Estudos Comparativos

Um modelo de avaliação da vulnerabilidade da água subterrânea deve ser capaz de identificar a fragilidade de sistemas aquíferos à poluição em diferentes condições hidrogeológicas, climáticas e de proteção conferida pelas camadas de cobertura. Como a vulnerabilidade não é diretamente mensurável e sua determinação é eivada de incerteza, estudos comparativos, entre modelos em uma mesma área geográfica, foram conduzidos em diferentes partes do mundo.

Existem muitos exemplos de bons usos de mapas de vulnerabilidade, mas também existem muitas discrepâncias entre diferentes modelos. A dificuldade de obter dados confiáveis continua sendo o maior problema (STIGTER et al., 2006).

Civita e De Regibus (1995), estudando variações nos modelos em três diferentes situações de relevo no norte da Itália, concluíram que aplicando os mesmos dados nas mesmas áreas, os métodos mais simples têm resultados similares aos mais complexos. Os modelos DRASTIC e SINTACS mostraram-se mais efetivos em estudos detalhados.

Os dados de Margane (2003) estão de acordo com os de Civita e De Regibus (1995). Para o autor, em áreas com poucos dados conhecidos, mas em que as condições hidrogeológicas estão bem estudadas, o DRASTIC pode ser um modelo a ser aproveitado. Se mesmo os estudos hidrogeológicos forem de baixa intensidade talvez o GOD possa ser considerado. O GLA e o modelo PI têm menos considerações subjetivas e tendem a produzir melhores resultados.

Para Sousa et al. (2011), estudando a vulnerabilidade do aquífero Barreiras na Paraíba, o GLA respondeu bem para esse tipo de aquífero uma vez que esse modelo inclui a litologia da camada não saturada e não apenas a sua espessura como em outros modelos. Esses autores avaliam que o modelo é de fácil aplicação, com dados de fácil obtenção em campo e com resultados coerentes.

Parralta et al. (2005) avaliaram resultados de vulnerabilidade no aquífero de Gabros - Alentejo, sabidamente poluídos por nitratos e compostos, basicamente de rochas cristalinas fraturadas. Embora a área esteja contaminada, o modelo DRASTIC e o modelo qualitativo EPPNA apontaram baixa vulnerabilidade. O GOD mostrou a área com vulnerabilidade baixa a moderada e o sistema AVI apontou vulnerabilidade moderada a extremamente alta.

Stigter et al. (2006), avaliando o impacto de atividades agrícolas no sul de Portugal, especialmente no que se refere a nitratos oriundos da

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fertilização de hortaliças e da citricultura, concluíram que o DRASTIC não mostrou correspondência entre as áreas consideradas vulneráveis pelo programa e as áreas, de fato, mais contaminadas. Na aplicação do índice de vulnerabilidade (SI), derivado do DRASTIC por Frances et al. (2001, apud SOUSA et al., 2011), os resultados foram mais confiáveis embora a vulnerabilidade tenha sido superestimada. Esse resultado com o índice derivado foi similar nos estudos de Parralta et al. (2005).

Para Gogu e Dassargues (2000), o SINTACS, pela forma de identificação de aquíferos e pelo peso dado às áreas de drenagem, gera áreas de alta vulnerabilidade nos corpos hídricos superficiais e nas interações dos aquíferos. Ao mesmo tempo, esse sistema parece dar mais importância ao uso do solo que os demais. O DRASTIC apresenta maior frequência de áreas com baixa vulnerabilidade que o SINTACS. O GOD mostrou-se menos sensível a pequenas variações nos parâmetros. O AVI, mesmo com poucos parâmetros, obteve resultados similares ao DRASTIC e SINTACS.

Draoui et al. (2008), estudando o aquífero Martil Alila no noroeste do Marrocos com quatro modelos, DRASTIC, SINTACS, AVI e GOD, concluíram que o efeito das variações climáticas nos graus de vulnerabilidade é bem representado no DRASTIC. Este modelo mostrou variações significativas entre anos secos e úmidos. No SINTACS e no GOD o efeito climático criou apenas duas classes de vulnerabilidade e no AVI a vulnerabilidade foi nula.

Uma crítica sempre presente ao modelo DRASTIC é o fato de ele não estar adaptado a ambientes cársticos. Gogu et al. (2003), em estudo comparativo na Bacia do Néblon, trinta quilômetros ao sul de Liège, em ambiente cárstico, concluíram que as feições desse ambiente são melhor entendidas no EPIK. Os modelos GOD e ISIS não interpretam adequadamente estas feições.

