TOTAL DE POÇOS TUBULARES
TOTAL DA ÁGUA DISTRIBUIDA POR FONTE DE ABASTECIMENTO (m³/h) em
Figura 2.17.- Volume da água produzida para abastecimento público, manancial superficial 430 milhões de (m³/ano) e manancial subterrâneo 76 milhões de (m³/ano). Fonte: CORSAN em 2007.
2.5.- Alternativas de Abordagem do Problema
A avaliação da sustentabilidade do uso da água subterrânea é uma tarefa complexa. Isso pode ser depreendido da afirmação de Leal (1999), citado em Boscadin Borghetti et al., (2004) que indica que a abordagem desse tema deve ser feita considerando-se fatores quantitativos, qualitativos e socioeconômicos. Entretanto, outros autores, como (Sophocleous 2000; e Kalf &Woolley 2005), indicam que devem ser considerados os aspectos ambientais envolvidos. Assim, a abordagem correta do problema deve ser sistêmica, contemplando não somente a variação das reservas hídricas, como também a dinâmica social e econômica da região do sistema aqüífero, além das funções ambientais da água subterrânea na manutenção dos ecossistemas envolvidos.
2.5.1.- Indicadores de Sustentabilidade
A utilização de indicadores de sustentabilidade é uma alternativa própria para atender à abrangência e à complexidade do tema em estudo. A construção dos indicadores de sustentabilidade inspirou-se no movimento internacional liderado pela Comissão para o Desenvolvimento Sustentável (CDS), das Nações Unidas (Comission on Sustainable Development – CDS). Na década de 90, reuniram-se governos nacionais, instituições acadêmicas, organizações não-governamentais, organizações do sistema das Nações Unidas e especialistas para concretizar as disposições dos capítulos 8 e 40 da Agenda 21, que tratam do meio ambiente e desenvolvimento sustentável. Esse trabalho é conhecido como o “Livro Azul”, tendo como título: Indicators of sustainable development: framework and methodologies.
Os indicadores ambientais utilizados como ferramentas de gestão, conforme a Professora Dra. Mônica Porto, da Universidade de São Paulo (USP), em informação verbal, são de dois tipos. Os primeiros são os que se preocupam com fatores que interferem na qualidade e quantidade da água, denominados de indicadores de gestão de recursos hídricos; os segundos têm um foco mais holístico e são correlacionados aos efeitos da quantidade e qualidade da água associados aos fatores socioeconômicos e ambientais, tratando-se de gestão ambiental.
2.5.2.- Indicadores de Gestão de Recursos Hídricos
Indicadores de escassez hídrica: Indicadores gerais de escassez hídrica são propostos
pela FAO (2002), denominados como “índices de disponibilidade hídrica social”, referindo-se à água disponível anualmente por pessoa (m³ /habitante/ano), o que é obtido pela razão dos recursos hídricos anuais renováveis e a população da região; aponta-se o valor limite de 1.000 m³ habitante/ano como indicador de escassez de água FAO (2003).
Indicadores de saúde e qualidade de vida: A Organização Mundial de Saúde (OMS)
indica a média de 80 litros/habitante/ dia como a quantidade de água ideal para sustentar a qualidade da vida humana.
A água doce pode ser um fator limitante para o desenvolvimento sustentável. O homem necessita, para a sua manutenção diária, cerca de 2 litros/ dia/ pessoa, porém o desenvolvimento tecnológico e a urbanização tornaram necessária uma oferta de 100 a 200 litros/ dia/ pessoa Rebouças et al., (2002). O que se pode constatar é que o homem, quanto mais melhora sua qualidade de vida e seu conforto, está cada vez mais incrementando o uso da água no dia-a-dia. O ideal a ser buscado é aliar o progresso de nossa civilização na busca da eficiência do uso e consumo desse recurso não renovável.
Indicador de retirada em excesso de água subterrânea: Para a avaliação do uso da
água subterrânea, Foster et al., (1991) desenvolveram indicadores de efeitos adversos, tanto de qualidade quanto de quantidade, com base em indicadores de difusibilidade de aqüíferos, armazenamento por recarga, observação de vegetação freatófita e intrusão de cunha salina, conforme resumido no (Quadro 2.10).
