Método WTF (Water Table Fluctuation)
O método da Flutuação da Superfície Livre é bastante utilizado para estimar a recarga de um aqüífero em regiões úmidas, devido ao pequeno número de parâmetros necessários para sua aplicação. Este método usa a flutuação dos níveis d’água subterrânea ao longo do tempo para estimar a recarga e só é aplicável aos aqüíferos livres. Além do conhecimento dos níveis d’água subterrânea este método necessita do conhecimento do rendimento específico do solo, apresentado no item 2.3.1, e que pode ser determinado a partir de técnicas de campo, laboratório ou pela literatura (HEALY & COOK, 2002; SCANLON et al., 2002).
Healy & Cook (2002) fazem uma revisão completa da aplicação deste método, que é baseado na premissa de que as elevações dos níveis d’água em aqüíferos não confinados
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são referentes à água de recarga que atinge a superfície livre, e apresentam a seguinte equação:
= ≅ (7)
onde R é a recarga; é o coeficiente de rendimento específico; h é a altura; e t é o tempo. O método WTF assume que todos os outros componentes do balanço hídrico (fluxo de base, entrada e saída subsuperficial e evapotranspiração) são nulos durante a recarga.
A aplicação da Equação 7 para cada elevação individual do nível d’água determina uma estimativa da recarga total, onde Δℎ é igual à diferença entre o pico de subida e o ponto mais baixo da curva de recessão antecedente extrapolada até o instante do pico. A curva de recessão antecedente extrapolada é o traço que a curva do poço teria na ausência de elevação de nível d’água, como mostra a Figura 6. O desenho do traço é subjetivo e tenta adaptar a função de defasagem entre o início da precipitação e o início da recarga.
Figura 6 - Aumento hipotético do nível d’água no poço, onde Δh é igual à diferença entre o pico de elevação e o ponto baixo da curva de recessão (Adaptado de Healy & Cook, 2002).
Este método pode ser usado em grandes áreas, desde que os níveis freáticos apresentem súbitas elevações e declínios de níveis d’água, o que é mais comum em aqüíferos rasos. Quando o aqüífero não apresenta respostas às precipitações o método estimará uma taxa de recarga nula. A principal incerteza na aplicação deste método está
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associada à precisão na determinação do rendimento específico (HEALY & COOK, 2002; SCANLON et al., 2002).
Delin et. al. (2006) aplicaram quatro métodos de estimativa de recarga para calibrar o modelo RRR (Recharge Regression Regional) em uma região semi-úmida do Estado de Minnesota, nos Estados Unidos. Entre os métodos utilizados estava o WTF, considerado por eles como o método mais simples e fácil de ser aplicado, desde que os dados das flutuações estejam disponíveis. Os valores encontrados a partir deste método apresentaram boa convergência quando comparados com os outros métodos utilizados.
Lei de Darcy
A Lei de Darcy pode ser aplicada para as zonas saturadas e não saturadas. No meio saturado a velocidade de percolação da água no solo é proporcional ao gradiente hidráulico e a constante de proporcionalidade denominada de condutividade (RAWLS, et al., 1993), como mostra a Equação 8.
= − (8)
em que é a velocidade de Darcy ou descarga específica; é a condutividade hidráulica; e ℎ é o gradiente hidráulico. O sinal negativo indica que o fluxo da água é na direção da carga decrescente.
Esta lei pode ser aplicada para estimar a taxa de recarga através de uma secção transversal de um aqüífero livre ou confinado. Este método assume um fluxo contínuo e sem extração (SCANLON et al., 2002). O fluxo de água subterrânea é calculado multiplicando a condutividade hidráulica pelo gradiente hidráulico.
Em meio saturado a recarga R pode ser estimada por:
= (9)
onde é a seção transversal do aqüífero; e S é a área de contribuição da recarga. O gradiente hidráulico é, na prática, calculado entre contornos potenciométricos. A imprecisão deste método está associada na alta variabilidade da condutividade hidráulica, assim como acontece com o rendimento específico utilizado no método WTF.
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Método CRD (Cumulative Rainfall Departure)
O método CRD é baseado na premissa de que as flutuações dos níveis d’água são causadas pelos eventos de precipitação. Beekman & Xu (2003) afirmaram que este método só é aplicável em regiões onde há flutuações dos níveis subterrâneos, e possui uma grande confiabilidade nos resultados quando as informações necessárias para a sua aplicação são precisas. Suas incertezas são elevadas de acordo com o aumento da profundidade do lençol freático, devido às menores respostas do aqüífero aos eventos chuvosos.
O CRD foi proposto por Bredenkamp (1995), que o aplicou na África do Sul. Foi classificado por Beekman & Xu (2003) como sendo de boa aplicabilidade, pois pode ser utilizado para pequenas e grandes áreas em diferentes escalas de tempo (Figura 7).
Figura 7 - Aplicabilidade do método CRD (Fonte: Beekman & Xu, 2003). A formulação de Bredenkamp (1995) para o método é a seguinte:
= ∑ − ∑ ( = 0,1,2,3,… ) (10)
onde é a precipitação, com o índice “i” indicando o mês e “av” indicando a média; e
= 1 + ( + ) ( .⁄ ). = 1 indica que não houve bombeamento e > 1
ocorreu bombeamento ou saída natural. é a área do aqüífero.
Bredenkamp (1995) assumiu que um CRD tem uma relação linear com uma mudança do nível d’água mensal, originando a Equação 11.
ℎ = .( ) ( = 0,1,2,3,… ) (11)
sendo, a porcentagem do CRD que resulta em recarga pela precipitação; é o
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Uma nova formulação para o método foi proposta por Xu & van Tonder (2001), que tentaram incluir uma maior série de dados pluviométricos e evitar tendências, porém trabalhos mais recentes ainda utilizam a formulação proposta por Bredenkamp (1995) (BAALOUSHA, 2006).
Barreto (2006) ressalta que uma das vantagens na aplicação do método CRD é a necessidade de uma pequena quantidade de dados para o entendimento da variabilidade espacial da recarga. São eles: precipitação mensal, níveis d’água, explotação subterrânea (caso seja considerado) e propriedades do aqüífero (rendimento específico e área). Paiva (2006) menciona este método como sendo um dos mais promissores na estimativa de recarga atualmente, juntamente com o WTF.