INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA ÁREA DE CONCENTRAÇÃO:
GEOLOGIA AMBIENTAL, HIDROGEOLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ANÁLISE DA HIDROGEOQUÍMICA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NO MUNICÍPIO DE LENÇÓIS, BAHIA
JONATAS BATISTA MATTOS
SALVADOR – BAHIA 2017
JONATAS BATISTA MATTOS
Orientador: Prof. Dr. Manoel Jerônimo Moreira Cruz Co-orientador: Prof. Dr. Francisco Carlos Fernandes de Paula
Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Geologia do Instituto de Geociências da Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial à obtenção do Título de Mestre em Geologia, Área de Concentração: Geologia Ambiental, Hidrogeologia e Recursos Hídricos.
SALVADOR – BAHIA 2017
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca do Instituto de Geociências - UFBA M435 Mattos, Jonatas Batista
Análise da hidrogeoquímica das águas subterrâneas no município de Lençóis, Bahia / Jonatas Batista Mattos.- Salvador, 2017.
79 f. : il. Color.
Orientador: Prof. Dr. Manoel Jerônimo Moreira Cruz
Co-orientador: Prof. Dr. Francisco Carlos Fernandes de Paula Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal da Bahia. Instituto de Geociências, 2017.
1. Águas subterrâneas - Diamantina, Chapada (BA). 2.
Sulfatos. 3. Água - qualidade. I. Cruz, Manoel Jerônimo Moreira. II. Universidade Federal da Bahia. Instituto de Geociências
. III. Título.
Dedico esta dissertação a minha mãe Maria e a minha madrinha Rosimeia que, com muito carinho, dedicação e apoio nos momentos bons e ruins, me ajudaram a dar este importante
Agradeço a Deus, por ter me ajudado a manter o devido equilíbrio espiritual e físico para melhor desenvolver as mais complexas atividades acadêmicas e profissionais;
À Universidade Federal da Bahia, ao Instituto de Geociências, ao Programa de Pós-graduação em Geologia e a Capes, pelas oportunidades de pesquisa e pela realização do curso;
Ao professor e orientador Manoel Jerônimo Moreira Cruz pelas orientações e oportunidades durante todo o período de desenvolvimento do trabalho no mestrado;
Ao professor e co-orientador Francisco Carlos Fernandes de Paula, pela orientação, dicas, parceria e amizade desde o período de graduação;
Aos professores da Pós-graduação em Geologia pelos ensinamentos e orientações, em especial os professores Sérgio Nascimento, Luís Rogério Bastos Leal e José Maria Landim Dominguez;
A todos do laboratório de plasma, em especial Elinaldo Sales pelo fundamental apoio técnico e companheirismo nas etapas pré-campo, campo e pós-campo;
Ao NEA (Núcleo de Estudos Ambientais), em especial Sarah Rocha e Jorge Mário pelo apoio nas análises químicas;
Aos colegas da pós-graduação pelo convívio e compartilhamento de conhecimento e experiências nestes 2 anos, em especial Joaquim, Jamille, Dioga, Daniela e Cézar.;
A todos os amigos pelo apoio e companheirismo, em especial a Diego, Jânio, Tutti, Márcio, Marcelo, Mailton, Jussemar, Vanzinho, Kaique e Nelson;
À Associação dos Condutores de Visitantes de Lençóis (ACVL) pelo apoio logístico nas etapas de campo;
Aos hotéis, pousadas e seus respectivos proprietários pela recepção e acesso aos poços tubulares;
Aos presidentes de comunidades rurais e assentamentos pela recepção e acesso aos poços tubulares, em especial a Sr. Possidônio (Ass. Cantinho), Sr. Paulo Martins (Ass. Volta do Américo), Sr. Nildo Carneiro (Ass. Seguro) e Sr. Adauto (Ass. Novo Horizonte).
