Modelagem da vulnerabilidade à contaminação de aquíferos livres em região hidrográfica do semiárido baiano explorada pela agroindústria
Ana Isabel Leite Oliveira1
Washington de Jesus Sant’Anna da Franca-Rocha2 1 Universidade do Estado da Bahia – UNEB
CEP 48700-000 - Rua Álvaro Augusto, 897 – Ginásio - Serrinha – BA, Brasil isanaleite@hotmail.com
2
Universidade Estadual de Feira de Santana - UEFS
CEP 44.036 – 900 Campus Universitário - Feira de Santana – BA, Brasil wrocha.br@gmail.com
Abstract. The model of vulnerability to groundwater contamination was prepared for the upper basin excerpt Paraguaçu, Bahia state, using the index GOD, in order to indicate areas suitable for the introduction of contaminant loads due to the intense use of land by agricultural use, as well as a subsidiary instrument to generate spatial planning that integrates the groundwater resources. For this purpose, we used data from wells drilled and geological mapping together raised the state public agencies, and properly processed in the environment consisted of Geographic Information Systems (GIS) to obtain three Information Plans (IPs): (a ) the degree of confinement of the aquifer, identified as free by the analysis of stratigraphic profiles, (b) the occurrence of strata of coverage based on pre-mapped rock units, and (c) distance from the groundwater to the surface, obtained by analysis of data points adjacent to the static level in drilled wells. The result of modeling performed by the superposition of these PIs in algebra cumulative indices showed varying from 0.42 to 0.63, meaning that the aquifer has medium and high vulnerability, the latter corresponding to approximately 96% of its total length. It is hoped that this research be useful in sustainable environmental management, supporting policies for conservation of groundwater resources, as provided for in national legislation.
Palavras-chave: GIS, vulnerability, groundwater, SIG, vulnerabilidade, água subterrânea.
1. Introdução
A identificação de áreas vulneráveis, nas quais o uso do solo apresente perigo de contaminação ao recurso hídrico subterrâneo, é indispensável para o estabelecimento de ações prioritárias que visem à sustentabilidade. Dentre alguns desses usos destaca-se a atividade agrícola, cuja introdução de nutrientes, agrotóxicos, fertilizantes, pesticidas pode comprometer sua qualidade.
O termo contaminação de aqüíferos é compreendido por Hirata e Fernandes (2008) como sendo a degradação das águas subterrâneas, ocasionada pela perda de qualidade da água potável, isto é, quando esta apresenta níveis de concentração de substâncias nocivas superiores aos padrões de qualidade estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde (OMS).
A investigação da contaminação de aquíferos perpassa pelo estudo de vulnerabilidade destas unidades geológicas armazenadoras e transmissoras de água. Neste contexto, Aller et al. (1987) e Foster e Hirata (1993), definem vulnerabilidade como a sensibilidade de um aquífero, determinada apenas por suas características intrínsecas, de ser afetado por uma carga contaminante de origem antrópica. Assim, uma maior vulnerabilidade corresponderá à maior facilidade de acesso hidráulico do contaminante à zona saturada, o que depende das características do aquífero.
Considerando que os aquíferos, em função de suas características naturais, podem apresentar diferentes níveis de susceptibilidade à inserção de cargas contaminantes, o objetivo geral estabelecido foi o de modelar a vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea no alto trecho da bacia do Paraguaçu.
O estudo realizado abrange parcialmente três municípios circunscritos no polígono que delimita o semiárido baiano: Mucugê, Ibicoara e Barra da Estiva, no interior da bacia do Paraguaçu. A área de estudo situa-se entre as latitudes 12°40’N e 13°40’S e longitudes 41º15’E e 41º39’W, no centro do estado da Bahia, com aproximadamente de 1.765 Km2 de extensão como mostra a Figura 1.
Figura 1. Localização do alto trecho da bacia do Paraguaçu, estado da Bahia.
