Água subterrânea na bacia experimental de Aiuaba-CE

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. JOSÉ EDBERTO DA SILVA. ÁGUA SUBTERRÂNEA NA BACIA EXPERIMENTAL DE AIUABA-CE. FORTALEZA 2008.

(2) José Edberto da Silva. ÁGUA SUBTERRÂNEA NA BACIA EXPERIMENTAL DE AIUABA-CE. Dissertação submetida à Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Área de Concentração: Recursos Hídricos da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil. a. a. Orientadora:Prof . Dr .Carísia Carvalho Gomes. FORTALEZA 2008 ii.

(3) S58a. Silva, José Edberto da Água subterrânea na bacia experimental de Aiuaba-CE / José Edberto da Silva, 2008. 176 f.. ; il.; enc. Orientadora: Profa. Dra. Carísia Carvalho Gomes Área de concentração: Recursos Hídricos Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Fortaleza, 2008. 1. Recursos hídricos. 2. Águas subterrâneas. 3. Aqüíferos. 4. Balanço hidrológico. I. Gomes, Carísia Carvalho. (Orient.). II. Universidade Federal do Ceará, Programa de Pós – Graduação em Engenharia Civil. III. Título. CDD 627. iii.

(4) JOSÉ EDBERTO DA SILVA. ÁGUA SUBTERRÂNEA NA BACIA EXPERIMENTAL DE AIUABA-CE. Dissertação submetida à Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Área de Concentração: Recursos Hídricos da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil. .. Aprovada em ___/____/____. BANCA EXAMINADORA. __________________________________________ Profa. Dra.Carísia Carvalho Gomes (Orientadora) Universidade Federal do Ceará - UFC. __________________________________________ Profº. PhD. Marco Aurélio Holanda de Castro Universidade Federal do Ceará - UFC. __________________________________________ Profo.Dr. George Leite Mamede Universidade Federal Rural do Semi-Árido (RN) - UFERSA. iv.

(5) À memória de meu pai, que nos deixou cedo, mas o suficiente para uma admiração por toda vida.. v.

(6) AGRADECIMENTOS. •. Aos professores do DEHA (Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental), principalmente a Profa Carísia Carvalho Gomes pela paciência e pela competente orientação no desenvolvimento da pesquisa.. •. Ao Geólogo Walber Cordeiro, pelos ensinamentos de campo e noites mal dormidas.. •. Aos colegas de turma do Mestrado.. •. A bibliotecária, Sra Umbelina, pela importante ajuda no manuseio do material didático para a pesquisa.. •. Ao Sr Tico e Sra Socorro, pela ajuda no campo, onde se realizaram as pesquisas.. •. Ao Profo Itabaraci e ao Thiago, do Laboratório de Geologia Marinha, pelo empréstimo de equipamentos.. •. Ao Profo. José Carlos, pelo incentivo.. •. Ao topógrafo Francisco Saulo, pela ajuda no nivelamento topográfico em Aiuaba.. •. Ao Carlos, Roberto, Ana, Davi, Francisco e Eduardo, do Laboratório de Mecânica dos Solos, pela ajuda nos ensaios de laboratório.. •. Ao Wilmar, pelo apoio e incentivo.. •. A minha família, pela compreensão, apoio e incentivo, nos momentos mais difíceis.. •. A FUNCAP, pelo apoio financeiro.. vi.

(7) “A possibilidade de aprender é muito mais ampla do que a possibilidade de ensinar” Guillermo Orozco Gómez vii.

(8) RESUMO. A Bacia Hidrográfica Experimental de Aiuaba (BEA), está situada dentro da Estação Ecológica de Aiuaba, no município de Aiuaba, Estado do Ceará, portanto, livre da ação antrópica (fertilizantes, fontes de poluição, impactos, etc). O fluxo subterrâneo em meio poroso e fraturado é pouco conhecido na região. Para o seu estudo, foi realizado um levantamento geofísico utilizando o método “Very Low Frequency” (VLF), para identificar os tipos de fraturas existentes nas rochas da região, como também permitir visualização das suas profundidades e extensões. Este levantamento foi utilizado também para localizar os poços perfurados na região e mostrar as características geológicas das rochas pesquisadas. Vários poços foram perfurados pela Superintendência de Obras Hidráulicas (SOHIDRA), com o apoio técnico da Companhia de Recursos Minerais – Serviços Geológicos do Brasil (CPRM). As águas destes poços, na maioria das vezes, apresentam salinidade elevada, com exceção de alguns deles, situados na Bacia da Gameleira, nas proximidades da BEA. As águas salinas são utilizadas para irrigação e para consumo de animais, enquanto que as águas de boa qualidade, são para o consumo humano. Para o cálculo do balanço hídrico da BEA foi realizada uma análise criteriosa do comportamento do aqüífero fraturado. A direção e sentido da parcela relativa ao fluxo subterrâneo foram determinados a partir de dados dos poços coletados, associados aos estudos topográficos no mesmo local dos perfis do VLF. O solo sobreposto às rochas possui características semelhantes ao material que preenche as fraturas. Foram realizados alguns ensaios, tais como: ensaio petrográfico na rocha, de permeabilidade e de granulometria no solo e físico-químicos nas águas dos poços da região, comprovando as hipóteses levantadas. O valor da condutividade hidráulica dos aqüíferos, em média, é de aproximadamente 1,61 x 10-2 m/h.. Palavras-chave: Água Subterrânea. Aqüífero Fraturado. Balanço Hídrico.. viii.

(9) ABSTRACT Experimental Hydrografic Basin of Aiuaba (BEA) is located inside of the Aiuaba Ecological Station, in Aiuaba city, State of Ceará, therefore, without antropic action (fertilizing, pollution sources, impacts, etc). The underground flow in porous and fractured medium is unknown in the region. For its study, a geophysical study was executed using the “Very Low Frequency” (VLF) method to identify the types of existing rocks fractures in the region, as well to allow to visualization of its depths and extensions. This study was also used to locate the wells in the region to show the geologic characteristics of the rocks. Some wells had been perforateed by the Superintendência de Obras Hidráulicas (SOHIDRA), with the technician support of the Companhia de Recursos Minerais – Serviços Geológicos do Brasil (CPRM). The water of these wells, most of the time, presents high salinity, with exception of some of them, situated in the Gameleira Basin in neighborhoods of BEA. The saline water is used for irrigation and animals consumption, whereas good quality water is for the human consumption. For the calculation of BEA water balance was made a multicriteria analysis of the fractured aquifer behavior. The direction and course of underground flow had been determined from data of the wells, associated to the topographical studies, in the same local, of the VLF profiles. The soil overlapping to the rocks has similar characteristics to the material that fills the fractures, It was made some tests, such as: petrografic in the rock, permeability and granulometric in the soil and physicist-chemistries in wells water of the region, proving the raised hypotheses. The value of the aquifers hydraulic conductivity, on average, is approximately 1.61 x 10-2 m/h.. Keywords: Groundwater. Fractured aquifer. Water balance.. ix.