“Seja como a água, que abre caminho entre as
pedras: não se oponha ao obstáculo; contorne-o! ”
possui em seu território águas subterrâneas que estão condicionadas predominantemente por tipologias geológicas metassedimentares clásticas e químicas. O objetivo geral deste trabalho foi analisar as variações espaço-sazonais dos parâmetros e processos hidrogeoquímicos das águas subterrâneas do Grupo Chapada Diamantina (Formações Caboclo, Tombador) e do Grupo Una (Formação Salitre) no município de Lençóis, estado da Bahia. Para atingir este objetivo, foram coletadas amostras de água extraídas através de poços tubulares distribuídos no município, para levantamento dos seguintes parâmetros físico-químicos: Condutividade elétrica, STD, pH, dureza total, HCO3-, Cl-, NO3-, SO42-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+ e Fe3+. Uma
análise de agrupamentos foi usada para identificar padrões e similaridades entre os pontos observados. Usou-se os diagramas de Piper e Lemoine para classificação das águas. Para identificar variações espaço-sazonais significativas estatisticamente foi usado o teste de Kruskal-Wallis e as análises fatoriais e de componentes principais. Os fatores governantes da hidrogeoquímica das águas foram determinados a partir da interpretação do diagrama de Gibbs e da modelagem hidrogeoquímica no software phreeqc. Os resultados mostraram que no município de Lençóis há duas zonas com hidrogeoquímicas distintas que definem 3 tipos de água nas estações seca e chuvosa, divididas em cinco agrupamentos. Estas águas são predominantemente doces, com baixa salinidade e apresentam boa qualidade ambiental, com algumas exceções expostas à interferência antrópica. A sazonalidade apresentou influência significativa sobre a hidrogeoquímica das águas nos cinco grupos, indicando que os processos hidrológicos controladores desta sazonalidade são a mobilização e a diluição. No período chuvoso, uma quantidade relativamente significativa do ânion sulfato é mobilizado para as águas nos cinco grupos, modificando dessa forma a hidrogeoquímica e a atividade iônica. Os prováveis processos hidrogeoquímicos predominantes nestas águas são a hidrólise para as águas residentes no Grupo Chapada Diamantina (controlados pela precipitação) e carbonatação e dissolução para as águas residentes no Grupo Una (controlados pela geologia na interação água-rocha).
Brazil, has in its territory groundwater that is predominantly conditioned by clastical and chemical metasedimentary geological typologies. The general objective of this work was to analyze the spatio-seasonal variations of hydrogeochemistry parameters and processes of groundwater of the Chapada Diamantina Group (Formations Caboclo and Tombador) and Una Group (Formation Salitre) in the municipality of Lençóis, State of Bahia. To reach this objective, water samples were collected through tubular wells distributed in the municipality to collect of such physical-chemical parameters: Electrical conductivity, TDS, pH, total hardness, HCO3-, Cl-, NO3-, SO42-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+ e Fe3+ . A clustering analysis was used to
identify patterns and similarities between observed points. Piper and Lemoine diagrams were used for water classification. Statistically significant spatio-seasonal variations were used in the Kruskal-Wallis test and factorial and principal component analyzes. The governing factors of water hydrogeochemistry were determined from the interpretation of the Gibbs diagram and the hydrogeochemistry modeling in the phreeqc software. The results showed that in the municipality of Lençóis there are two distinct hydrogeochemistry zones that define 3 types of water in the dry and rainy seasons, divided into five groups. These waters are predominantly sweet, with low salinity, and have good environmental quality, with some exceptions exposed to anthropic interference. Seasonality had a significant influence on the hydrogeochemistry of the waters in the five groups, indicating that the controlling hydrological processes of this seasonality are the mobilization and the dilution. In the rainy season, a relatively significant amount of sulfate anion is mobilized into the waters of the five groups, there by modifying hydrogeochemistry and ionic activity. The predominant hydrogeochemistry processes in these waters are the hydrolysis for the waters residing in the Chapada Diamantina Group (controlled by precipitation) and carbonation and dissolution for the waters residing in the Una Group (controlled by the geology in the water-rock interaction).