Esta área é reconhecida regionalmente como eixo Mucugê-Ibicoara, em função do amplo uso agrícola do solo, intensificado e diversificado a partir de 1980 (SRH, 2003). Atualmente, agricultores de médio e grande porte contam com o apoio técnico privado especializado e tecnologia de ponta, a exemplo dos inúmeros pivôs centrais instalados nas propriedades. 2. Materiais, métodos e técnicas
A modelagem da vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, apoiando-se no levantamento de referenciais teóricos, partiu da compilação de dados cartográficos, seguidos da escolha do método e das técnicas, bem como na organização da base de dados georeferenciados para sua implementação.
Com base nos relatórios de mapeamento das folhas SD.25-V-A-V (Lençóis) e SD-24-V-C-II (Mucugê), executado pela Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM), verifica-se ser esta uma área totalmente sedimentar, de natureza terrígena (Bomfim e Pedreira, 1990). Com aproximadamente 1.765 Km2, cerca de 72,88% , há ocorrência de formações superficiais, de idade Quaternária. Os depósitos aluvionares, sedimentos originados do trabalho da água sobre a superfície durante o Holoceno, são encontrados em 10,09% da região. Já os arenitos, descritos como bem selecionadas, intercalados por lentes de pelito, ocorrem em 4,26 % da área, enquanto que sequência metasiltítica-arenítica encontra-se
representada em 9,81%, sendo ambos os depósitos do Grupo Paraguaçu, datados do Paleoproterozóico-Mesoproterozóico.
Quanto ao contexto hidrogeológico, apresentando como base principal as características litológicas das rochas, o Mapa de Domínios/Subdomínios Hidrogeológicos do Brasil (CPRM, 2007), classifica os aquíferos existentes na região hidrográfica do Alto Paraguaçu como aquíferos porosos e aquífero misto.
2.1 O método
Os princípios do GOD, proposto por Foster e Hirata (1988) e aperfeiçoado por Foster et al. (2002), nortearam os procedimentos práticos. O método GOD considera a sensibilidade de contaminação do aquífero através da avaliação de três parâmetros referentes à capacidade de atenuação e inacessibilidade hidráulica dos poluentes (FOSTER et al., 2003). Cada parâmetro, conforme Figura 2, corresponde à letra inicial que denomina o método, como segue:
a) Groundwater hydraulic confinement, corresponde ao grau de confinamento do aquífero;
b) Overlaying strata, refere-se ao tipo de litologia encontrada na zona não saturada; c) Depth to groundwater table, corresponde à profundidade do nível d’água.
Figura 2. Sistema para avaliação do índice de vulnerabilidade do aquífero: método GOD. FONTE: Foster et al. (2002).
A indexação de cada um dos parâmetros é definida pelo cenário natural hidrogeológico. Para obtenção do índice de vulnerabilidade multiplicam-se os valores de indexação dos três parâmetros, cuja variação dos resultados demonstrará as classes de vulnerabilidade do aquífero investigado. Quanto mais próximo a 1, maior é a sua vulnerabilidade. As classes geradas são qualificadas como: insignificante, baixa, moderada, alta e extrema.
2.2 As técnicas
Quadro 1. Descrição das técnicas, materiais e procedimentos executados nas etapas metodológicas.
ETAPAS TÉCNICAS MATERIAIS PROCEDIMENTOS
DELIMITAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO a) - Modelagem hidrográfica. a) - Modelo Digital de
Elevação (MDE): folhas 12-42 e 13-42 do Projeto TOPODATA (INPE, 2008);
b) - Rede de drenagem da
cartografia sistemática estadual (SEI, 2001).
a) - Mosaicagem do MDE;
b) Recondicionamento e correção do
MDE;
c) - Obtenção da direção e acúmulo
de fluxo superficial;
d) - Extração da rede de drenagem e
divisão por trecho;
e) - Identificação do exutório da
região hidrográfica de interesse e discretização da área.