(10) LISTA DE FIGURAS Pag.. FIGURA 1 - Localização do Município de Aiuaba-CE........................................................21 FIGURA 2 - Potencial Total da água (PTA).........................................................................25 FIGURA 3 - Potencial Total da água (PTA) em um copo de água......................................25 FIGURA 4 - Potencial total em um poço..............................................................................25 FIGURA 5 - Fluxo Vertical e Horizontal em aqüiferos........................................................26 FIGURA 6 - Movimento da água em áreas de descarga.......................................................26 FIGURA 7 - Lei de Darcy.....................................................................................................27 FIGURA 8 - Direção do fluxo em aqüíferos.........................................................................27 FIGURA 9 - Aparelho VLF..................................................................................................36 FIGURA 10 - Bloco esquemático do comportamento de falhas...........................................36 FIGURA 11 - Esquema dos Permeâmetros............................................................................38 FIGURA 12 - Amostra para Ensaio de Granulometria..........................................................38 FIGURA 13 - Ensaio de Granulometria com sedimentação..................................................39 FIGURA 14 - 14 Variáveis de um teste de bombeamento.....................................................40 FIGURA 15 - Dispositivos para medição de vazão em teste de bombeamento.....................41 FIGURA 16 - Medidor de nível elétrico.................................................................................42 FIGURA 17 - Sensor de nível e sensor de pressão................................................................42 FIGURA 18 - Armazenamento de água no solo....................................................................48 FIGURA 19 - Definição de termos de orientação espacial de estruturas..............................49 FIGURA 20 - Família de planos de fraturas paralelos interceptados por uma linha de varredura .....51 FIGURA 21 - Tipos de espaçamentos.....................................................................................51 FIGURA 22 - Espaçamentos representados de forma bidimensional.....................................52 FIGURA 23 - Abertura de uma fratura..................................................................................52 FIGURA 24 - Localização de Aiuaba....................................................................................55 FIGURA 25 - Vegetação em Aiuaba.....................................................................................59 FIGURA 26 - Mapa geológico de Aiuaba.............................................................................60 FIGURA 27 - Xistosidades no solo e direção de fraturamento.............................................61 FIGURA 28 - Levantamento topográfico..............................................................................64 FIGURA 29 - Curvas de Níveis na BEA...............................................................................64 FIGURA 30 - Curvas de níveis..............................................................................................65 FIGURA 31 - Fraturas nas rochas..........................................................................................67 x.

(11) FIGURA 32 - Poço Luiz Eudo no momento do teste de vazão..............................................68 FIGURA 33 - Perfil do Poço Luiz Eudo.................................................................................69 FIGURA 34 - Preparação do Corpo de Prova.........................................................................70 FIGURA 35 - Aferição da amostra.........................................................................................70 FIGURA 36 - Assentamento do corpo de prova sobre a base do permeâmetro.....................70 FIGURA 37 - Compactação do corpo de prova com a base do permeâmetro.......................71 FIGURA 38 - Anel metálico..................................................................................................71 FIGURA 39 - Preenchimento com brita do anel metálico ....................................................71 FIGURA 40 - Saturação da amostra.......................................................................................71 FIGURA 41 - Esquema formado pelo Permeâmetro com Bureta..........................................72 FIGURA 42 - Perfis executados com o VLF .........................................................................77 FIGURA 43 - Perfil 0193......................................................................................................79 FIGURA 44 - Perfil 0194.......................................................................................................79 FIGURA 45 - Perfil 0195.......................................................................................................79 FIGURA 46 - Perfil 0196.......................................................................................................80 FIGURA 47 - Perfil 0197.......................................................................................................80 FIGURA 48 - Perfil 0198.......................................................................................................80 FIGURA 49 - Perfil 0199.......................................................................................................81 FIGURA 50 - Perfil 0200.......................................................................................................81 FIGURA 51 - Perfil 0201.......................................................................................................81 FIGURA 52 - Perfil 0202.......................................................................................................82 FIGURA 53 - Perfil 0203.......................................................................................................82 FIGURA 54 - Perfil 0204.......................................................................................................82 FIGURA 55 - Perfil 0205.......................................................................................................83 FIGURA 56 - Perfil 0155.......................................................................................................83 FIGURA 57 - Perfil 0156.......................................................................................................83 FIGURA 58 - Perfil 0182.......................................................................................................84 FIGURA 59 - Perfil 0183 ......................................................................................................84 FIGURA 60 - Perfil 0184.......................................................................................................85 FIGURA 61 - Sistemas de Fraturamento medido de acordo com os perfis geofísicos..........85 FIGURA 62 (a,b,c,d,e,f) - fotos de Rochas em Aiuaba..........................................................94 FIGURA 63 - Nível do terreno e as profundidades médias das fraturas...............................94 FIGURA 64 - Vegetação do tipo Baraúna em Aiuaba-Ce.....................................................95 FIGURA 65 - Sobreposição das fraturas e topografia..........................................................96 xi.

(12) FIGURA 66 (a,b) Curvas de níveis.........................................................................................97 FIGURA 67 - Sistema de Fraturamento medido e estimado..................................................99 FIGURA 68 - Tipos de fraturamento para determinadas densidades da rocha....................100 FIGURA 69 - Granulação dos Materiais componentes da rocha.........................................101 FIGURA 70 - Fotomicrografia da porção mais representativa da rocha.............................102 FIGURA 71 - Representação dos Perfis e Topografia ........................................................105 FIGURA 72 (a,b,c,d,e,) Perfis topográficos..........................................................................106 FIGURA 73 - Diferença de nível d’água estático entre o Poço e o Cacimbão.....................109 FIGURA 74 - Localização dos pontos de coleta de água para os exames físico-químicos...114 FIGURA 75 - Cacimbão Luiz Eudo.....................................................................................116 FIGURA 76 - Ábaco de Condutividade hidráulica x índice de vazios.................................117 FIGURA 77 (a,b) - Parâmetros do balanço hídrico................................................................121. xii.

(13) LISTA DE TABELAS Pag. TABELA 01 – Espécies de vegetação em Aiuaba....................................................................59 TABELA 02 – Resumo do teste de vazão................................................................................68 TABELA 03 – Resumo do ensaio de Granulometria...............................................................72 TABELA 04 – Balanço Hídrico em Aiuaba, proposto pela SUDENE.....................................75 TABELA 05 – Resumo do teste com o VLF...........................................................................87 TABELA 06 – Classificação das rochas de acordo com sua densidade...................................99 TABELA 07 – Resultados do Ensaio de Bombeamento........................................................110 TABELA 08 – Resultados do Ensaio de Bombeamento Automático...................................110 TABELA 09 – Faixa de valores de condutividade hidráulica (FETTER)..............................111 TABELA 10 – Resumo do ensaio de permeabilidade............................................................111 TABELA 11 – Resumo das percentagens de cada material...................................................113 TABELA 12 – Precipitação na BEA.....................................................................................119 TABELA 13 – Evapotranspiração na BEA............................................................................120 TABELA 14 – Lâmina Escoada (LE)/2007 na BEA................................................................35 TABELA 15 – Balanço Hídrico na BEA pelo Método 1......................................................123 TABELA 16 – Parâmetros do balaço hídrico para o Método 1..............................................123 TABELA 17 – Parâmetros para o balanço hídrico na BEA pelo método 2..........................125 TABELA 18 –Balanço Hídrico mensal pelo Método 2..........................................................126. xiii.