Figura 1.1 - Mapa de localização do município de Lençóis, Bahia...18
Figura 2.1 – Série histórica da precipitação no município de Lençóis ...19
Figura 2.2 – Mapa de localização das estações amostrais...20
Figura 3.1 – Mapa geológico com síntese Litológica-Hidrogeológica...30
Figura 4.1 – Mapa de distribuição dos valores de condutividade elétrica...32
Figura 4.2 – Mapa de distribuição das concentrações de STD...33
Figura 4.3 – Mapa de distribuição das concentrações de pH...34
Figura 4.4 – Mapa de distribuição das concentrações de Cloreto...35
Figura 4.5 – Mapa de distribuição das concentrações de Sulfato...36
Figura 4.6 – Mapa de distribuição das concentrações de Nitrato...37
Figura 4.7 – Mapa de distribuição das concentrações de Sódio...38
Figura 4.8 – Mapa de distribuição das concentrações de Potássio...39
Figura 4.9 – Mapa de distribuição das concentrações de Cálcio...40
Figura 4.10 – Mapa de distribuição das concentrações de Magnésio...41
Figura 4.11 – Mapa de distribuição das concentrações de Bário...42
Figura 4.12 – Mapa de distribuição das concentrações de Ferro...43
Figura 4.13 – Mapa de distribuição das concentrações de Alcalinidade Total...44
Figura 4.14 – Mapa de distribuição das concentrações de Dureza Total...45
Figura 4.15 – Dendogramas com números de nós que classificam os grupos...47
Figura 4.16 – Digrama de Piper para as águas subterrâneas do município de Lençóis...51
Figura 4.17 – Classificação das águas subterrâneas de Lençóis a partir da salinidade...52
Figura 4.18 – Diagrama de Lemoine (S.A.R. – USSL)...55
Figura 4.19 – Gráficos com comparação de sazonalidade dos íons maiores...57
Figura 4.20 – Distribuição espacial dos respectivos grupos...60
Figura 4.21 – Biplot (Análise de componentes principais dos grupos de água)...62
Fotografia 2.1 – Captação de água com Bailer...21
Fotografia 2.2 – Extração de água subterrânea de poço tubular...21
Fotografia 2.3 – Medição de parâmetros físico-químicos...22
Fotografia 2.4 – Análise dos ânions Nitrato e Sulfato...23
(C) Chuva e (S) Seco ...49
Tabela 4.2 – Classes das águas segundo a resolução CONAMA 396/2008...52
Tabela 4.3 – Classes de referência para dureza total 1...54
Tabela 4.4 – Classes de referência para dureza total 2...54
Tabela 4.5 – Classificação das águas segundo U.S. Salinity Laboratory...55
Tabela 4.6 – Classificação do USSL para os poços e grupos analisados no município de Lençóis...56
Tabela 4.7 – Coeficiente de correlação (Spearman) para os doze parâmetros físico-químicos...61
Tabela 4.8 – Matriz de pesos fatoriais dos parâmetros físico-químicos nas duas componentes principais selecionadas...61
Tabela 4.9 - Concentrações analíticas dos parâmetros físico-químicos de todos os poços analisados...74
Tabela 4.10 - Estatística descritiva dos parâmetros analisados nas águas subterrâneas do Grupo Chapada Diamantina no período seco...76
Tabela 4.11 - Estatística descritiva dos parâmetros analisados nas águas subterrâneas do Grupo Una no período seco...77
Tabela 4.12 - Estatística descritiva dos parâmetros analisados nas águas subterrâneas do Grupo Chapada Diamantina no período chuvoso...78
Tabela 4.13 - Estatística descritiva dos parâmetros analisados nas águas subterrâneas do Grupo Una no período chuvoso...79