Indicadores
Ambientais Indicadores do excesso de abstração Fatores que afetam a sustentabilidade
Reversíveis
Aprofundar bombas /maior custo
Redução na vazão do poço Redução no fluxo básico das vazões de fontes e rios
Indicadores da difusibilidade * Rebaixamento abaixo do horizonte de
produção Modificações no armazenamento do aqüífero ** Reversível/ Irreversível *** Stress na vegetação freatófita Compactação do aqüífero / redução da transmissividade
Indicadores de depleção dos níveis de água
Compressão do aqüífero
Deterioração Irreversível
Intrusão de águas salinas Indicadores qualitativos (de
córregos ou aqüíferos sobrepostos) Subsidência e impactos
relacionados
Proximidade de águas salinas / contaminadas
Compressão vertical de camadas sobrepostas ou inter-camadas.
*Difusividade (T/S) - uma característica própria de um aqüífero onde se divide transmissividade (T) por armazenamento (S).
** Características do armazenamento do aqüífero (S/R). Definido como o Armazenamento (S) dividido pela média anual de recarga (R).
*** Reversível / Irreversível. Esses dois efeitos dependem das condições locais e do período durante o qual persiste um excesso de retirada; a resposta imediata para essa retirada é controlada por T /S e, em tempo mais longo, por S/R.
Quadro 2.10.- Indicadores para efeitos adversos em aqüíferos, baseados na difusibilidade para avaliação da retirada em excesso de água subterrânea. Modificado de Foster et al., (1991).
Os fatores que afetam a sustentabilidade, conforme proposto por Foster et al., (1991), são, muitas vezes, os próprios indicadores da não-sustentabilidade do sistema de extração.
Em princípio, indicadores devem permitir detectar situações não-sustentáveis, como a superexploração de aqüíferos, definida por Custódio (2002), como sendo a média da retirada de água maior ou próxima à recarga. Todavia, a avaliação de aqüíferos superexplorados é complicada por ser a água um recurso dinâmico e porque os componentes do balanço da água variam com o tempo, como mudança no padrão de chuvas, mudanças no uso e ocupação do solo ou, ainda, quando se avaliam as paleoreservas.
Indicador quantitativo baseado na observação dos níveis de água subterrânea de um reservatório: em Morris et al., (2003), é apresentado um indicador de forma gráfica para
avaliar a retirada de água de um reservatório, através da observação dos níveis de água subterrânea como um indicador de sustentabilidade (Figura 2.18). Em princípio, esses indicadores deveriam permitir detectar situações não-sustentáveis e superexploração de aqüíferos.
Figura 2.18.- Representação gráfica de indicador ambiental onde o reservatório subterrâneo é avaliado quando submetido à extração por poços tubulares. Modificado de Morris et al., (2003).
Indicador de qualidade devido à inversão de fluxo: Morris et al., (2003) avaliam que
situações decorridas de modificações do uso e ocupação do solo, principalmente quando da expansão urbana e busca de novos poços tubulares de melhor qualidade e/ou quantidade para uma região periférica, podem determinar um novo padrão de fluxo, diferente do original. As conseqüências podem ser mudanças nos indicadores ambientais de qualidade da água subterrânea, com o arraste de águas servidas (Figura 2.19).
Níveis de água
Período da leitura
R= Q - recargas = descarga natural / retirada R< Q – descarga natural e retirada excedem a recarga R= 0 – retirada na ausência de recarga (situação de zona árida)
N
ív
el
d
e
ág
ua
Período de leitura
Níveis de água Período da leituraR= Q - recargas = descarga natural / retirada R< Q – descarga natural e retirada excedem a recarga R= 0 – retirada na ausência de recarga (situação de zona árida)
N
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ua
Período de leitura
Níveis de água Período da leituraR= Q - recargas = descarga natural / retirada R< Q – descarga natural e retirada excedem a recarga R= 0 – retirada na ausência de recarga (situação de zona árida) Níveis
de água
Período da leitura
R= Q - recargas = descarga natural / retirada R< Q – descarga natural e retirada excedem a recarga R= 0 – retirada na ausência de recarga (situação de zona árida)
N
ív
el
d
e
ág
ua
Período de leitura
Figura 2.19. – Ilustração mostra o crescimento da mancha urbana e modificação na ocupação do solo, com captações de água subterrânea migrando para a periferia, poços abandonados e modificações no fluxo original das águas subterrâneas, conseqüência de vetores de contaminação por esgotos domésticos, rede pluvial, despejos industriais, entre outros impactos. Modificado de Morris et al., (2003).
Indicador de qualidade em regiões costeiras sujeitas à intrusão de cunhas salinas:
Citado em Morris et al., (2003), como indicador em regiões litorâneas, onde pode ocorrer um desequilíbrio devido ao aumento do número de poços, modificando a interface água doce / água salgada e provocando intrusão de cunhas salinas em direção ao continente (Figura 2.20).