ORGANIZAÇÃO DA BASE DE DADOS
a) - Captura de dados
por digitação e scanner;
b) -
Georeferencia-mento;
c) Representação de
dados raster;
d) - Validação
topológica dos dados vetoriais.
a) - Dados de poços perfurados
(CERB, CPRM e SRH);
b) - Geologia (GIS BRASIL,
2003); c) Hidrogeologia (CPRM, 2007); d) - Cartografia Estadual Sistemática (SEI, 2001); e) - Folha Livramento do Brumado (CPRM, 1984); f) - Folha Seabra (CPRM, 1999). a) - Conversão de dados
alfanuméricos e analágicos para o formato digital;
b) - Atribuição do sistema de
coordenada UTM e datum SIRGAS 2000;
c) - Atribuição do mesmo número
de colunas (5147), o mesmo número de linhas (3751) e mesma resolução espacial (30 metros) aos dados raster;
d) - Análise das conexões entre os
objetos espaciais. OBTENÇÃO DOS PIs G c) - Análise visual do perfil de poços perfurados. a) - Fichas cadastrais de
perfuração de poços da CERB.
a) - Investigação da presença ou
ausência de camadas confinantes.
O a) - Análise visual do perfil de poços perfurados; b) - Reclassificação. a) - Fichas cadastrais de
perfuração de poços da CERB;
b) - Folha Livramento do
Brumado (CPRM, 1984) e Folha Seabra (CPRM, 1999).
a) - Investigação do material de
cobertura em perfis estratigráficos;
b) - Atribuição do índice GOD por
unidade litológica.
D
a) - Análise de
contiguidade;
b) - Reclassificação.
a) - Dados de poços perfurados
(CERB, CPRM e SRH).
a) - Interpolação por krigagem
ordinária e ajuste do modelo experimental à função exponencial;
b) - Atribuição do índice GOD por
classe de profundidade do NE.
INTEGRAÇÃO DOS MODELOS a) - Álgebra de Mapas. a) - Planos de Informações derivados em SIG.
b) - Multiplicação ponderada dos
PIs.
3. Discussão e análise dos resultados
A implementação da modelagem depende da elaboração de todos os PIs ou mapas temáticos, correspondentes ao grau de ocorrência da água subterrânea (G), ocorrência de estratos de cobertura (O) e distância do nível freático em relação à superfície (D), os quais foram posteriormente superpostos com uso de operadores aritméticos.
Como pode ser observado, o grau de confinamento da água subterrânea, o qual indica o nível de acessibilidade hidráulica da zona saturada, na região hidrográfica do Alto Trecho da Bacia do Paraguaçu foi considerado não confinado, conforme indicado pela interpretação dos dados dos poços perfurados.
Destacamos que diante desta constatação não houve necessidade de gerar um plano de informação para inserção deste parâmetro na álgebra de mapas, visto que seu valor de indexação é igual a um (1), o que não atribui variações ao resultado.
Quanto a atribuição do índice para o material localizado na zona não saturada, o método considera a variação do teor de argila nos estratos de coberturas, por possuir capacidade de atenuação dos contaminantes, bem como características de permeabilidade e porosidade, primária e secundária, assim como a importância conferida ao grau de fissuração. Isto porque, a existência de tais estruturas facilita a condução de contaminantes para o aquífero. Nestas condições, o ambiente torna-se ainda mais susceptível quando a zona fraturada possui descontinuidades interconectadas.
Uma análise dos dados de perfuração existentes e a representação destas unidades em escala 1:250.000, permitiu utilizar com segurança mapeamentos pré-existentes. As unidades litológicas foram então reclassificadas, recebendo cada pixel valor o índice GOD correspondente às características do material litológico, como demonstrado na Figura 3.
Figura 3. Unidades geológicas indexadas conforme proposta do método GOD.
A indexação das unidades litológicas indicou alta vulnerabilidade para este parâmetro. O menor índice foi atribuído aos pelitos, de baixa ocorrência na área, enquanto que, no outro extremo, as coberturas sedimentares, predominantes na região hidrográfica do Alto Paraguaçu, conferem alta suscetibilidade.
No que se refere a distância do nível freático em relação à superfície, assim como as propriedades da camada não saturada, influencia no tempo necessário para que um contaminante alcance o aquífero. A análise dos dados de poços perfurados para captação de água em subsuperfície conduziu ao uso do estimador de krigagem ordinária, com ajuste do modelo experimental à função exponencial (Oliveira et al., 2011).