(14) LISTA DE QUADROS Pag. QUADRO 01 – Características da Bacia Experimental de Aiuaba..........................................54 QUADRO 02 – Parâmetros estatísticos dos poços de Aiuaba .................................................63 QUADRO 03 – Precipitação média mensal em Aiuaba...........................................................65 QUADRO 04 – Precipitação mensal dos últimos cinco anos em Aiuaba................................66 QUADRO 05 – Parâmetros estatísticos dos poços de Aiuaba..................................................73 QUADRO 06 – Parâmetros dos ensaios físico-químicos.......................................................115 QUADRO 07 – Dados da BEA...............................................................................................118. xiv.

(15) LISTA DE GRÁFICOS Pag. GRÁFICO 01 – Balanço Hídrico Diário da Região de Aiuaba proposto pela SUDENE.........74 GRÁFICO 02 – Curva de Rebaixamento e recuperação do Poço..........................................110 GRÁFICO 03 – Curva granulométrica das amostras..............................................................112 GRÁFICO 04 – Balanço Hídrico em Aiuaba pelo Método 1................................................124 GRÁFICO 05 – Resultado do Método 1................................................................................124 GRÁFICO 06 – Balanço Hídrico método 2............................................................................126 GRÁFICO 07 – Resultado utilizando o Método 2..................................................................127. xv.

(16) 16 SUMÁRIO Pag LISTA DE FIGURAS...............................................................................................................11 LISTA DE TABELAS..............................................................................................................12 1.INTRODUÇÃO.....................................................................................................................18 1.1. Objetivos............................................................................................................................20 1.2. Guia da dissertação............................................................................................................21 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.............................................................................................22 2.1. Potencial total da água e seu movimento ..........................................................................22 2.2. Fluxo em Gabros de Beja – Região de Serpa – Portugual.................................................26 2.3. Prospecção Geotécnica com utilização do VLF................................................................33 2.4. Permeabilidade...................................................................................................................35 2.5. Granulometria....................................................................................................................36 2.6. Petrografia..........................................................................................................................37 2.7. Teste de Bombeamento/vazão...........................................................................................38 2.8. Balanço Hídrico.................................................................................................................41 2.9. Sistemas de fraturas em meio rochoso utilizando programas computacionais..................46 3. METODOLOGIA.................................................................................................................53 3.1.Descrição da Área de Estudo..............................................................................................53 3.2. Identificação do sistema de fraturamento da area..............................................................65 3.3. Teste de Bombeamento......................................................................................................66 3.4. Ensaio de Permeabilidade do solo da região de Aiuaba....................................................68 3.5. Ensaio de Granulometria....................................................................................................71 3.6. Ensaios Físico-químicos....................................................................................................72 3.7. Ensaio Petrográfico............................................................................................................72 3.8. Modelo de Balanço Hídrico utilizado pela SUDENE .......................................................72 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES......................................................................................75 4.1. Levantamento Geofisico utilizando o VLF........................................................................75 4.2. Resultado do levantamento topográfico versus Geofísica em Aiuaba.............................103.

(17) 17 4.3. Resultado do Teste de Bombeamento..............................................................................108 4.4. Estudo do Material de Preenchimento das Fraturas.........................................................110 4.5. Balanço Hídrico da BEA.................................................................................................114 5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES..........................................................................129 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................................132 ANEXOS:...............................................................................................................................136 ANEXO A - Perfil básico Municipal de Aiuaba.........................................................137 ANEXO B – Dados do Balanço Hídrico proposto pela SUDENE.............................144 ANEXO C – Teste de Bombeamento.........................................................................153 ANEXO D – Topografia dos locais em estudo...........................................................162 ANEXO E – Ensaio de Granulometria (Peneiramento/Sedimentação)......................171.

(18) 18 1. INTRODUÇÃO O Nordeste Brasileiro contém, em seus limites, uma área de aproximadamente 50.000 km2, chamada de polígono das secas, onde vivem cerca de 18 milhões de pessoas, ou seja, 11% da população brasileira (IBGE, 2003). O Estado do Ceará está localizado na região Nordeste do Brasil e abrange uma superfície de cerca de 148.000 km2 . Segundo a Resolução no 05, de 2002, do IBGE, “[...] 86,82% do território cearense caracteriza-se como semi-árido [...], estando incluidos cerca de 150 municípios do total de 180.” (Santana et al., 2008). O Estado do Ceará encontra-se, na sua totalidade, incluído no Polígono das Secas, que apresenta um regime pluviométrico marcado por extrema irregularidade de chuvas. A água constitui um bem natural de elevada limitação ao desenvolvimento socioeconômico desta região e, até mesmo, na subsistência da população. A ocorrência cíclica de secas e seus efeitos catastróficos no âmbito regional são muito conhecidos e existem desde os primórdios da história do Brasil. Para esta situação ser definitivamente solucionada nestas regiões, deve haver uma gestão integrada dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos e o conhecimento de suas características. Entretanto, a carência de estudos específicos e de abrangência regional, fundamentais para avaliação da ocorrência e potencialidade desses recursos, é um fator limitante para a aplicação de técnicas que poderiam solucionar boa parte dos problemas dos nordestinos relativos especialmente ao abastecimento d’água. Dentre as alternativas de abastecimento hídrico durante períodos de escassez, merece destaque a utilização das fontes de água subterrânea, sobretudo no suprimento hídrico da população e dos animais.. É de conhecimento geral que uma grande quantidade de. captações de água subterrânea no semi-árido, principalmente em rochas cristalinas, encontrase desativada e/ou abandonada a partir de problemas diversos, como falta de bombas, energia, etc., das quais uma parcela poderia voltar a funcionar e aumentar a oferta de água, a partir de pequenas ações corretivas. Os tipos de aqüiferos existentes no Ceará são: Aqüifero poroso ou sedimentar, Aqüifero fraturado ou fissural e Aqüifero Cárstico (Rebouças et al., 2002). O fluxo de águas subterrâneas em meio fraturado ocorre pela percolação da água através dos intertícios gerados na rocha, por meio de ação hidráulica, ação das intempéries e pelo fluxo de água nas fraturas existentes na rocha..

(19) 19 Distinguem-se duas unidades de aquíferos no sistema de fluxo subterrâneo, avaliando-se o comportamento hidráulico. São elas, de natureza livre, formada pela porosidade granular da rocha intemperizada, sendo heterogênea e a outra é formada pela porosidade das fraturas e falhas, sendo heterogênea e anisotrópica. O município de Aiuaba (Figura 01) está localizado no sertão semi-árido e apresenta estrutura de seu solo do tipo cristalino. Uma pequena parte desta região tem solo do tipo aluvião, normalmente nos leitos e nas margens dos rios existentes no local. Apesar da pouca porosidade do solo do tipo rochoso fraturado, existem alguns poços na região, que foram perfurados pela Superintendência de Obras Hidráulicas (SOHIDRA) e por moradores da localidade.. Fortaleza. Figura 01 Localização de Aiuaba em relação a Fortaleza. Fonte: Funceme (2007). A Bacia Experimental de Aiuaba (BEA) é caracterizada por um contexto ecológico frágil com alta variabilidade espacial e temporal das chuvas e elevados índices de evaporação. Através de estudos geofísicos realizados na região e com informação de poços e cacimbões perfurados no distrito da Barra, nas proximidades da BEA, e ainda, com o.

