Hidrogeologia Avancada Parte II - Aula 01- Conceitos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR CENTRO DE GEOCINCIAS

DISCIPLINA: HIDROGEOLOGIA AVANADAPARTE II AULA 01

Prof. Milton Matta

Hidrogeologia - Prof. Milton Matta

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V- BIBLIOGRAFIA BSICA PARA O CURSOABEMA ASSOCIAO BRASILEIRA DE ENTIDADES DE MEIO AMBIENTE. 2002. Doenas de Veiculao Hdrica. Disponvel em: http: // www.abema.org.br/content/noticias. /default.asp. Acesso em: 09 agosto 2002. ANA AGNCIA NACIONAL DE GUAS. 2002 b. Relatrio de Gesto 2001. Disponvel em: http: www. ana.gov.br . Acesso em: 14 outubro 2002. CAVALCANTE I. N. 1998. Fundamentos Hidrogeolgicos para a Gesto de Recursos Hdricos na Regio Metropolitana de Fortaleza Estado do Cear. So Paulo, Universidade de So Paulo. Instituto de Geocincias. 164p (Tese de Doutorado). FOSTER, S. S. D. ; HIRATA, R. C.; ROCHA, G.A. 1998. Riscos de poluio de guas subterrneas: uma proposta metodolgica de avaliao regional. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GUAS SUBTERRNEAS., 5. So Paulo. Anais. So Paulo, ABAS. p.175 185. GORBACHEV, M. 2001. As Fontes de gua doce secaro. Revista poca, Janeiro de 2001. p.104-106.


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MATTA, M. A. S., 2000. guas Superficiais e Subterrneas da Bacia Tocantins-Araguaia como Subsdio para um Estudo de Impacto Ambiental. In: CONGRESSO MUNDIAL INTEGRADO DE GUAS SUBTERRNEAS, 1., Fortaleza-CE, Anais. Fortaleza-Ce. ABAS. CD-ROM. ------2001. Perigo de Salinizao da gua Subterrnea de Salinpolis/PA - ABASTECE. Revista da Associao Brasileira de guas Subterrnea ABAS . 2 (8):16. ------& SANTOS, R. O. B. dos. 2002. Fluxos Subterrneos e Qualidade das guas Superficiais da rea de Implantao da Ala Rodoviria do Estado do Par. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GUAS SUBTERRNEAS, 12., Florianpolis-SC. Anais ABAS. CD-ROM. ------; CABRAL, N. M. T.; TAGLIARINI, E. M. 2000 a Fundamentos para Uso e Proteo das guas Superficiais e Subterrneas da Regio Oeste da Cidadde de Belm/PA, In: CONGRESSO MUNDIAL INTEGRADO DE GUAS SUBTERRNEAS, 1., Fortaleza, Anais. Forteleza-Ce ABAS. CD-ROM. ------; COSTA, F.R. da ; MORAES, M.C. da, 2000 b. guas Superficiais e Subterrneas da Regio Oeste da Cidade de Belm/PA, In: CONGRESSO MUNDIAL INTEGRADO DE GUAS SUBTERRNEAS, 1., . Fortaleza, Anais. Fortaleza-CE. ABAS. CD-ROM. MESTRINHO, S. S. P. 1995. Contaminao de Aqferos. Curso de Especializao em Hidrogeologia Aplicada IIICEHA. UFPA/CG/DGL, Belm, 87p. (Notas de Aula). MORAES, M. C. da S. 1999. Avaliao do Regime de Precipitao na Regio de Belm (RMB) e sua Relao Hidrologia Subterrnea. UFPA . CG/DMET. 45p. (Trabalho de Concluso de Curso).Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 3

PEHRMB 2001. Projeto Estudos Hidrogeolgicos da Regio Metropolitana de Belm e Adjacncias. Belm. CPRM. 88p. (Relatrio Final). REBOUAS, A. C. 1994. Fundamentos de Gesto de Aqferos. In: CONGRESSO LATINO-AMERICANO DE HIDROLOGIA SUBTERRNEA, 2., Santiago. ALSUD. Curso Pr-Congresso. Santiago/Chile. 35 p. SANTOS, A. C. 1997. Noes de hidroqumica. In: FEITOSA, F. A. C. & MANUEL FILHO , J. Hidrogeologia: Conceitos e Aplicaes. CPRM. cap. 5. p.81108. TANCREDI, A. C. F. N. S. 1996. Recursos hdricos subterrneos de Santarm: Fundamentos para uso e proteo. Belm, Universidade Federal do Par. Centro de Geocincias. 153p. (Tese de Doutorado).