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS...15 1.1 INTRODUÇÃO...15 1.2 PROBLEMA E JUSTIFICATIVA...16 1.3 OBJETIVOS...17 1.3.1 Objetivo geral...17 1.3.2 Objetivos específicos...17 1.4 ÁREA DE ESTUDO...17
CAPÍTULO 2 – MATERIAIS E METODOS...19
2.1 ETAPAS DE CAMPO...19
2.2 ETAPAS DE LABORATÓRIO...22
2.3 CONTROLE DE QUALIDADE ANALÍTICA...24
2.4 ANÁLISE DOS DADOS (ESTATÍSTICA)...25
2.4.1 Estatística descritiva e testes de normalidade...25
2.4.2 Análise de agrupamentos...25
2.4.3 Análise fatorial...26
2.4.4 Análise de componentes principais...26
2.5 SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA e GEOPROCESSAMENTO...27
2.6 TIPOS E CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS...27
2.7 QUALIDADE DA ÁGUA...28
2.8 MODELAGEM HIDROGEOQUÍMICA...28
CAPÍTULO 3 – CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO...29
3.1 CLIMA...29
3.2 GEOLOGIA...29
4.2 ESPACIALIZAÇÃO DAS CONCENTRAÇÕES DOS PRINCIPAIS PARÂMETROS
FÍSICO-QUÍMICOS ANALISADOS...31
4.2.1 Condutividade Elétrica (CE)...31
4.2.2 Sólidos Totais Dissolvidos (STD)...32
4.2.3 Potencial Hidrogeniônico (pH)...33 4.2.4 Cloreto...34 4.2.5 Sulfato...35 4.2.6 Nitrato...36 4.2.7 Sódio...37 4.2.8 Potássio...38 4.2.9 Cálcio...39 4.2.10 Magnésio...40 4.2.11 Bário...41 4.2.12 Ferro...42
4.2.13 Alcalinidade Total (Bicarbonato)...43
4.2.14 Dureza Total...44
4.3 RESULTADO DOS AGRUPAMENTOS...45
4.4 CARACTERISTICAS HIDROQUÍMICAS DOS AGRUPAMENTOS (TIPOS E QUALIDADE DAS ÁGUAS)...50
4.4.1 Tipos de águas...50
4.4.2 Qualidade da água para consumo humano...51
4.4.3 Qualidade da água para irrigação...54
4.5 MUDANÇAS ESPAÇO-SAZONAIS DOS AGRUPAMENTOS...56
REFERÊNCIAS...69 ANEXO A ...74 ANEXO B ...76
CAPÍTULO 1
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
1.1. INTRODUÇÃO
As águas subterrâneas nos dias atuais são importantíssimas para inúmeros setores da sociedade, como indústria, agropecuária e abastecimento humano, além de serem parte essencial do meio natural, já que participam ativamente do ciclo hidrológico e de processos geológicos. De forma geral, segundo ANA (2005), este tipo de água apresenta excelente disponibilidade e qualidade, estando apta para consumo humano, muitas vezes, apenas empregando métodos simples de desinfecção.
Estas águas estão confinadas em formações geológicas denominadas aquíferos, ocupando grandes espaços em diferentes tipologias rochosas. Stallard e Edmond (1983) procuram estabelecer em estudos de aquíferos e rios uma relação entre a geologia (litologia) de uma área e os processos de intemperismo químico com as diferentes constituições iônicas das águas, exercendo um controle sobre a química dos recursos hídricos.
Sendo assim, a influência de fatores naturais na qualidade das águas é na maioria das vezes determinante na definição de água apta para usos primários e secundários. Acrescido a esta condição natural dos aquíferos há a interferência humana que implica em mudanças das características químicas das águas, conforme expõe Conboy e Goss (2000). De acordo com Conceição et al. (2014), uma grande preocupação nos dias de hoje, em relação a água subterrânea, é a sua contaminação, pois mesmo o solo tendo a capacidade de imobilização de grande parte das impurezas, essa capacidade é limitada.