Figura 2.20.- Indicador de qualidade mostrando o impacto provocado pelo excesso de bombeamento em sistemas aqüíferos litorâneos em duas condições: uma em equilíbrio e outra com bombeamento em excesso por novas obras de captação subterrânea. Modificado de Morris et al., (2003).
Indicador baseado na difusibilidade do aqüífero: Nessa mesma linha, Foster et al,.
(1991) avaliam a influência das características do aqüífero e sua sustentabilidade a indicadores ambientais devido ao impacto do bombeamento excessivo, baseando-se na definição de difusibilidade (Quadro 2.11). Essa estratégia, segundo os autores, pode ser feita com uma relação entre a transmissividade (T) e o coeficiente de armazenamento (S), conhecido como difusibilidade do aqüífero.
Susceptibilidade aos efeitos adversos
Fator Símbolo Unidades
Alto Moderado Baixo
Características de reposta do aqüífero T/S - 100.000 1.000 100 10 Características do armazenamento do aqüífero S/R - 0,1 0,01 0.001 0.0001 Rebaixamento permitido até o horizonte aqüífero s m 10 20 50 100 Profundidade do nível de água h m 2 10 50 200 Proximidade de interferências salinas L km 0,1 1 10 100
T transmissividade em (m²/dia): S Armazenamento (sem unidade): R taxa de recarga anual (mm/ano)
Quadro 2.11.- Fatores que afetam a sustentabilidade do aqüífero, com indicadores de efeitos adversos ao excesso de bombeamento. Modificado de Foster et al., (1991).
Indicador de quantidade e eficiência operacional, definido como colapso operacional: A situação de colapso operacional, definida por Muñoz et al., (2003),
caracteriza-se quando, ao longo do tempo, ocorre uma depleção contínua dos níveis de água subterrânea (estático e dinâmico) nos poços tubulares de um reservatório, sendo necessário aprofundar o grupo moto-bomba submersa (GMBS) e/ou aprofundar o próprio poço. Esse indicador operacional, tanto de caráter geral quanto por poços individuais, mostra uma tendência de depleção dos níveis de água do reservatório, declínio de vazões e, por conseqüência, aumento nos custos operacionais.
O desempenho ou produtividade dos poços componentes de um sistema de bombeamento reflete o desempenho do aqüífero. Nesse sentido, Heine et al.,(2005) detectaram o colapso de poços e os níveis continuamente decrescentes como indicadores de superexploração do SAG em Ivoti (RS).
2.5.3.- Indicadores de Gestão Ambiental
A sustentabilidade pode ser analisada no balanço hídrico das bacias hidrográficas, na sustentabilidade da produção de grãos e na sustentabilidade econômica e social. Essas possibilidades de sustentabilidade prolongam-se na escala do tempo e dependerão do respeito aos recursos naturais, da aplicação dos avanços tecnológicos e da implantação de mecanismos de controle e proteção, segundo Rebouças et al., (2002).
Indicador de gestão ambiental com base no balanço de massa com conceito de descarga residual para preservação do meio ambiente: Kalf & Woolley (2005),
desenvolveram uma metodologia para avaliar os efeitos de uma extração de água e sua interferência no Balanço de Massa, equilíbrio entre recargas e descargas do sistema, de forma a assegurar as condições mínimas das demais atividades para preservação do meio ambiente (Quadro 2.12).
Taxa de
recarga Taxa total de extração (bombeamento)
Condição Taxa de
infiltração descarga Taxa de extração Taxa de
Condições naturais R n = Dn Zero
Indicador de extração de um reservatório em condição sustentável em um tempo ts R n = Drs + Bc Indicador de extração de um reservatório em condições de mineração Rn < Drs + Bc
Onde: Rn = recarga natural
Drs = descarga residual sustentável Bc = taxa de bombeamento
Quadro 2.12.-Indicadores de gestão ambiental para água subterrânea, para avaliar o equilíbrio entre recarga e extração. Modificado de Kalf & Woolley (2005).
A gestão da água subterrânea, em muitos continentes, teve progresso principalmente na segunda metade do último século, demonstrando que passou de um regime virtual para
controlado. A mudança foi decorrente da ênfase na definição de exploração para gestão do recurso Kalf & Woolley (2005).
As águas subterrâneas estão intimamente relacionadas às águas superficiais, como no ciclo hidrológico do nosso planeta, por isso, os recursos hídricos superficiais, tanto em qualidade quanto em quantidade, fazem parte desta análise.