(20) 20 levantamento topográfico do local da pesquisa, foi possível determinar a direção e o sentido fluxo subterrâneo nas rochas da região, assim como, calcular o balanço hídrico. Informações adicionais sobre a localização e qualidade da água dos poços deve estudados são apresentados no capítulo 4.4.3.. 1.1. Objetivos O objetivo geral desta pesquisa é identificar o comportamento do aqüífero fraturado da Bacia Experimental de Aiuaba e estabelecer seu balanço hídrico, tendo em vista os estudos realizados pela SUDENE e. levando-se. em consideração a parcela de. água. subterrânea. Para atingir o objetivo geral, alguns objetivos específicos são necessários, quais sejam: (a) A realização do levantamento geofísico da bacia para identificação do sistema fraturado; (b) A análise de dados de qualidade de água coletada em diversos poços e cacimbões perfurados no município; (c) Quantificação do potencial hídrico do aqüifero na BEA e disponibilidade hídrica para abastecimento público e agricultura; (d) Estimativa dos volumes de perdas por evaporação e quantificação das extrações de água subterrânea por ano e quanto representa em termos de precipitação média anual; (e) Compilação de dados sobre a Bacia Experimental de Aiuaba, tais como: climáticos, hidrológicos, geomorfológicos, geológicos, ocupação do solo e vegetação;.

(21) 21 1.2 Conteúdo da Dissertação A dissertação se divide em seis capítulos. O capítulo 1, corresponde a introdução onde foi relizado um breve resumo dos parâmetros abordados na pesquisa. O capítulo 2, corresponde as revisões bibliográficas, onde é mostrado a pesquisa de autores renomados que trabalham com balanço hídrico, considerando seus modelos e aspectos relevantes relacionados a pesquisa proposta. O capítulo 3, mostra a metodologia que foi empregada na pesquisa, juntamente com os materiais envolvidos no estudo. O capítulo 4 corresponde aos resultados e discussões relacionados ao balanço hídrico proposto por Thornthwaite em 1948. O capítulo 5, refere-se as conclusões e recomendações e, finalmente, o capitulo 6 apresenta as referências bibliográficas..

(22) 22 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo serão descritos os referenciais teóricos utilizados na dissertação. Este material servirá de base para as colocações apresentadas, sem interferir nos objetivos já definidos. 2.1 Potencial Total da Água e seu Movimento De acordo com Hirata (2007), do Instituto de Geociências da. USP, o fluxo. subterrâneo nos aqüíferos depende do potencial de cada ponto percorrido pela água, que sempre é do potencial maior para o potencial menor, conforme Figura 02 (A e B) em condições normais. A recarga dos aqüíferos normalmente se dá em locais mais altos, que tem potencial maior, fluindo para locais de potencial menor, onde normalmente se localiza a área de descarga. Esta diferença de potencial determina o movimento das águas subterrâneas.. (A) Figura 02 (A e B) Potencial Total da Água (h) Fonte: Hirata (2007). (B). A água no solo, no aqüífero ou na atmosfera pode ser caracterizada por um estado de energia. Diferentes formas e quantidades de energia determinam este estado, que faz com que haja fluxo. De acordo com a Figura 03 (A e B), em dois copos de água, um com um furo na parte inferior e outro sem nenhum furo, somente há fluxo no copo com o furo na sua parte inferior por causa do gradiente de potencial gerado pela diferença entre os pontos B e C..

(23) 23. (A) Figura 03 (A e B) Potencial total em um copo de água Fonte: Hirata (2007). (A) Figura 04 (A e B) Potencial Total em um Poço Fonte: Hirata (2007). (B). (B). Na Figura 04 (A), existem dois poços, sendo o primeiro de monitoramento e o segundo, um poço aberto sem filtro (cacimbão), cujos potenciais são iguais, por isso não há fluxo. Se os potenciais fossem diferentes (Figura 04 B), haveria fluxo. O fluxo no aqüífero poderá ser vertical ou horizontal, ou ambos, a depender do tipo de confinamento, ou seja, no aqüífero confinado predomina o deslocamento vertical e no aqüífero não confinado, predomina o deslocamento horizontal, a depender das linhas equipotenciais que estão associadas ao poço e definirão as cargas hidráulicas do meio e das linhas de fluxo que determinarão o caminho por onde a água deve seguir no aqüífero (Figura 05 A e B)..

(24) 24. (A) Figura 05 (A e B) Fluxo Vertical e Horizontal em aqüíferos Fonte: Hirata (2007). (B). Em áreas de recarga, o movimento das águas é definido pelas linhas equipotenciais, enquanto na área descarga (Figura 06 A), o movimento das águas é de acordo com as linhas equipotenciais e linhas de fluxo, que serão determinadas pela carga hidráulica em cada ponto.. (A) Figura 06 Movimento da água em áreas de descarga (A) e recarga (B) Fonte: Hirata (2007). (B). A quantificação do movimento das águas subterrâneas (Figura 07) pode ser verificada através do experimento de Henry Darcy (1855), que chegou a conclusão que o fluxo, q, é proporcional ao gradiente hidráulico, segundo a equação 01, para um fluxo permanente, unidimensional e aquíquo..

(25) 25. q=K. Δh Δl. (01). Em que: q = fluxo Δh = diferença de carga [L] ΔL = comprimento ou divisão de manômetros [L].. Figura 07 Lei de Darcy: Cálculo de fluxo e velocidade da água subterrânea Fonte: Hirata (2007). Outro fator a ser considerado é a mudança da direção no fluxo, causado pela heterogeneidade do solo (Figura 08 A e B). Em outros termos, se o terreno tiver condutividades hidráulicas diferentes em suas várias camadas, ou seja, condutividades horizontais e verticais muito diferentes, acarretarão solos anisotrópicos e conseqüentemente influirão nas linhas de fluxo.. (A) Figura 08 (A e B) Direção do fluxo em aqüíferos heterogêneos Fonte: Hirata (2007). (B).

(26) 26 2.2 Exemplos de estudo de Fluxo em Gabros de Beja – Região de Serpa - Portugal O objetivo deste exemplo é mostrar como foi utilizado o estudo em um aqüifero fraturado similar ao da BEA. De acordo com o 6º SILUSBA – Simpósio de Hidráulica e Recursos Hídricos dos Países de Língua Oficial Portuguesa (2006), os trabalhos feitos em Gabros de Beja nos oferecem uma noção de como é calculado o balanço hídrico naquela região. O Sistema Aquífero dos Gabros de Beja ocupa uma área aproximada de 350 km2 e constitui um dos mais importantes reservatórios de águas subterrâneas instalado em rochas cristalinas básicas na região semi-árida do Alentejo (Sul de Portugal). A partir de informação histórica sobre o volume de extrações anuais e registros obtidos nos últimos 5 anos sobre balanço de massa de cloretos na água subterrânea e de precipitação, modelos de balanço hídrico sequencial diário (Balseq e Earth), curvas piezométricas e distribuição anual da precipitação, foram possíveis obter um intervalo de recarga ou precipitação eficaz para a área do Sistema Aqüífero do Gabros de Beja. Pode definir-se recarga aqüífera como a água que entra na zona saturada (aqüífero), preferencialmente a partir da percolação vertical proveniente da zona vadosa, mas também do escoamento lateral a partir das fronteiras do sistema. A recarga tem também implicações no balanço hídrico geral dos sistemas aqüíferos ao nível dos caudais ecológicos, em especial nos aqüíferos freáticos pouco profundos, com comportamento sazonal efluente sobre as linhas de água e ribeiras. Em outra perspectiva, a distribuição temporal da recarga tem impacto ao nível das fontes pontuais e difusas de poluição, em especial nos aqüíferos vulneráveis, como é o caso do Sistema Aqüífero (SA) dos Gabros de Beja, através da remobilização e lixiviação dos agro-químicos e fertilizantes em excesso no solo até à zona saturada, que se encontra normalmente a pouca profundidade. No que diz respeito ao Sistema Aqüífero dos Gabros de Beja, estão referenciados na bibliografia trabalhos de Oliveira & Lobo Ferreira (1994) que apontam para uma taxa de recarga de 30% da precipitação média anual. Em Duque (1997) admite-se uma taxa de recarga média de 4%, em resultado da calibração matemática do modelo de fluxo. Nas conclusões do projeto ERHSA (Estudo dos Recursos Hídricos Subterrâneos do Alentejo) foi admitido uma recarga média de 10% (CCR Alentejo, 2003). A primeira fase de avaliação da recarga aquífera depende de disponibilidade de informação relativa a diversos parâmetros do sistema como sejam dados climáticos,.