Para Polêmio et al. (2009), em teste comparativo de sistemas em aquífero cárstico, na Apúlia - Itália, o GOD não produziu resultados e classificou toda área de forma homogênea, pois tem baixa sensibilidade à variabilidade espacial das condições hidrogeológicas. O DRASTIC teve alguma sensibilidade à morfologia cárstica, mas com pouca variabilidade espacial. O SINTACS mostrou pouca variabilidade produzindo classes mais severas que o DRASTIC. Por outro lado, o SINTACS mostrou alguma sensibilidade a drenagens laterais ausentes no DRASTIC. O EPIK apresentou grande variabilidade de resultados, mas com classes subestimadas de vulnerabilidade. O PI mostrou a mesma variabilidade do EPIK, mas com maior sensibilidade às estruturas cársticas. O COP apresentou a maior variabilidade, mostrando o efeito das estruturas

cársticas de captura de água nos resultados. Em termos de correlação, o SINTACS e o DRASTIC se relacionam em termos de resultado, bem como o EPIK e o PI. O COP é o único modelo que se relaciona com todos os demais. Assim, os menores resultados de vulnerabilidade são produzidos pelo SINTACS e PI, e os maiores pelo COP. O SINTACS parece mais preciso que o DRASTIC especialmente por detectar influências humanas e drenagens. Dentre os sistemas destinados a avaliar ambientes cársticos o PI e COP são melhores, com este último capturando melhor as interferências climáticas.

Ravbar e Goldscheider (2009), estudando nascentes a partir de aquíferos cársticos em Podstenjšek - Eslovênia, compararam trêssistemas de avaliação de vulnerabilidade: EPIK, Sistema Esloveno e PI- METHOD, que foram posteriormente validados com teste de traçadores. Como complicador, o aquífero flutua grandemente, por vezes originando lagos temporários, e geralmente os sistemas não são providos de parâmetros para avaliação temporal. O sistema esloveno leva em conta essa variação temporal, considerando a captura e concentração de água como eventuais. O resultado do EPIK, em função de avaliação da espessura de cobertura, teve inconsistência com os traçadores que mostraram possibilidades de poluição onde o sistema julgou menos provável. De maneira geral, o EPIK superestima a vulnerabilidade. O PI deu resultados satisfatórios e o modelo Esloveno respondeu melhor às condições locais. Os autores argumentaram ainda que, dada a subjetividade de algumas avaliações e a exigência legal com restrições ao uso baseadas na vulnerabilidade, como na Suíça e Irlanda, a validação dos mapas deveria se tornar recorrente.

Cada modelo possui uma série de pressupostos e normalmente foram concebidos para uma determinada região ou determinada situação hidrogeológica. Os estudos comparativos demonstram que os atuais modelos, quiçá todos, não podem ser aplicados diretamente, precisando sempre de adaptações ao ambiente de estudo. O trabalho de Ravbar e Goldscheider (2009) deixa claro que as condições locais e, consequentemente, o estudo de campo podem sobrepujar os sistemas computacionais mais sofisticados.

5.4.6 Parâmetros

Foster e Hirata (1988), Vbra e Zaporozec (1994) e Margane (2003) Hölting et al. (1995) apresentam em seus trabalhos uma lista de

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parâmetros e mecanismos que interferem na avaliação da vulnerabilidade das águas subterrâneas. Segundo Cunha (2009), comparando diferentes modelos, existem mais de trinta parâmetros diferentes utilizados.

A contagem dos parâmetros não tem importância por si mesma, mas ajuda a identificar todos os processos intervenientes e a maneira como são medidos, contudo a linguagem e os conceitos existentes em cada modelo dificultam a contagem dos parâmetros usados.

Para Aller et al. (1987), uma vez disposto na superfície, o poluente pode infiltrar no solo através da zona vadosa. Nessa zona pode ser retido e atenuado ou transferido para o aquífero. Uma vez dentro do aquífero, ele pode ser transportado na direção do fluxo da água subterrânea; pode ser transportado com velocidade menor que o fluxo; pode ficar na superfície do aquífero, deslocar para as partes mais profundas ou, ainda, ir contra o fluxo. Para os autores, os três principais componentes da vulnerabilidade são: atenuação no solo, resistência ao fluxo vertical e transporte de poluentes que são influenciados pelas características do aquífero e do solo.