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Cap.01 Aspectos Introdutrios Ns...a gua...e a vida A gua est no mundo e em cada um de ns. Ela est sobre ns, nas nuvens, como parte da atmosfera; ao nosso redor, nos rios, lagos, crregos e valetas, componentes da atmosfera; est abaixo de ns, circulando nos maiores rios da Terra os aqferos como parte das guas subterrneas; est caminhando at ns, nos sistemas hidrulicos de distribuio de gua at nossas casas. A gua est tambm dentro de ns, perfazendo cerca de de nosso organismo e como elemento imprescindvel manuteno de nossa vidaHidrogeologia - Prof. Milton Matta 5

Assim como a gua nos d a vida, pode tambm tirala. Pois como acontece entre os humanos, existem as guas boas e as guas ms! As boas so as guas puras, sem cor odor ou cheiro, que matam nossa sede. Algumas guas, porm, so traioeiras, nos alimentam de doenas ditas doenas de veiculao hdrica que podem nos levar a morte.

A gua surgiu na Terra h mais de 3.5 bilhes de anos e veio tornar nosso planeta nico no Universo. At agora somente a Terra mantm as condies bsicas para sustentar a vida.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 6

Desde a formao das primeiras molculas orgnicas que antecederam a gerao das primeiras clulas vivas, a gua tem tido um papel fundamental na Terra. Os primeiros animais foram marinhos. Depois os anfbios comearam a povoar a Terra slida. Os homens, surgidos h 4 milhes de anos, passaram a formar as aglomeraes sociais em volta dos cursos de gua. Passaram, ento, a transformar as guas boas em guas ms! Agora que iniciamos a disciplina Hidrogeologia Avanada, oferecida pelo Departamento de Geologia da Universidade Federal do Par, importante que o alunado se conscientize no s da importncia do entendimento dos principais conceitos que governam as guas subterrneas a base da disciplina mas tambm do papel de cada um de ns no processo de uso e conservao dos Recursos Hdricos em geral que, no fundo, est diretamente ligado sobrevivncia das geraes futuras.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 7

Na Amaznia, com a abundncia de gua que temos, essa conscientizao muito mais difcil, pois j desenvolvemos a cultura do desperdcio. Achamos que temos muita gua. gua de graa! Por isso nosso governante no tem investido em pesquisa e projetos de melhor aproveitamento de nossos Recursos Hdricos. Talvez a melhor maneira de conscientizar os amaznidas da necessidade de preservar nossas guas, lembrar da situao de nossos irmos nordestinos. Sobre isso, CAMPOS (1999) escreve: ...mais do que ningum os nordestinos tm uma convivncia com a escassez de gua, da forma entendida por Euclides da Cunha, como forma de luta e de fora na ocupao dos sertes.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 8

As guas subterrneas, objeto de nossa disciplina, vm se inserindo cada vez mais no cenrio nacional e no internacional - como uma das alternativas mais importantes na matriz da gesto dos recursos hdricos no sentido de atender plenamente sociedade brasileira naquilo que vem sendo considerado o mais precioso bem do Terceiro Milnio a gua. O conhecimento deve ser considerado o principal capital humano no modelo atual de sociedade atual de nosso pas. Neste contexto, torna-se imprescindvel que o alunado do curso de geologia adquira os fundamentos bsicos da moderna Hidrogeologia e suas interaes com uma grande gama de outras reas das geocincias e das cincias humanas em geral. A busca de sucesso no mercado de trabalho atual de nosso pas tem demonstrado que a rea dos Recursos Hdricos vem representando uma fatia considervel, juntamente com suas interaes com a Geologia Ambiental e com ferramentas indispensveis existente no campo do Geoprocessamento e do Sensoriamento Remoto.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 9