O modelo obtido, como mostra a Figura 4, conserva o mínimo e o máximo dos valores amostrais. A menor distância do nível freático para a superfície é de 0,2 metros, enquanto que a maior não ultrapassa 20 metros. Na área é predominante a profundidade do nível estático entre 5 metros e 10 metros. À medida que se avança para o sul da área a litologia sofre variação, passando das coberturas recentes para rochas do Grupo Paraguaçu, variando consequentemente a profundidade do lençol freático.
Figura 4. Modelo de predição da superfície freática do alto trecho da bacia do Paraguaçu. A superposição dos planos de informação realizada por análise algébrica cumulativa resultou no modelo de vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, apresentado na Figura 5. No qual, cerca de 1.692 Km2, o que corresponde à 96% do total da área possui alta vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, enquanto que apenas 73 Km2, o que representa 4%, possui média vulnerabilidade.
Figura 5. Modelo da Vulnerabilidade à contaminação de aquífero no alto trecho da bacia do Paraguaçu.
Constatou-se assim, que esta é uma área de alta permeabilidade, cujo constituinte preponderante do material de cobertura é arenoso e o lençol freático, com profundidade máxima de 20 metros, minimiza o tempo de percurso de uma eventual carga contaminante até a área saturada. Embora, também ocorra material argiloso, com variação de teor a depender do local, a proporção é baixa para oferecer boa atenuação de contaminantes.
Como na atividade agrícola um dos principais contaminantes é o nitrato e este, segundo Filho (2008), apresenta alta mobilidade, constata-se que esta é uma área que desperta preocupação, pois conjuga predominantemente aquíferos de alta vulnerabilidade com atividade agrícola intensiva. De tal forma, se faz necessário, e mesmo urgente, maior controle de uso do solo.
4. Considerações finais
Procedimento amplamente difundido, que vem agilizando e facilitando os estudos hidrogeológicos, as técnicas de geoprocessamento em ambiente SIG foram aplicadas para modelar a vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, no Alto Trecho da Bacia do Paraguaçu, na qual a expansão da atividade agrícola conduziu à percepção da necessidade de elaboração de instrumentos que subsidie a inserção dos aquíferos na gestão ambiental.
A partir dos dados de poços perfurados e mapa de unidades litológicas, devidamente consistidos, três planos de informação foram gerados: a condição de ocorrência da água subterrânea, a ocorrência de estratos de cobertura e a distância do nível da água em relação à superfície, segundo parâmetros estabelecidos pelo método GOD.
O grau de ocorrência da água subterrânea foi reconhecido como não confinando, a ocorrência de estratos de cobertura manteve-se dentro do intervalo correspondente à alta vulnerabilidade e a distância do lençol freático em relação à superfície terrestre apresentou níveis variando, predominantemente, entre 5 a 10 metros.
A integração destes parâmetros GOD, efetuada por álgebra de mapas, resultou em um modelo de vulnerabilidade à contaminação com duas categorias: (a) média vulnerabilidade, abrangendo cerca 73 Km2, ou seja, 4% do total da área e (b) alta vulnerabilidade, aproximadamente 1.692 Km2, o correspondente à 96% do Alto Trecho da Bacia do Paraguaçu.
A predominância da alta vulnerabilidade à contaminação do aquífero impõe restrições para a o uso do solo. Essa é uma área com alto potencial de inserção de cargas contaminantes pela atividade agrícola, as quais devem ser investigadas quanto a natureza dos produtos utilizados, suas propriedades de mobilidade e persistência, gerando mapas de perigo e prioridade de ação para controle de contaminação.
Pode-se avaliar que esta investigação deve integrar propostas de ordenamento territorial, considerando os usos atuais e futuros, orientar o licenciamento ambiental para a instalação de novas atividades e continuidade dos empreendimentos já instalados, promover a fiscalização e monitoramento ambiental, a orientação quanto ao manejo sustentável do solo visando a não inserção de cargas poluentes para o meio aquífero, subsidiando assim, a gestão dos recursos hídricos na região.
5. Agradecimentos
Os autores agradecem à CAPES concessão de bolsa de mestrado ao primeiro autor, ao PPGM e ao INGÀ pelo apoio à execução do projeto. Referências especiais são registradas a CBPM e CPRM, aos órgãos estaduais que gentilmente cederam os dados para execução da pesquisa.
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