No âmbito europeu (COST 620b; GOLDSCHEIDER, 2003a), o conceito de vulnerabilidade envolve a fonte da poluição, denominada origem, os caminhos percorridos e o alvo. Três aspectos são importantes: o trânsito entre a origem e o alvo, o processo de atenuação e o poluente. Como a maioria dos modelos avalia a vulnerabilidade intrínseca, o poluente genérico hidrotransportado é avaliado em termos da quantidade de poluente em relação à quantidade de água, denominada concentração limiar, e o modo como esta água flui, ou seja, o tipo de transporte subterrâneo.

Como atenuação promovida pelo solo, resistência ao fluxo vertical e transporte de poluentes são processos, neste trabalho, ver Quadro 2, optou-se pelos componentes do modelo europeu, ou seja: origem, caminho e alvo.

Especialmente nos modelos europeus (DREW, 2003), como EPIK, LEA, COP e Time Imput, dados climáticos, notadamente a precipitação, são preconizados. Na maioria desses modelos, a precipitação está relacionada à recarga do aquífero. Para Margane (2003), a localização das áreas de recarga e a intensidade de recarga são importantes controladoras da qualidade da água do aquífero. Esses fenômenos são bastante estudados pelos modelos PI, EPIK e COP.

Para esta tese, Quadro 2, foi criado então um quarto componente denominado “Pré-origem” para incluir parâmetros climáticos e de recarga à montante da área estudada.

A atenuação pode ocorrer tanto no solo como no subsolo e mesmo no aquífero. Para Margane (2003), o solo é mais efetivo, pois a atividade biológica, o teor de oxigênio e a capacidade de troca de cátions são maiores. Ainda assim, modelos como SEEPAGE e o PI avaliam alguns parâmetros de atenuação das camadas mais profundas.

Modelos europeus, em virtude de estruturas concentradoras, consideram fluxos horizontais, e modelos, como o Tempo de Contribuição, consideram também o escoamento superficial. Portanto, não se trata apenas dos fluxos verticais, mas dos deslocamentos possíveids do poluente na área estudada, antes e depois de atingir o aquífero.

Quadro 2 - Principais componentes dos modelos de avaliação da vulnerabilidade.

O transporte de poluentes no aquífero depende do fluxo da água subterrânea. Esse fluxo, por sua vez, depende: do tipo de aquífero, da sua estrutura e geometria; porosidade efetiva, tamanho médio de poros e sua distribuição; condutividade hidráulica, transmissividade, coeficiente de armazenamento, velocidade de fluxo, gradiente hidráulico, dispersão e difusão molecular; matriz da água subterrânea, temperatura; densidade, viscosidade e solubilidade dos contaminantes (CIVITA; DE MAIO, 2004).

Muitos modelos de avaliação da vulnerabilidade, como DRASTIC, SINTACS, DAT, buscam parâmetros de recarga, mas com a intenção de prever a velocidade com que o poluente atinge o aquífero ou prever a diluição do poluente nos fluxos subterrâneos.

Para Ball et al. (2005), que trabalharam a vulnerabilidade de aquíferos na Irlanda, o conceito de recarga como parâmetro da vulnerabilidade não é adequado. Argumentam que, em rochas cristalinas, a permeabilidade é baixa e a capacidade de armazenamento é baixa, estando a maior parte da água em zonas fraturadas. Assim, uma pequena fração de contaminante terá efeito sobre a qualidade da água. A mesma relação, volume de água subterrânea e volume do poluente, pode ser estabelecida para aquíferos mais porosos, onde o volume pode ser maior, mas a recarga também pode ser maior. Nessa ótica, a concentração do poluente em sua chegada ao aquífero é mais importante do que os volumes de recarga.

O tempo de chegada do contaminante e a duração do contaminante na água subterrânea são quase impossíveis de se determinar experimentalmente e dependem ainda do background da área (GOLDSCHEIDER, 2003a). Na vulnerabilidade intrínseca, o tempo de chegada ao alvo é associado a uma concentração limiar (GOLDSCHEIDER, 2003a), definida como a razão entre a concentração máxima esperada no alvo sobre a concentração inicial do poluente (BROUYÈRE, 2003).

Desconsiderando momentaneamente a possibilidade de concentração de fluxos, uma recarga alta depende de condutividade hidráulica alta. Estudos sobre a concentração de poluentes não encontraram correlação entre a condutividade hidráulica e a concentração final de compostos nitrogenados (PANAGOPOULOS et al., 2006) ou orgânicos (WANG et al., 2007) e compostos salinos (STIGTER et al., 2006), indicando a atuação de outros mecanismos interferindo na concentração final.