Alm disso, o entendimento dos processos relacionados com a prospeco das guas subterrneas e suas inter-relaes com os outros componentes do ciclo hidrolgico, permitiro a obteno de fortes subsdios para o exerccio da cidadania plena. Cremos que um dos maiores desafios que o Brasil enfrentar nesse incio de sculo nas questes da gua ser modificar os modelos polticos, institucionais, tcnicos e educacionais atuais e abordar a problemtica da gua na concepo de gesto integrada, onde cada gota dgua dever ser utilizada de forma racional.

Para tanto, o entendimento da moderna Hidrogeologia pode constituir o primeiro de muitos passos a serem dados na direo do uso e proteo dos Recursos Hdricos.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 10

Cap.01 Aspectos Introdutrios

A abordagem hidrogeolgica multidisciplinaridade Hidrogeologia Qualquer Cincia Atual Geocientista Especialista Geocientista Generalista Interdisciplinar! Interdisciplinar!Em Baixa no Mercado de Trabalho Em Alta no Mercado de TrabalhoHidrogeologia - Prof. Milton Matta 11

HIDROGEOLOGIAESTRATIGRAFIA GEOL. ESTRUTURAL GEOTECTNICA PETROLOGIAS GNEA SEDIMENTAR METAMRFICA GEOMORFOLOGIA HIDROLOGIA CLIMATOLOGIA OCEANOGRAFIAGEOFSICA GEOTECCNIA GEOLOGIA DE ENGENHARIA HIDROQUMICA ENGENHARIA SANITRIA MECNICA DOS FLUIDOS MODELOS MATEMTICOS

CINCIAS DOS COMPUTADORES12


Campos de atuao Mercado de Trabalho!Poderes Pblicos Municipais Estaduais e Federais Monitoramento e Fiscalizao

Planejamento

Saneamento Bsico

Estudos e Relatrios de Impacto Ambiental 1-Hidrovia AraguaiaTocantins 2- Hidrovia do Maraj 5- Mineroduto Rio Capim 3- Ala Viria 4- Continuao da Primeiro de Dezembro 6- UHE Belo Monte13


ConceituaoHoje se entende que Hidrologia a cincia que trata do estudo da gua na natureza, sua ocorrncia, circulao e distribuio, suas propriedades fsicas e qumicas e suas reaes com o meioambiente, incluindo suas relaes com a vida.(Definio recomendada pelo United States Federal Concil of Science and Tecnology, 1962) O termo HIDROGEOLOGIA tem sido usado para a parte subterrnea da Hidrologia

Evoluo dos Estudos HidrogeolgicosExiste um ditado que diz ningum pode realmente ser um mestre em uma cincia a menos que estude sua histria especfica.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 14

Isso tambm vlido para os estudos hidrogeolgicos. Para que entendamos a Hidrogeologia hoje, importante que conheamos como esses estudos tm evoludo ao longo do tempo. Durante cerca de 99% de sua existncia na Terra, o homem foi caador-extrativista, seguindo animais e vegetais, segundo as estaes. Somente durante os ltimos 10 000 anos que tornou-se sedentrio, na medida em que foi obrigado a praticar a agricultura para sobreviver nas regies ridas, para onde teve que migrar, fugindo da calota polar do ltimo grande perodo glacial. As aldeias se transformaram em Cidades e Estados organizados, sendo JERIC a cidade mais antiga j descoberta, datando de 8 000 anos a.C.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 15

A crescente complexidade das atividades de produo e de ocupao do meio ambiente da sociedade moderna exigiu um permanente desdobramento das cincias em geral.