(27) 27 hidrológicos, geomorfológicos, geológicos e de ocupação do solo, uma vez que da cobertura vegetal depende a evapotranspiração que é um parâmetro fundamental do balanço hídrico. A informação hidrogeológica pode fornecer elementos para a aplicação de metodologias baseadas em traçadores, análise das flutuações piezométricas e aplicação da Lei de Darcy ao escoamento em meio saturado. De acordo com Peralta (2001), a recarga aqüífera pode ser abordada sob várias metodologias: I) Métodos Diretos - Balanço hídrico (formulação empírica); - Modelos Físicos (balanço entre águas subterrâneas e superficiais); - Modelos de circulação da zona vadosa (modelos determinísticos); - Traçadores (químicos, bacteriológicos, orgânicos e isotópicos). II) Métodos Indiretos (zona saturada) - Oscilação Piezométrica; - Lei de Darcy. Os métodos diretos descrevem a recarga como um mecanismo de percolação da água desde o solo até o aqüífero, entrando com parâmetros como a variação de umidade no solo, evapotranspiração (ET), caudal de escoamento superficial, etc., para obter uma estimativa da recarga. Os métodos indiretos utilizam informação piezométrica como indicadores da recarga efetiva, ou seja, sempre que há variações positivas do nível piezométrico estar-se perante um episódio de recarga possível de quantificar, desde que se conheçam alguns parâmetros básicos do sistema hidrogeológico, como o Coeficiente de armazenamento (S), o Coeficiente de recessão CR (período de tempo entre o episódio de precipitação e a resposta do aquífero) e a Condutividade hidráulica (K). Segundo Duque (1997), a precipitação média obtida para as séries de 1955/561995/96 na área do SA dos Gabros de Beja varia entre 525 mm/ano em Ferreira do Alentejo, 578 mm/ano em Beja e 508 mm/ano em Serpa, no limite oriental do sistema. 2.2.1 Metodologia para Avaliação da Recarga No âmbito deste trabalho foram aplicadas cinco metodologias distintas e complementares de forma a efetuar um estudo comparativo dos resultados obtidos e a respectiva análise feita na área de pesquisa:.

(28) 28. 1. Traçadores Químicos (Balanço de Cloretos); 2. Balanço Hídrico Sequencial Diário – Modelo EARTH; 3. Balanço Hídrico Sequencial Diário – Modelo BALSEQ; 4. Quantificação das Extrações; 5. Disponibilidades hídricas e Implicações Agro-Ambientais. Apresenta-se, seguidamente, uma breve introdução teórica a cada um dos métodos e os respectivos parâmetros utilizados no cálculo da recarga do SA dos Gabros de Beja. a. Traçadores Químicos - Balanço de Cloretos A recarga aqüífera pode ser estimada a partir de traçadores químicos como o Cloreto, que são produzidos naturalmente na atmosfera terrestre. A concentração de Cloreto no solo e até a profundidade radicular da vegetação dominante, aumenta em resultado da evapotranspiração. Para profundidades superiores, permanece aproximadamente constante, podendo ser usado como traçador químico. A partir do valor das concentrações em cloreto da água da chuva e de amostras de água do aqüífero é possível obter um balanço de massa do íon Cloreto, conforme Custódio & Llamas (1996), assumindo que se trata de um elemento conservativo e que não existem fontes anómalas, naturais ou antrópicas de cloreto: b. Balanço Hídrico Sequencial Diário – Modelo EARTH O modelo EARTH é um modelo de avaliação da recarga aqüífera e transporte de umidade no solo e zona vadosa que faz uma combinação dos métodos diretos e indiretos de abordagem da recarga. Segundo Van der Lee & Gehrels, (1990), o modelo EARTH é um modelo de parâmetros hidrológicos utilizado na simulação da recarga e evolução piezométrica sazonal. Está especialmente direcionado para condições de clima semi-árido e permite simular igualmente o escoamento superficial e o caudal de escoamento de pequenas bacias hidrográficas..

(29) 29 O modelo EARTH pode ser aplicado na modelagem de um vasto conjunto de variáveis agro-hidrometeorológicas e hidrogeológicas essenciais para caracterizar o balanço hídrico de um sistema aquífero, nomeadamente no cálculo dos seguintes parâmetros: - Superhávit hídrico; - Escoamento superficial; - Teor de umidade do solo e transporte na zona vadosa; - Evapotranspiração real; - Recarga de aqüíferos; - Evolução piezométrica. O módulo SATFLOW proposto por Van der Lee & Gehrels (1990) funciona como um modelo hidrogeológico unidimensional determinístico que utiliza como entrada de dados a recarga calculada nos módulos anteriores. A equação que traduz a oscilação piezométrica é a seguinte:. h = RC -. STo - RC . (h´) R. (02). Em que: h – nível piezométrico [L] h’ – derivada de h em função do tempo [L.T-1] RC – coeficiente de recessão [T] R – recarga [L.T-1] STo – coeficiente de armazenamento O modelo EARTH está direcionado para climas secos com precipitações concentradas em determinados períodos e para aquíferos freáticos ou não confinados, com respostas rápidas aos episódios de recarga. c. Balanço Hídrico Sequencial Diário – Modelo BALSEQ O modelo BALSEQ, segundo Lobo Ferreira, (1981) é um modelo numérico de balanço hídrico sequencial diário no nível do solo, para a estimativa da recarga de águas subterrâneas na Ilha de Porto Santo. Este modelo já teve diversas aplicações, por exemplo, na ilha de Porto Santo (Lobo Ferreira et al., 1981), e na península de Setúbal (Oliveira et al.,.