Estudos em geoquímica de águas subterrâneas buscam responder questões sobre a caracterização e o comportamento dos processos vinculados a hibridez e variação das concentrações naturais de determinados constituintes, o que torna o monitoramento espaço-sazonal uma importante estratégia a ser adotada nestes estudos. O monitoramento da hidroquímica das águas subterrâneas permite identificar variadas características específicas relacionada aos processos dinâmicos naturais e ecológicos, além de poder identificar possíveis fontes de contaminação antrópica para os aquíferos.
Considerando tal condição dos estudos hidrogeoquímicos, Vivona et. al. (2007), afirma que dessa forma é possível estabelecer medidas e ações preventivas e mitigadoras,
capazes de reduzir os riscos de contaminação para uma população que consome determinado recurso hídrico, evitando danos à saúde pública.
A tipologia geológica de uma região, por muitas vezes, atribui as águas uma assinatura hidrogeoquímica anisotrópica, sujeita a alterações de sua qualidade, como acontece em regiões costeiras e em áreas de contato entre diferentes tipos de aquíferos. Du et al. (2015) e Kaplan e Muñoz-Carpena (2014), mostraram o dimensionamento da intrusão salina com uso de ferramentas especificas (modelagens e isótopos) em aquíferos de águas doces que representam bem as influências naturais e antrópicas de mudanças nas características da água.
De forma geral a química das águas está relacionada com a característica de cada aquífero. A origem dos constituintes está associada à qualidade das águas que se infiltram, ao tempo de trânsito e a tipologia litológica a qual foi atravessada. A composição poderá ser alterada desde a área de recarga até a área de descarga, por conta da dissolução dos minerais, mistura de águas, mudanças na mineralogia, dentre outros processos.
Muitas pesquisas estão sendo desenvolvidas a fim de definir as melhores metodologias para alcance de resultados consolidados que possam apontar não somente a produção de água dos aquíferos, mas também a qualidade (hidrogeoquímica) dos mananciais subterrâneos. Neste encalço há também a preocupação com o aumento populacional e a evolução de variadas e complexas atividades econômicas que promovem o consumo exacerbado de água e igualmente, a deterioração de sua qualidade.
A região da Chapada Diamantina, no estado da Bahia, notavelmente é muito rica em recursos hídricos, um território constituído por muitas nascentes, rios de boa vazão, com águas de boa qualidade ambiental, precipitação anual com volumes razoáveis e tipologia geológica (granular, fissural e cárstica) apta a armazenar bons volumes de água em subsuperficíe. Aliada a esta condição, as unidades de conservação mantidas na região, as baixas taxas de urbanização e os índices de atividades agropecuárias mesmo que crescentes, porém ainda relativamente baixos, ajudam a assegurar os bons índices hídricos deste território.
1.2 PROBLEMA E JUSTIFICATIVA
O município de Lençóis é atualmente um importante destino turístico do estado da Bahia, a cidade mais visitada do território da Chapada Diamantina. Diante deste fato, torna-se imprescindível um estudo detalhado sobre a disponibilidade e a qualidade das águas subterrâneas que abastecem esta cidade.
A população nativa e turística ao longo do ano dispõe de rios superficiais perenes, mas que apresentam uma significativa redução da vazão em períodos de estiagem, neste cenário as águas subterrâneas auxiliam e suprem a demanda de água para consumo humano. Atualmente o abastecimento é feito de duas formas, uma gerida pela EMBASA, responsável por captar e tratar as águas dos Rios Lençóis e Santo Antônio para a sede municipal e também para o maior distrito do município (Tanquinho). A segunda forma está baseada em captação de água subterrânea através dos poços da CERB e particulares, que abastecem assentamentos, distritos, fazendas e boa parte de hotéis e pousadas da sede municipal.
Sendo assim, justifica-se a execução desse estudo, uma vez que ele pretende unificar e atualizar as informações hidrogeoquímicas dos aquíferos correlacionando com os fatores ambientais predominantes, além de contribuir para a elaboração de uma política de gestão de águas subterrâneas de Lençóis em condições ambientais adequadas, para otimizar as decisões a serem tomadas no âmbito dos recursos hídricos disponíveis.