Como resultado disso, a Hidrogeologia evoluiu, durante o ltimo milnio, de uma abordagem quase mitolgica para uma fase altamente tecnicista, a qual passou rapidamente, durante o ltimo quarto de sculo, para uma abordagem ecolgica (Rebouas, 1995)


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Segundo Rebouas (1995) os grandes marcos da Hidrogeologia compreendem as seguintes etapas:

Fase Emprica Se estende desde os primrdios dacivilizao, h cerca de 10 000 anos a.C., quando foram escavados os primeiros poos para abastecimento humano, animal e irrigao at a experincia de Darcy, em 1856 d.C. Com o famoso teorema sobre o deslocamento de fluidos, apresentado no Tratado de Hidrodinmica de Bernoulli (1738), e a lei de Darcy (1856) sobre os fluxos nos meios porosos, teve incio a fase quantitativa da Hidrogeologia. Esta fase de abordagem cientfica teve um grande impulso, graas ao sucesso doa poos artesianos perfurados na Frana a partir de 1126, em Artois, de onde deriva o nome de artesiano que foi dado ao poo jorrante.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 17

Perodo de 1856 1935 foi lanado o embasamentocientfico, correspondentes aos fundamentos geolgicos e a mecnica dos fluidos, com as condies de ocorrncia e de fluxo das guas subterrneas nos meios porosos e produtividade das obras de capacitao.

Perodo de 1936 1950 houve um grande crescimento naindustria, que deu suporte a II Guerra Mundial, exigindo o desenvolvimento dos mtodos de avaliao da produtividade de poos, raios de influncia, precursores da hidrogeologia quantitativa moderna.Os modelos fsicos (caixas de areia, placas paralelas ou de viscosidade) tiveram um relativo sucesso, sendo posteriormente substitudos pelos modelos analgicos eltricos.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 18

Dcada de 1950 o consumidor atingiu a fase comercial,possibilitando a evoluo da tradicional abordagem pontual da hidrulica de poos, para uma anlise mais ampla, em que se considerou a Unidade Aqfera. Nesta fase, as unidades litoestratigrficas, ou corpos rochosos com relativamente melhor permeabilidade foram denominados de aqferos, em contraposio s camadas praticamente impermeveis que foram denominadas de aqicludes, e os aqitardes sendo termos intermedirios. Os modelos analgicos eltricos foram, progressivamente, substitudos pelos modelos matemticos analticos.


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Dcada de 1970 teve incio a abordagem sistmica dosproblemas hidrogeolgicos. Nesta etapa, as aplicaes se restringiram, praticamente, s anlises de alternativas de usos mltiplos de reservatrios. Nos estudos hidrogeolgicos passou-se a considerar o Sistema Aqfero, o qual compreende suas zonas de recarga, de trnsito de fluxo e zonas de descarga, todas associadas e interdependentes do sistema hidrolgico ou da unidade hidrogrfica onde ocorria o aqfero em questo. Seguiu-se uma teorizao que foi embasada na crescente capacidade de clculo dos computadores, atraindo o interesse de especialistas de reas afins, nem sempre sintonizados com os os fundamentos conceituais dos modelos hidrogeolgicos, culminando com o desenvolvimento dos modelos numricos de fluxo/transporte de massa de diferenas finitas e de elementos Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 20 finitos.

A crise do petrleo foi uma grande impulsionadora dos avanos alcanadas neste perodo, cujos conhecimentos foram, rapidamente, apropriados pelo setor da hidrogeologia fsica e/ou de produo de gua subterrnea para abastecimento urbano, industrial e irrigao.

Dcada de 1980 cresce a percepo sobre as interaeshidrodinmicas e hidroqumicas que ocorrem no subsolo, envolvendo aqferos, aqicludes e aqitardes, resultando na abordagem atual do Sistema de Fluxos Subterrneos. Os resultados da investigao de campo e de laboratrio tornam evidente a inexistncia, am absoluto, de gua subterrnea desconectada do ciclo hidrolgico.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 21

A partir 1985 cresce a percepo sobre os problemas depoluio que afetam as guas subterrneas. Em conseqncia, desenvolvem-se os mtodo de estudo da zona no saturada, intensificam-se, substancialmente, os estudos de hidrogeologia fsica e, sobretudo, desenvolve-se rapidamente a hidrogeologia qumica ou hidroqumica. Os estudos dos processos hidrolgicos ou fsicos passam a ser to importantes quanto os processos geoqumicos ou hidroqumicos, exigindo um maior aprofundamento dos conhecimentos de matemtica, qumica e das cincias computacionais.