Indicadores socioeconômicos e ambientais (Zeebra): Como indicador de gestão
ambiental, segue os princípios do desenvolvimento sustentável preconizados pela Agenda 21, aprovada durante a Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável em 1992. No Capítulo 18, refere-se que a “água é necessária em todos os aspectos da vida. O objetivo geral é garantir o suprimento adequado da água de boa qualidade para manter a vida humana, preservando as funções hidrológicas, biológicas e químicas dos ecossistemas, adaptando, assim, as atividades antrópicas com o limite da capacidade da natureza, e combater vetores de doenças relacionadas à água”.
Essa análise mais ampla é obtida pela interação dos fatores socioeconômico e ambiental, através do software desenvolvido por Hansen (2001). Propõe-se uma análise integrada desses fatores, por meio de um amplo cadastro de informações e ponderação dos fatores. Esse método de abordagem foi efetivado por esse autor através do software ZEEBRA – Zoneamento Econômico Ecológico.
Neste início do século XXI, a sustentabilidade da economia encontra limites claros na capacidade de regeneração e absorção da natureza, forçando os tomadores de decisão a considerarem as interações estabelecidas entre as esferas ambiental, social e econômica. Para se compreender melhor essa interação, cada vez mais, são necessárias informações cientificamente coletadas, analisadas e interpretadas. A viabilidade de um desenvolvimento sustentável deve ser avaliada, medida e analisada com todo o ferramental de que se dispõe, incluindo-se os indicadores e índices ambientais, sociais e econômicos integrados.
Merico (2001), enfatiza que uma estratégia eficaz de política ambiental pode basear-se na definição de indicadores ambientais que permitam um mínimo de avaliação constante do nível de sustentabilidade do processo econômico e social. A construção desses indicadores pode subsidiar a implantação de políticas públicas associadas às melhorias dos padrões avaliados. Segundo Bollmann (2001), a prática tem mostrado que a ação de medir, como um instrumento indispensável para operacionalizar a implementação de políticas norteadoras do
desenvolvimento humano, auxilia tanto os decisores quanto os cidadãos comuns a conceitualizar objetivos, estudar alternativas, fazer escolhas e ajustar dinamicamente as políticas e objetivos baseados na avaliação do seu estado atual.
Segundo Hansen (2001), os índices são os produtos sintetizados a partir de vários indicadores a fim de retratar o meio em análise de uma maneira simplificada, bem como de aplicar e obter respostas rápidas e eficazes que permitam comparar locais sob distintos pontos de vista. A uniformização e validação de indicadores de uso comum proporcionam uma visão genérica da variabilidade dos aspectos sociais, ambientais e econômicos. O estabelecimento de índices numéricos e descritivos (conceituais) de sustentabilidade auxilia no processo da gestão ambiental, norteia as ações das políticas a serem adotadas e orienta a melhor aplicação dos recursos públicos nas unidades de planejamento.
2.5.4.- Análise de Sustentabilidade por Aproximações Numéricas
Embora uma análise ampla seja necessária, conforme indicado por inúmeros autores, a avaliação da sustentabilidade física das reservas é imprescindível e talvez seja a única forma de obtenção de dados quantitativos para a gestão do aqüífero. A integração dos modelos analíticos com os demais dados socioeconômicos e ambientais é uma forma de obter-se uma base sólida para a gestão plena do aqüífero em todos os seus aspectos. Os modelos analíticos são normalmente elaborados para a execução de balanços de entradas e saídas de água do sistema subterrâneo, o que permite análises temporais e prognósticos.
2.6.- Balanço Hídrico
O balanço hídrico diz respeito ao ciclo hidrológico, analisando-se variáveis como a precipitação, a evapotranspiração, o escorrimento superficial e a infiltração no subsolo.
A disponibilidade da água depende da distribuição das precipitações, que muitas vezes ocorrem de forma irregular nas diversas regiões do planeta, provocando situações de excedente hídrico, quando a relação precipitação (P) menos evapotranspiração potencial (ETP) é positiva, e de déficit, quando essa relação (P-ETP) é negativa. Esses valores são avaliados através do Balanço Hídrico.
2.6.1.- Balanço das Reservas Subterrâneas
A água subterrânea pode ser retirada de forma permanente e em volumes constantes, por muitos anos, desde que a extração esteja condicionada a estudos prévios do volume armazenado e das condições climáticas e geológicas de reposição DRM (2003).
Um método para avaliação da dinâmica da água de um reservatório foi desenvolvido por Kalf & Woolley (2005), aplicando o conceito de balanço das reservas subterrâneas, no qual se parte de uma condição teórica de equilíbrio entre a recarga (R) e a descarga (D) (Figura 2.21).
Figura 2.21. – Esquema representativo de um reservatório em equilíbrio. Modificado de Kalf & Woolley (2005).