Como existem muitos poluentes diferentes, pode-se admitir a existência de situações com baixa condutividade hidráulica e alta

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concentração do poluente, por mecanismos de difusão, ou alta condutividade hidráulica e baixa concentração de poluente em função de mecanismos de atenuação.

Vías et al. (2003) fazem considerações a respeito da relação entre precipitação e concentração ou diluição de poluentes. Para os autores, o tempo de permanência do poluente nas camadas superficiais é mais importante do que a sua diluição. Assim, aumentos da precipitação afetam a recarga do aquífero e, ainda que diluída, uma maior carga de contaminantes chegará ao aquífero.

Margane (2003), Brouyère (2003), Goldscheider e Popescu (2003) e Civita e De Maio (2004) também ressaltam a importância da concentração do poluente, incluindo nesse contexto a capacidade de atenuação das camadas de cobertura.

Dessa forma, o Quadro 2 apresenta cinco aspectos a serem considerados: entradas no sistema, deslocamentos dos poluentes, processos de atenuação, fluxos no aquífero e o poluente em consideração. A exemplo do DRASTIC, muitos modelos trabalham com a formação de índices secundários, que compõem o índice final de vulnerabilidade. Estes índices secundários são agrupados em fatores. Cada fator pode ser composto por muitos parâmetros diferentes. A quantidade de parâmetros em cada fator é bastante variável entre os modelos de avaliação da vulnerabilidade. No quadro 02 estão elencados os parâmetros, agrupados por fatores, usados nos modelos descritos anteriormente.

Considerando os modelos descritos nesta seção, foram contabilizados setenta e seis parâmetros. Nesta Tese interessam particularmente os parâmetros relacionados ao tempo de deslocamento e à atenuação de poluentes no solo.

5.5 MÉTODO

O estudo de componentes hidrogeológicos em Geografia impõe um desafio: o estabelecimento do caráter geográfico e sistêmico deste estudo.

Neste trabalho, o objeto de estudo são os solos e depósitos aluviais cultivados com arroz irrigado, sobre os quais se busca verificar a variabilidade espacial dos fatores que influenciam na infiltração da água, tendo em vista que a água infiltrada pode transportar poluentes para o aquífero.

O grande aumento da área cultivada de arroz, especialmente no sul do estado de Santa Catarina, e indicações de contaminação da água em razão dos procedimentos adotados neste cultivo (HADLICH, 1997, ALEXANDRE, 2000; FURTADO et al., 2000), com implicações tanto para a fauna e flora, quanto para o futuro abastecimento de água potável das populações rurais, são justificativas para realização deste estudo.

O estudo da porosidade do solo, com vistas à infiltração da água, pode ser feito por um geólogo, ou por um pedólogo, analisando volumes, tamanhos e formas, não tendo necessariamente um caráter sistêmico. Da mesma forma, estes profissionais podem determinar a velocidade de infiltração de água no solo, utilizando um ou mais modelos de infiltrômetros. Nos dois exemplos, porosidade e velocidade de infiltração, a relevância está colocada sobre aspectos mensuráveis diretamente conferindo ao estudo uma característica mecânica, que depende de técnicas de análise, normalmente atribuída às engenharias. Neste exemplo, não necessariamente são enfocados os aspectos relacionados à interação entre variáveis e o comportamento do conjunto, resultantes das características do solo e da água, que além de uma somatória, poderiam conferir um caráter sistêmico ao estudo. Também não está sendo focada a espacialização do comportamento da infiltração, nem as influências e consequências para as comunidades que vivem na área de estudo.

O caráter sistêmico não é uma exclusividade da Geografia, mas tem sido utilizado tanto na Geografia Física quanto na Geografia Humana, na compreensão do comportamento do objeto de estudo e da espacialização deste comportamento (CHRISTOFOLETTI, 1999). Porém, cabe distinguir na delimitação do objeto de estudo e na construção da metodologia, o caráter geográfico e sistêmico da investigação.

Faz-se aqui uma reflexão sobre o caráter geográfico e sistêmico em um estudo sobre a infiltração da água no solo nas áreas rurais cultivadas com arroz no sul do Estado de Santa Catarina, buscando, por meio da definição de tipologias e características de sistemas, a construção de uma metodologia analítica.