No incio da dcada de 1990 a microbiologia das guassubterrneas (solo, zona no saturada e zona saturada) passa a ser uma importante fase dos estudos hidrogeolgicos. Esta fase exige um grande esforo dos hidrogelogos, no sentido de um maior aprofundamento cientfico em microbiologia e de ajuste cultural para abordagem de estudos experimentais no campo e Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 22 laboratrio.

gua do Planeta

H i d r o s f e r a

100%

gua Salgada

97,5%

Fonte: Matta, 2002

gua das Calotas e Geleiras

1,72%

gua Doce

0,78%

Rios e Lagos

Hidrogeologia - Prof. Milton Mattagua Subterrnea

1,01%

Outras 2,89%

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Comparao entre os Volumes das diversas guas do Planeta


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Relao entre guas superficiais e subterrneas.


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Planeta Terra = nico Planeta j conhecido do Universo com gua nos trs estados fsicos fundamentais, equivalendo a um volume estimado em torno de 1,4 bilhes de km3. Posio da Terra em relao ao Sol Marte: muito perto do Sol = vapor de gua Outros corpos: muito longe do sol = gelo Em termos de gua subterrnea o Brasil utiliza cerca de 0.6 % da vazo total (anos 2000) 30% doa paises da Europa (Alemanha , Blgica) esto em situao crtica ( >20% das reservas)Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 26

guas Subterrneas 1- Mais abundantes

X

guas Superficiais

2- Melhores qualidades Fsicoqumicas e Bacteriolgicas 3- Mais protegidas contra contaminao 4- Mais protegidas contra evaporao 5- Mais baratas (abastecimento) 6- Dispensa longas redes de distribuio (poo no local) 7- Permite investimentos gradativos com a demanda Hidrogeologia - Prof. Milton Matta27

Tendo em vista os grandes volumes de capital necessrios aos projetos de utilizao das guas superficiais construo de audes, estaes de recalque, adutoras e estaes de tratamento, principalmente os investimentos so feitos, regra geral, com dinheiro pblico. Por causa disso desenvolve-se a idia de que o fornecimento de gua a qualquer preo uma obrigao do estado e verifica-se uma falta de compromisso com o seu uso eficiente.


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A Poltica Brasileira e a gua pouco fotognica!Este um fator que tem representado um importante papel na descaracterizao das guas subterrneas como um grande provedor para abastecimento de gua potvel. Para uma grande parte de nossos administradores, a construo de poos para explotao de gua subterrnea no d votos, pois o povo no v a obra!. No h como colocar uma placa! muito mais interessante, politicamente, investir em grandes obras para captao e tratamento das guas superficiais , mesmo que sejam financeiramente inviveis quando comparadas um investimento menor nas guas subterrneas. Com as guas superficiais o povo v a obra e d prestgio ao poltico responsvel. Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 29

guas subterrneas um bem mineralA gua sempre foi considerada um bem livre e de uso comum (de graa)! Principalmente na Amaznia A maior descarga de gua doce do Planeta.

Brasil: quinto pas do mundo, em territrio e em populao Destaca-se no cenrio mundial como detentor de 53% da gua doce da Amrica do Sul e 12% do total mundial Abundncia trouxe a cultura do desperdcio e a no realizao de investimentos no setor para um uso eMatta proteo mais eficientes Hidrogeologia - Prof. Milton 30

A cobra representativa da ordem de valores dos 30 mais importantes matrias primas minerais do mundo. O tamanho de cada bola e o nmero associado representam a ordem de importncia do 31 bem mineral.


