolada, origina-se de água capilar isolada, fora do alcance das raízes e a água fora do alcance das raízes e a água de retenção por forças não capilaresde retenção por forças não capilares

ZONA DE ÁGUA DO SOLO OU ZONA DE ZONA DE ÁGUA DO SOLO OU ZONA DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO – situa-se entre EVAPOTRANSPIRAÇÃO – situa-se entre os extremos radiculares da vegetação e a os extremos radiculares da vegetação e a superfície do terreno. Sua espessura, superfície do terreno. Sua espessura, portanto, pode variar de acordo com a portanto, pode variar de acordo com a cobertura vegetal.cobertura vegetal.

Nesse domínio as plantas utilizam, para Nesse domínio as plantas utilizam, para a suas funções de transpiração e a suas funções de transpiração e nutrição, água capilar isolada ou nutrição, água capilar isolada ou suspensa.suspensa.

ÁGUA NA ZONA DE AERAÇÃOÁGUA NA ZONA DE AERAÇÃO Teor de umidade - quantidade total Teor de umidade - quantidade total

de água que pode ser extraída de de água que pode ser extraída de uma amostra de solo em laboratório;uma amostra de solo em laboratório;

As forças que retém esta água no solo As forças que retém esta água no solo podem ser de três tipos:podem ser de três tipos:

– – Forças de atração elétrica;Forças de atração elétrica;– – Forças capilares;Forças capilares;– – Forças de atração gravitacionalForças de atração gravitacional

• • Água retida por atração elétrica – água Água retida por atração elétrica – água higroscópica, água pelicular.higroscópica, água pelicular.

• • não são interessantes do ponto de vista não são interessantes do ponto de vista hidrogeológico porque não se movem sob a hidrogeológico porque não se movem sob a ação da gravidadeação da gravidade

Forças capilares – no contato de dois Forças capilares – no contato de dois fluidos não miscíveis, como água e fluidos não miscíveis, como água e ar, existe uma diferença de pressão ar, existe uma diferença de pressão na interface que os separa, na interface que os separa, produzida pela tensão interfacial ou produzida pela tensão interfacial ou tensão superficialtensão superficial

atuante sobre as fases em contato;atuante sobre as fases em contato;

A água é retida pelos finos A água é retida pelos finos canalículos cheios de ar existentes canalículos cheios de ar existentes no solo forças capilares;no solo forças capilares;

O diferencial de tensão entre as duas O diferencial de tensão entre as duas fases (ar e água) em contato (Par –Pagua fases (ar e água) em contato (Par –Pagua = Pcapilar) é chamado pressão capilar;= Pcapilar) é chamado pressão capilar;

A magnitude da pressão capilar é uma A magnitude da pressão capilar é uma medida da tendência de um meio poroso medida da tendência de um meio poroso parcialmente saturado succionar a água, parcialmente saturado succionar a água, repelindo o ar;repelindo o ar;

Em física do solo a pressão capilar é Em física do solo a pressão capilar é também chamada de sucção ou tensãotambém chamada de sucção ou tensão

FRANJA CAPILARFRANJA CAPILAR A distribuição granulométrica é fator A distribuição granulométrica é fator

determinante para o tamanho dos poros e, por determinante para o tamanho dos poros e, por conseqüência, da altura máxima da ascensão conseqüência, da altura máxima da ascensão capilar, capilar, hc.hc.

O fato acima faz com que, nas condições reais de O fato acima faz com que, nas condições reais de campo, o limite superior da zona capilar seja campo, o limite superior da zona capilar seja bastante irregular.bastante irregular.

ÁGUA NA ZONA SATURADAÁGUA NA ZONA SATURADA Na hidrogeologia a denominação Na hidrogeologia a denominação

de água subterrânea é atribuída de água subterrânea é atribuída apenas à água que circula na apenas à água que circula na zona saturada, isto é, na zona zona saturada, isto é, na zona situada abaixo da superfície situada abaixo da superfície freática;freática;

AQÜÍFEROSAQÜÍFEROS É uma formação geológica (ou grupo É uma formação geológica (ou grupo

de formações) que contém água e de formações) que contém água e permite que a mesma se movimente permite que a mesma se movimente em condições naturais e em em condições naturais e em quantidades significativas quantidades significativas (formações permeáveis como areias (formações permeáveis como areias e arenitos)e arenitos)

AQUITARDEAQUITARDE É uma formação geológica de É uma formação geológica de

natureza semipermeável.natureza semipermeável. Transmite água a uma taxa muito Transmite água a uma taxa muito

baixa, comparada com a do aqüíferobaixa, comparada com a do aqüífero

AQUICLUDEAQUICLUDE É uma formação impermeável que É uma formação impermeável que

pode conter água, mas que é incapaz pode conter água, mas que é incapaz de transmitir quantidades de transmitir quantidades significativas da mesma (ex.camadas significativas da mesma (ex.camadas de argila)de argila)

AQUÍFUGOAQUÍFUGO É uma formação sem interstícios É uma formação sem interstícios

interconectados, incapaz de interconectados, incapaz de absorver ou transmitir águaabsorver ou transmitir água

TIPOS DE AQUIFEROSTIPOS DE AQUIFEROS

Os aqüíferos podem ser classificados Os aqüíferos podem ser classificados de acordo com:de acordo com:

– – A pressão das águas nas suas A pressão das águas nas suas superfícies limítrofes;superfícies limítrofes;

– – A capacidade de transmissão de água A capacidade de transmissão de água das respectivas camadas limítrofesdas respectivas camadas limítrofes

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Quanto a pressão na sua superfície limítrofeQuanto a pressão na sua superfície limítrofe

Aquifero confinado – também chamado sob Aquifero confinado – também chamado sob pressão, é aquele no qual a pressão da água pressão, é aquele no qual a pressão da água no topo é maior do que a pressão no topo é maior do que a pressão atmosférica. Pode ser de dois tiposatmosférica. Pode ser de dois tipos

– – Confinado drenante;Confinado drenante;

– – Confinado não-drenante;Confinado não-drenante;

Aquifero confinado não drenante – é aquele cujas Aquifero confinado não drenante – é aquele cujas camadas limítrofes, superior e inferior, são camadas limítrofes, superior e inferior, são impermeáveis.impermeáveis.

Aquifero confinado drenante – é aquele no qual pelo Aquifero confinado drenante – é aquele no qual pelo menos uma das camadas limítrofes é semi-permeável, menos uma das camadas limítrofes é semi-permeável, permitindo a entrada ou saída de fluxos pelo topo permitindo a entrada ou saída de fluxos pelo topo e/ou pela base, por drenança ascendente ou e/ou pela base, por drenança ascendente ou descendente.descendente.

Aquifero livre – (também chamado de freático ou não Aquifero livre – (também chamado de freático ou não confinado) – é aquele cujo limite superior é a confinado) – é aquele cujo limite superior é a superfície freática, na qual todos os pontos se superfície freática, na qual todos os pontos se encontra a pressão atmosférica.encontra a pressão atmosférica.

As áreas de recarga dos aqüíferos As áreas de recarga dos aqüíferos confinados são aquiferos livres confinados são aquiferos livres através dos quais os excessos de através dos quais os excessos de água da chuva conseguem penetrar água da chuva conseguem penetrar por infiltração.por infiltração.

A magnitude e a direção das A magnitude e a direção das filtrações verticais ou drenanças são filtrações verticais ou drenanças são determinadas pelas elevações das determinadas pelas elevações das superfícies potenciométricas de cada superfícies potenciométricas de cada um desses aqüíferos.um desses aqüíferos.

Aquifero suspenso – caso especial do Aquifero suspenso – caso especial do aquifero livre formado sobre uma aquifero livre formado sobre uma camada impermeável ou camada impermeável ou semipermeável de extensão limitada semipermeável de extensão limitada e situada entre a superfície freática e situada entre a superfície freática regional e o nível do terreno.regional e o nível do terreno.

Classificação dosClassificação dosaqüíferosaqüíferos

Freáticos ou livresFreáticos ou livres

possuem uma superfície freática possuem uma superfície freática (lençol freático), que é a superfície (lençol freático), que é a superfície superior da camada saturada, sujeita superior da camada saturada, sujeita à pressão Atmosféricaà pressão Atmosférica

Artesianos ou confinadosArtesianos ou confinados são camadas geológicas saturadas são camadas geológicas saturadas

sujeitas a pressão maior que a sujeitas a pressão maior que a atmosférica, devido à existência de atmosférica, devido à existência de uma camada confinante pouco uma camada confinante pouco permeável (aquitarde)permeável (aquitarde)

Principais parâmetros Principais parâmetros HidrogeológicosHidrogeológicos PorosidadePorosidade

Coeficiente de ArmazenamentoCoeficiente de Armazenamento

TransmissividadeTransmissividade

POROSIDADE: N= Vv/VtPOROSIDADE: N= Vv/Vt POROSIDADE EFETIVA: Ne= POROSIDADE EFETIVA: Ne=

Vg/VtVg/Vt

Vv Vt

Coeficiente de Coeficiente de ArmazenamentoArmazenamento O coeficiente de armazenamento “S”, no qual O coeficiente de armazenamento “S”, no qual

é definido como sendo o volume de água é definido como sendo o volume de água liberado ou armazenado por um aqüífero liberado ou armazenado por um aqüífero (DV), por unidade de área superficial do (DV), por unidade de área superficial do aqüífero (A), por unidade de variação na aqüífero (A), por unidade de variação na carga hidráulica (Dh).carga hidráulica (Dh).

S = V / AhS = V / Ah

O coeficiente de armazenamento é quem O coeficiente de armazenamento é quem descreve a capacidade do sistema aqüífero de descreve a capacidade do sistema aqüífero de armazenar águaarmazenar água

TransmissividadeTransmissividade Transmissividade é a taxa volumétrica de Transmissividade é a taxa volumétrica de

fluxo através de uma seção de largura fluxo através de uma seção de largura unitária e altura igual a espessura do unitária e altura igual a espessura do aqüífero, quando o gradiente hidráulico é aqüífero, quando o gradiente hidráulico é 1.1.

T = KbT = Kb T = Transmissividade (m2/s)T = Transmissividade (m2/s) K = Condutividade hidráulica (m/s)K = Condutividade hidráulica (m/s) b = Espessura do aqüífero (m)b = Espessura do aqüífero (m)