(30) 30 1994), e a fora de Portugal, por exemplo na Índia, no Concelho de Bardez, estado de Goa (Chachadi et al., 2001) ou em Kakinada (Chachadi et al., 2002). Os fundamentos do método são os seguintes: Para o caso de uma área onde não exista recarga artificial, não haja escoamento superficial a entrar na área e o nível freático se encontre sempre abaixo da profundidade do solo sujeito a evapotranspiração, a Equação 03 do balanço hídrico, cujo as unidades são milímetros, portanto dimensão [L], para o solo nessa área pode expressar-se por: P – ETR – DAl – Ed – Ip = e. (03). Em que:. P – precipitação [L3], ETR - evapotranspiração [L3], DAl - variação (final - inicial) do armazenamento de água no solo [L3], Ed - escoamento superficial [L3], Ip - infiltração profunda (infiltração abaixo da espessura do solo) [L3] e e - erro de cálculo do balanço [L3]. O balanço hídrico sequencial mede ou estima os termos P, ETR, Ed e DAl, calculando Ip pela resolução da Equação 03 considerando e = 0. Assumiu-se posteriormente que a recarga (R) é igual à infiltração profunda (Ip), conforme equação 04, abaixo:. R = Ip = P – ETR – DAl – Ed. (04). Para a aplicação sequencial desta fórmula, é necessário conhecer-se os valores de P e da evapotranspiração potencial (ETP) referidos a cada intervalo de tempo do balanço, assim como do valor da quantidade máxima de água no solo disponível para evapotranspiração (AGUT), conforme Equação 05:. AGUT = ( cc – pe ) . rp Em que:. cc - capacidade de campo do solo [L], pe - ponto de emurchecimento [L] e. (05).

(31) 31. rp - profundidade do solo sujeita a evapotranspiração (normalmente a profundidade das raízes das plantas) [L]. Para estimar o escoamento superficial utiliza-se o método do Soil Conservation Service (SCS), que define o número característico de escoamento (NC) em função do tipo de solo e do uso do solo. Os valores de NC variam entre 0 (correspondendo a um solo de permeabilidade vertical infinita, em que toda a água se infiltra no solo), e 100 (que corresponde a uma zona completamente impermeável). Para a caracterização do tipo de solo consideram-se quatro classes (A a D): Os solos tipo A apresentam baixo potencial de escoamento direto e elevadas intensidades. de. infiltração,. mesmo. quando. completamente. umedecidos.. Incluem. principalmente areias profundas com drenagem boa ou excessiva. Possuem uma elevada transmissividade. Os solos do tipo B apresentam potencial de escoamento direto abaixo da média e intensidades de infiltração moderadas, quando completamente umedecidos. Incluem principalmente solos medianamente profundos, com textura moderadamente fina e moderadamente grosseira, e medianamente drenada. Possuem uma transmissividade média. Os solos do tipo C têm potencial de escoamento direto acima da média e baixa intensidade de infiltração, quando completamente umedecidos. Incluem principalmente solos com camadas impermeáveis subjacentes e solos com textura moderadamente fina. Estes solos possuem uma transmissividade baixa. Os solos do tipo D apresentam um potencial de escoamento direto elevado e intensidades de infiltração muito baixas quando completamente umedecidos. Incluem essencialmente solos argilosos expansíveis, solos com o nível freático permanentemente próximo da superfície e solos com substratos impermeáveis a pouca profundidade. Estes solos possuem uma transmissividade muito baixa. d. Quantificação das Extrações A longo prazo, num sistema em equilíbrio, as extrações de águas subterrâneas equivalem à recarga que ocorre na zona de influência das captações. Por esse motivo, o somatório das extrações é um bom estimador da recarga que ocorreu, com a vantagem de ter um grau elevado de exatidão por ser uma variável mensurável, com possibilidade de não comportar erros de medição..

(32) 32 Nas 16 captações municipais de Beja eram captados entre 4 000 a 5 000 m3 de água subterrânea diariamente, antes da entrada em funcionamento da adução a partir do reservatório do Rôxo em 1985, o que representa em termos médios, a extração de 1 650 000 m3 de água subterrânea por ano, mesmo em épocas de estiagem. A área de recarga ou zona de afluência das captações representa no total 20 km2, o que significa, em termos médios, que 1 km2 do aquífero gabro-diorítico pode fornecer cerca de 80 000 m3 de água subterrânea por ano, embora este valor seja difícil de manter durante os meses de verão e mais ainda após períodos plurianuais de seca (Paralta, 2000). Fazendo o balanço entre as extrações anuais de água subterrânea (1 650 000 m3) e a precipitação média anual (584 mm) na área considerada (20 km2), correspondente a 11.7 x 106 m3 (Estação Meteorológica de Beja, séries 1958-88, AGRIBASE, Ministério da Agricultura), verificou-se que as extrações representavam 14% da precipitação média anual. Não foram, no entanto, contabilizados os consumos para agricultura, pelo que os valores de produtividade aquífera apontados serão seguramente superiores, bem como a recarga (Paralta, 2001). e. Disponibilidades Hídricas e Implicações Agro-Ambientais Com base no mapa do polígono de Thiessen de Duque (1997), que é um algoritmo cuja a área de estudo é dividida em regiões contendo amostras, sendo caracterizado por ser uma região de Thiessen, ou seja, a distância de qualquer ponto da região à amostra é menor do que a distância deste mesmo ponto a qualquer outra amostra fora da região. Considerando a precipitação média anual de seis estações que enquadram o SA dos Gabros de Beja (séries de precipitação entre 1955/56 e 1995/96) e admitindo uma taxa de recarga anual entre 10 e 20 %, foram obtidos para o aqüífero, em termos médios, recursos hídricos subterrâneos renováveis anualmente entre 18.8 x 106 m3 e 37.5 x 106 m3 . Foi constatado, em termos gerais, que a recarga deverá situar-se entre um mínimo de 50 L/m2/ano e um máximo na ordem dos 115 L/m2/ano. 2.2.3 Conclusões sobre o estudo em Beja A aplicação de várias metodologias permitiu definir um intervalo de recarga média anual para o Sistema Aquífero dos Gabros de Beja entre 10 e 20% da precipitação e elaborar seu respectivo mapa de recarga..

(33) 33 No estado atual dos conhecimentos, foi considerado que o intervalo indicado constitui uma estimativa aceitável para a elaboração de cálculos das disponibilidades hídricas para uma gestão racional do SA dos Gabros de Beja, numa perspectiva de sustentabilidade do recurso, tanto quanto a quantidade como a qualidade para diversas utilizações. Os resultados obtidos com o modelo BALSEQ e pelo método do Balanço de Cloretos são concordantes, apontando para uma recarga na ordem dos 10%. A partir das extrações municipais contabilizadas na bacia hidrográfica de Pisões, foi obtido uma estimativa de recarga de, pelo menos, 14%. Há que ter em atenção que os resultados do modelo BALSEQ se referem aos dois anos hidrológicos mais recentes, enquanto que os resultados obtidos pelos outros dois métodos representam valores médios para séries temporais mais longas. De acordo com o padrão de distribuição da precipitação na região, foi concluido, em termos gerais, que a recarga média anual deverá situar-se entre um mínimo de 50 L/m2 e um máximo na ordem dos 115 L/m2. Integrando para a área total do sistema aquífero, foi obtido, em termos médios, recursos hídricos subterrâneos renováveis anualmente entre 18.8 x 106 m3 e 37.5 x 106 m3. 2.3 Prospecção Geotécnica com VLF Desde o século XVII, métodos geofísicos têm sido utilizados na prospecção mineral. Com o aumento na complexidade das condições de prospecção, bem como da necessidade de novos materiais, outros métodos geofísicos e tecnologias de campo foram desenvolvidos. Dentre os muitos produtos e minerais prospectados, dado às carências, quanto ao volume e a qualidade, a água representa um importante segmento, pois é o fator condicionante ao desenvolvimento industrial, agrícola, urbano e, sobretudo, de qualidade de vida (Cordeiro, 2007).. Na investigação geotécnica indireta, o sistema WADI (prospecção de água), utiliza os componentes eletro-magnéticos do campo gerado por transmissores de rádio de larga distância, em bandas de frequências muito baixas. Estes transmissores são utilizados para comunicações a grandes distâncias e operam em frequências de 10 a 30 KHz. Em condições muito difíceis, pode-se usar um transmissor portátil. Estruturas condutoras na superficie ou debaixo da superficie, ou, ainda quando encobertos por grossas camadas de solo, afetam a direção e potência do campo gerado pelo sinal de rádio transmitido. O WADI mede a distorsão do sinal de rádio e apresenta os resultados diretamente em uma planilha eletrônica..