Recarga (R) – Descarga (D) = Mudanças no Armazenamento (S), (∆S) R = recarga L³/T-1(entradas no sistema: precipitações, contribuições laterais)
D = descarga L³/T -1 (saídas do sistema: fontes, evapotranspiração, drenos, poços)
Em uma condição de equilíbrio, a recarga (R) deve suprir a taxa de extração máxima (Bc), mais uma descarga residual (Drs). A taxa de extração (Bc) é definida como a taxa máxima de extração sustentável de um reservatório em um determinado tempo (td). Kalf & Woolley (2005) (Figura 2.22).
A descarga natural é superior à descarga residual de um reservatório quando este está sendo submetido a uma extração. A descarga residual é denominada de sustentável (Drs) quando não há aumento da depleção do aqüífero. Os valores da descarga residual são avaliados sob enfoque ambiental, com vistas à determinação das descargas mínimas para a manutenção do equilíbrio dos ecossistemas de superfície.
Na condição de equilíbrio dinâmico, o volume mínimo da recarga ou taxa de infiltração (R) deve ser suficiente o bastante para equilibrar os volumes de água das descargas totais do reservatório, sendo composto da descarga residual sustentável (Drs), mais as taxas de extração por bombeamento (Bc). Essa condição resulta em um nível potenciométrico onde não haverá acréscimo de armazenamento ou depleção do reservatório. Pode-se, em função de um bom conhecimento da geologia e das propriedades hidráulicas do reservatório, definir uma linha imaginária como a máxima depleção do armazenamento (Sd), estabelecendo-se, assim, a taxa de extração máxima sustentável desse reservatório (Bc), (Figura 2.22).
Figura 2.22.- Reservatório em uma condição de extração sustentável Kalf &Woolley (2005), onde mostra Ss, linha hipotética de armazenamento sustentável, reservatório em equilíbrio com a taxa de bombeamento (Bc), o Sd é uma linha imaginária denominada de máxima depleção, o Sm faixa hipotética onde o armazenamento do reservatório cede água das reservas permanentes (extração não equilibrada ou mineração das reservas), e o Sr corresponde a fase critica de uma extração desequilibrada, onde a água retirada das reservas permanentes é irrecuperável
2.7.- Modelos Matemáticos em Hidrogeologia
Os modelos são ferramentas fundamentais para o planejamento e previsão de situações reais. Um exemplo simples é um mapa rodoviário, que é um modelo em papel da malha viária de uma região. Através do exame desse mapa, podem ser planejadas previamente diversas rotas (simulações) para se alcançar um destino. Essas informações são tanto mais preciosas quanto mais detalhado for o mapa. Portanto, modelos são representações simplificadas de uma situação real e, como tal, têm suas limitações. Um modelo matemático será uma representação através de equações matemáticas. No caso da hidrogeologia, são utilizadas as equações que regem o fluxo subterrâneo, Feitosa et al., (1997).
O modelamento de água subterrânea é uma ferramenta poderosa que serve a múltiplos propósitos, como organizar os dados hidrogeológicos, hidrológicos e quantificações, bem como conhecer os sistemas aqüíferos e as previsões e respostas dos reservatórios subterrâneos condicionadas por suas recargas e retiradas através dos poços. Deve-se ter em mente que modelos são ferramentas empíricas, mas que são usadas por um grande número de modeladores em todo o mundo, principalmente para gerenciamento de água subterrânea (Corbe and Benthke 1992; Gomboso et al., 1996; Gnanasundar & Elango 2000; Selroos et al., 2002; Senthilkumar & Elango 2004). Os modelos matemáticos são úteis para realizar análises complexas e permitem aos hidrogeólogos estender a sua compreensão sobre o comportamento dos recursos hídricos subterrâneos e, assim, fundamentar seu planejamento.
Os modelos computacionais podem ser divididos em modelos de fluxo e modelos de transporte de massas, que, segundo Vives et al., (2005), são utilizados para:
• Compreensão dos processos físicos de forma quantitativa;
• Identificação de aspectos que requerem maior investigação;
• Demonstração a pessoas que não possuem a “expertise” no assunto;
• Desenho e melhoramento das redes de observação;
• Simulação de respostas, predição;
• Desenho de programas de recuperação de aqüíferos; e
• Outros – explotação, controle de cunha salina, geotécnica, etc.
O mesmo autor refere-se ao uso de modelos para aqüíferos em explotação para:
• Analisar o comportamento do aqüífero frente a outras ações externas (complexas) e
• Aproximar o comportamento do aqüífero de uma forma de manejo em um modelo