Na Amaznia, a populao tem se acostumado a abrir as torneiras e deixar a gua correr sem ter noo dos problemas que se enfrenta para captao e tratamento das guas. Neste contexto tambm se insere a gua subterrnea. Os famosos poos escavados (poos amazonas), tm sido cavados nos quintais das casas e tm servido para enaltecer essa idia de que a gua gratuita.


Poo amazonas, a cu aberto e nas proximidades do sanitrio e fossa 32

Na realidade, em diversos paises do mundo e mesmo em algumas regies do Brasil, as guas subterrneas passaram a ser olhadas dentro de um outro prisma. Elas tm sido consideradas como um bem mineral e tm passado a representar um importante papel nos balanos econmico-financeiros. Nos estados Unidos, por exemplo, e em diversos paises ditos do primeiro mundo, a motivao primria para o estudo das guas subterrneas tem sido, tradicionalmente, sua importncia como um bem mineral, com grande interesse econmico. No Brasil, a partir de 1997, com a Lei Federal N. 9433, o uso da gua passou a ser cobrado e, as regies com alto potencial hdrico, principalmente de guas subterrnea, ganharam um importante bem mineral para compor a matriz econmica.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 33

Para se alcanar um uso mais eficiente da gota dgua disponvel no mundo, uma das recomendaes do Banco Mundial (BM) e da Organizao das Naes Unidas (ONU) consider-la uma mercadoria, com preo de mercado. Neste quadro, como os investimentos necessrios perfurao de poos e ao bombeamento da gua subterrnea so feitos, regra geral, pelos prprios usurios, a sua utilizao tende a ser mais eficiente em relao ao uso das guas superficiais, cuja oferta feita e garantida por um provedor que investe muito dinheiro pblico para construo de obras extraordinrias. Assim, no Centro Oeste dos Estados Unidos - a maior economia de todos os tempos num meio rido com um corao desrtico - o custo da gua que bombeada de poos cada vez mais profundos sendo crescente levou os agricultores a trocar os mtodos de irrigao, cujas perdas totais da gota dgua disponvel eram de 50%, por outros mais eficientes, com perdas de apenas 5%.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 34

Da mesma forma, passaram a recuperar os estoques dos aqferos intensamente utilizados com guas de reuso, de enchentes dos rios ou importadas de bacias hidrogrficas vizinhas. Por sua vez, trocaram culturas tradicionais por outras que consomem menos gua e alcanam melhor preo no mercado. Certamente, seria de fundamental importncia informar mais a mdia e a sociedade, em geral, sobre a existncia das guas subterrneas e o grande alcance social e econmico da sua utilizao racional. preciso mostrar que a utilizao da gua subterrnea, isto , aquela que flui escondida pelo subsolo da regio ainda a alternativa mais barata para soluo dos problemas hdricos nos pases desenvolvidos, principalmente. O desafio que se apresenta fornecer de forma regular a gota dgua pelo menor preo possvel e us-la com eficincia mais importante que ostentar sua abundncia.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 35

O raciocnio nas cidades da Europa e Estados Unidos, por exemplo, de que os ndices de perdas totais da gua fornecida s redes de distribuio - vazamento fsico e perdas financeiras decorrentes do roubo dgua ou das clebres ligaes clandestinas - fiquem em nveis considerados razoveis, entre 5 e15%. Entretanto, no Brasil, salvo honrosas excees, estas perdas totais atingem nveis que variam entre 40 e 60%. Por sua vez, cerca de 64% das empresas de gua no Brasil, no coletam, sequer, os esgotos domsticos que geram e estima-se que nove de cada dez litros de gua utilizados so devolvidos aos rios, principalmente, sem nenhum tipo de tratamento. Desta forma, em termos de utilizao das guas subterrneas, continua sendo de fundamental importncia que se diferencie um poo de um buraco de onde se extrai gua. Para tanto, de fundamental importncia exercer um controle federal, estadual ou municipal - das obras de captao da gua subterrnea, ou dos poos, por exemplo, para que estes sejam sempre bem construdos, operados e abandonados de forma adequada, isto , baseados no trip do desenvolvimento sustentvel: tica, Ecologia e Economia.Hidrogeologia - Prof. Milton Matta 36

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