(34) 34 A Figura 09 mostra o equipamento Very Low Frequency (VLF) e seus componentes. A unidade de controle e processamento é o “cérebro” do equipamento, uma espécie de CPU (unidade central de processamento) onde emite duas ondas: transversal e longitudinal, durante a marcação dos perfis. A unidade”B” é a fonte de energia do aparelho e a unidade ”C”, é a antena.. Figura 09 Aparelho VLF (sistema WADI), composto por: (A) Unidade de controle e processamento (B) Unidade de medidas e compartimento das baterias, (C) Unidade de Antena.. Considerando a grande versatilidade do equipamento e o elevado alcance no tratamento e representação dos dados, os trabalhos de campo foram executados utilizando-se exclusivamente o equipamento WADI-ABEM. O equipamento WADI consegue detectar 100 % das fraturas, indicando inclusive o mergulho e a profundidade destas (Figura 10), mostrando o comportamento das falhas e fraturas da rocha.. Figura 10 Bloco esquemático do comportamento de falhas e fraturas na captação das águas subterrâneas Fonte: Cordeiro (2007).

(35) 35 2.4 Ensaio de Permeabilidade do Solo A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através dele, sendo seu grau de permebilidade expresso numericamente pelo coeficiente de permeabilidade. O coeficiente de permeabilidade depende do tamanho e arranjo dos grãos do solo, portanto, varia para os diferentes tipos de solos e da temperatura, que determina a viscosidade da água e do índices de vazios. A sua determinação pode ser realizada por meio de fórmulas que o relaciona com a granulometria do solo, no laboratório, utilizando-se permeâmetros (de carga constante ou variável) e “in loco” pelo chamado ensaio de bombeamento. Para as argilas, a permeabilidade pode ser também determinada a partir do ensaio de adensamento. A condutividade hidráulica pode ser definida como o “coeficiente que expressa a facilidade com que um fluido é transportado através de um meio poroso e que depende tanto das propriedades do meio como das do fluido” (Libardi, 1995). Em meios fraturados, o material que preenche as fraturas geralmente é um material poroso, formado pela desgaste da própria rocha, ou trazido pelas ação das chuvas (escoamentos superficiais) ao longo dos anos. 2.4.1 Ensaio de permeabilidade de carga constante Utilizado geralmente para solos granulares (arenosos), o coeficiente de permeabiliade k determinado na Equação 06 mede a quantidade de água Q, mantida a nível constante, que atravessa em um determinado tempo, t, uma amostra de solo de seção A e altura, h, conhecidas (Figuras 11). Assim: k= Em que: Q – quantidade de água [L3]; L – comprimento da amostra [L]; A – seção da amostra [L2]; h – altura [L] e t – tempo [T].. QL Aht. (06).

(36) 36 2.4.2 Ensaio de permeabilidade de carga variável Utilizado preferencialmente para solos finos. A descarga Q é medida na bureta graduada de seção, a, durante um pequeno intervalo de tempo Δt, o nível decresce de um valor dh, conforme Figura 11(c). O coeficiente é determinado pela expressão 07, abaixo: k = 2 .3. h a x log10 1 h2 at. (07). Figura 11 Esquema do Permeâmetro de Carga Variável. 2.5 Ensaio de Granulometria O ensaio de granulometria é utilizado para a determinação da textura do solo. Apresenta a percentagem, em peso, que cada faixa especificada de tamanho de partículas representa na massa total ensaiada. Através dos resultados obtidos é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, marcando-se no eixo das abscissas em escala logarítmica os “diâmetros” das partículas menores do que aqueles considerados, que serve de base para a classificação dos solos e o dimensionamento de filtros, bases estabilizadas, etc. A determinação da granulometria de um solo pode ser feita por peneiramento e/ou sedimentação. A Figura 12 apresenta amostras indeformadas de material coletada na BEA..

(37) 37. Figura 12 Amostra para Ensaio de Granulometria. De acordo com a norma NBR 7181/ABNT, Os principais equipamentos e utensílios utilizados no ensaio, são: balança; almofariz e mão de grau; cápsulas para determinação de umidade; estufa; jogo de peneiras (50; 38; 25; 19; 9,5; 4,8; 2,4; 1,2; 0,6; 0,42; 0,30; 0,15; 0,075mm); agitador de peneiras; dispersor elétrico; proveta graduada de 1000ml; densímetro graduado de bulbo simétrico; termômetro; cronômetro (Figura 13).. Figura 13 Ensaio de Granulometria com sedimentação. 2.6 Petrografia A caracterização tecnológica das rochas é realizada por meio de ensaios e análises, com o objetivo de obter parâmetros petrográficos, químicos, físicos e mecânicos do material, garantindo assim, a qualificação, estabilidade e segurança da rocha. Os ensaios petrográficos são realizados para reproduzir as condições às quais a rocha está submetida durante todo o processamento até seu uso final. Estes ensaios são.

(38) 38 normatizados por entidades nacionais e estrangeiras como a Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, American Society for Testing and Materials - ASTM e Comissão Européia de Normalização - CEN. O estudo petrográfico de uma rocha implica uma série de observações rigorosas que pretendem, em geral, descrever a composição mineralógica, a forma, dimensões e relações mútuas dos constituintes (textura), a alteração e deformações sofridas, etc. Os estudos mineralógico e petrográfico são importantes pois, com base neles, muitas vezes, pode-se compreender melhor o comportamento das rochas em relação a algumas propriedades físicomecânicas. A análise petrográfica está regulamentada no Brasil, pela Norma NBR12768 da ABNT. 2.7 Teste de Bombeamento O teste de bombeamento é utilizado para a verificação da qualidade das obras de captação de água subterrânea, além de ser mais uma ferramenta para a determinação de vazões de explotação de poços e determinação da condutividade hidráulica (k). Um ensaio de bombeamento é uma operação que consiste no bombeamento de um poço durante certo intervalo de tempo com o registro da evolução dos rebaixamentos dos níveis d’água em função do tempo. As variáveis envolvidas no bombeamento de um poço e que devem ser monitoradas são: a vazão de bombeamento, que é o volume de água, por unidade de tempo, extraído do poço por um equipamento de bombeamento, o rebaixamento do nível da água dentro do poço, que é a distância entre o nível estático e o nível dinâmico. Nível estático é a distância da superfície do terreno ao nível da água dentro do poço antes de iniciar o bombeamento e nível dinâmico é quando já começou o bombeamento. A variável Tempo é o valor do tempo decorrido a partir do início do bombeamento. A Figura 14 ilustra estas variáveis..

(39) 39. Figura 14 Variáveis de um teste de bombeamento Fonte: CPRM (2006). Na execução dos testes de bombeamento da região estudada serão pesquisados dois grandes grupos de rochas: Rochas Cristalinas e Rochas Sedimentares. 2.7.1 Rochas Cristalinas Os testes em rochas cristalinas devem ser executados através de um bombeamento contínuo por um período de no mínimo, 12 horas, independente da estabilização dos níveis. Após o término do bombeamento é aconselhável o registro da recuperação dos níveis por um período de 6 horas. A vazão inicial do teste deve ser avaliada ao final da perfuração, durante a etapa de limpeza/desenvolvimento do poço, para não exceder a sua potencialidade e mascarar os resultados do teste. Os testes em rochas cristalinas devem ser executados com bombas (submersa ou injetora) ou compressor de ar. Em geral as vazões de poços no cristalino são baixas, logo se pode indicar o método volumétrico como um meio prático e rápido para o registro das vazões. Entretanto é aconselhável utilizar os seguintes referenciais para evitar erros de avaliação acima de 5%. - Vazões até 3,6 m3/h - Volume mínimo do recipiente = 20 L - Vazões entre 3,6 e 36,0 m3/h – Volume mínimo do recipiente = 200 L.

(40) 40 - Sistema de medição de pressão, composto porum escoador de orifício circular, um registro globo, um tubo piezométrico, uma escala e um estrangulador. A Figura 15 ilustra os dispositivos mencionados para a medição de vazão.. Figura 15 Dispositivos para medição de vazão em teste de bombeamento Fonte: CPRM (2006). 2.7.2 Rochas sedimentares Segundo Manual de Perfuração de Poços da CPRM (2006) os testes em rochas sedimentares deverão ser executados através de um bombeamento contínuo por um período de no mínimo, 24 horas, ou até a completa estabilização dos níveis, que só ocorre com freqüência em poços captando aqüíferos rasos (dunas, aluviões, coberturas) próximos a massas de água superficial. Após o término do bombeamento é aconselhável o registro da recuperação dos níveis por um período de 12 horas. A vazão inicial do teste deve ser avaliada ao final da perfuração, durante a etapa de limpeza/desenvolvimento do poço. 2.7.3 Equipamento para Medição dos Níveis Os níveis da água dentro do poço podem ser medidos através do medidor de nível elétrico, ou por um sensor de nível. O dispositivo elétrico consiste basicamente de um cabo elétrico ligado a uma fonte, tendo na outra extremidade um eletrodo que, ao tocar na superfície da água, fecha o circuito e aciona um alarme sonoro ou luminoso. As Figuras 16 (A e B) ilustram um medidor de nível elétrico e sua forma de operação..

(41) 41. Figura 16 (A e B) Medidor de nível elétrico Fonte: CPRM (2006). Já o sensor de nível (Figura 17) mede automaticamente o desnível da água do poço a cada milímetro, tendo um intervelo de alturas de até 20m, ou seja, esta é a distância máxima captada pelo sensor durante o teste de bombeamento. O sensor de nível vem associado a um sensor de pressão, que mede a variação da pressão na boca do poço. Ao terminar o ensaio, todas estas informações são repassadas a um computador.. Figura 17 sensor de nível e sensor de pressão Fonte: CPRM (2006).

(42) 42. 2.8 Balanço Hídrico Define-se em termos gerais que balanço hídrico é o balanço de todos os aportes e retiradas de água de um sistema, em determinados intervalos de tempo. No balanço hídrico considera-se a quantidade de água que infiltra, a que evapora, a que transpira, a que percola até o lençol freático e a que é drenada. O resultado deste balanço é a água que fica armazenada no solo. Os principais processos que compõem o balanço hídrico são descritos a seguir.. 2.8.1 Precipitação Na natureza, a superfície da terra recebe a radiação solar durante o dia e se aquece, provocando a evaporação. Durante a noite a superfície da terra se resfria pela perda de calor, com radiação terrestre de ondas longas para o espaço sideral. Quanto maior for o resfriamento da superfície exposta, maior será a adaptação de moléculas de água da atmosfera pela superfície resfriada, ou seja, o orvalhamento, principalmente sofre a folhagem das plantas. Quando a condensação se dá na própria atmosfera há a formação de nuvens, que podem se precipitar em forma de chuva. A condensação, que é a passagem da água do estado gasoso para o líquido, representa o fenômeno oposto à evaporação, ou seja, o retorno da água da atmosfera, através da chuva, para o solo. 2.8.2 Evaporação A evaporação e a transpiração vegetal na natureza, representam a transferência da água da superfície do solo para a atmosfera, ou seja, a passagem do estado líquido da água para o gasoso. Geralmente nos açudes, a superfície é aquecida pelo sol, havendo evaporação. Na vegetação, as folhas são as responsáveis pela transpiração. Em períodos deecassez estas caem para evitar perdas. Os lagos com área extensas facilitam estes tipos de transferências. 2.8.3 Evapotranspiração potencial Segundo Camargo (2007), evapotranspiração potencial representa a chuva necessária ao desenvolvimento normal das plantas, de forma a não faltar nem sobrar água para.

(43) 43 sua vegetação normal. Thornthwaite (1948) chamou-a de evapotranspiração potencial (Etp), que corresponde à quantidade da água que pode passar do estado liquido para o gasoso, em função da disponibilidade de energia solar na região no período considerado. Por essa razão, a evapotranspiração potencial é mais elevada nos trópicos que em região temperada e mais elevada no verão que no inverno. A evapotranspiração em base potencial é um elemento meteorológico característico da região, como é a temperatura média, o orvalho, a precipitação pluvial, etc. Em climatologia, para avaliar as condições de umidade do clima compara-se a quantidade da chuva ocorrida com a quantidade da chuva necessária. Quando a chuva real for maior que a necessária, no período, o clima pode ser considerado úmido. Se for o contrário, pode ser considerado seco. Thornthwaite (l948) introduziu em climatologia o conceito de chuva necessária ou evapotranspiração potencial e do balanço hídrico climático ao comparar os dados da chuva com os da evapotranspiração potencial do período considerado. A quantificação da evapotranspiração potencial, como elemento meteorológico, é bem mais difícil. Sua medição exige o manuseio de evapotranspirômetros, espécie de lisímetros, que devem ser conduzidos durante vários anos por climatologista experiente. Seus resultados são utilizados principalmente para aferir as equações de estimativa da evapotranspiração potencial. Existem hoje muitas fórmulas para estimativa da Etp. As primeiras e muito eficientes são as de. Thornthwaite (1948) e de Penman (1948). A de Thornthwaite,. relativamente empírica, é baseada nas causas, fatores astronômicos e geográficos, que condicionam e quantificam a Etp. A segunda é matemática, baseada em princípios físicos e nos efeitos meteorológicos da própria Etp. Ambas as fórmulas são de solução matemática trabalhosa, mas hoje muito facilitada através da informática. A estimativa de Etp baseada nas suas causas, como a equação de Thorthwaite, foi muito simplificada pela introdução da equação de Camargo (1971), que foi analisada e avaliada por Camargo & Camargo (1983). Segundo Soares (2004), uma raiz de uma árvore absorve em média 12 cm3/h de água do solo através de suas raízes e evapora aproximadamente 38% deste valor, supondo que suas raízes estão espaçadas cerca de 20 cm. Em média, o valor da absorção de uma árvore que dá frutos é de 250 litros/dia. Este valor varia de acordo com o tipo de árvores, algumas são mais densas, outras mais maleáveis, o fato que este valor é uma aproximação. 2.8.4 Absorção da umidade do solo.