1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo Geral
Levantamento qualitativo espaço-sazonal dos parâmetros hidrogeoquímicos das águas subterrâneas do Grupo Chapada Diamantina (Formações Caboclo, Tombador) e do Grupo Una, (Formações Salitre) no município de Lençóis, estado da Bahia.
1.3.2. Objetivos Específicos
Identificar a influência das variações espaço-sazonais no comportamento hidrogeoquímico das águas subterrâneas no município de Lençóis, Bahia, Brasil. Classificar o tipo de água utilizando o Diagrama triangular de Piper e usar os dados
hidrogeoquímicos para determinar os padrões de qualidade da água subterrânea baseada nos valores de referência estabelecidos pela legislação brasileira vigente (Resoluções CONAMA 357/2005, 296/2008 e Portaria MS 2914/2011);
Verificar os processos hidrogeoquímicos predominantes nas águas, além dos possíveis fatores naturais e antropogênicos que interferem na qualidade dessas águas.
1.4 ÁREA DE ESTUDO
O município de Lençóis localiza-se na borda leste da Chapada Diamantina, mesorregião centro-norte do estado da Bahia, nordeste do Brasil, entre as coordenadas geodésicas 12º09’; 12º38’S e 41º08’; 41º30’W (fig. 1.1). A área total do município é de 1.277 Km² e sua sede possui uma altitude média de 400 metros, porém, há pontos no território
municipal acima de 1.000 metros. Este município faz parte da Bacia Hidrográfica do Rio Paraguaçú, sendo uma região que abriga múltiplas nascentes e cursos d’água.
Fig. 1.1 – Mapa de localização do município de Lençóis, Bahia, Brasil
CAPÍTULO 2
MATERIAL E MÉTODOS
2.1. ETAPAS DE CAMPO
Houve duas campanhas de campo que foram realizadas de acordo com a variação sazonal, sendo uma em um período chuvoso (dezembro/2014) e a outra na época de acentuada estiagem na região (setembro-outubro/2015). Este regime hidrológico está assegurado pelos dados históricos de precipitação do município entre os anos de 1943 a 1972, 1961-1990 e 1992-2015, conforme ilustra a figura 2.1. Os dados pluviométricos foram coletados pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) através de estações automáticas.
Esta série histórica aponta que os períodos de maior amplitude pluviométrica são subsequentes, sendo os meses de julho, agosto e setembro com os menores índices pluviométricos e os meses de novembro e dezembro com as maiores médias pluviométricas em um ano hidrológico. Dessa forma, a hidrogeoquímica das águas dos aquíferos poderá ser analisada em diferentes cenários sazonais que controlam suas recargas.
Fig. 2.1 – Série histórica da precipitação no município de Lençóis
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
Foram definidos vinte e um pontos para coleta de amostras de águas subterrâneas através de poços tubulares (figura 2.2), os quais apresentam uma profundidade média de 84 metros. O critério adotado para definição dos pontos foi a disponibilidade dos poços. A coleta
foi feita de acordo com o manual prático de análise de água (FUNASA, 2006) e com os métodos internacionalmente padronizados pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012). Em etapa pré-campo houve a lavagem e descontaminação dos frascos de polietileno usados na amostragem, onde toda a frascaria foi deixada no banho com detergente Extran não fosfatado a 5% por 24 horas, na sequência foi deixado no HNO3 a 2,5% e por fim enxaguados com água deionizada.
Fig. 2.2 – Mapa de localização com estações amostrais
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
Dos vinte e um poços elencados para amostragem, dezoito são providos de bomba, nestes poços, a coleta das amostras foi feita após purga em torno de 5 a 7 minutos, para que não fossem coletadas águas estagnadas na coluna do poço (fotografia 2.2). Nos outros três poços, que não dispunham de bomba, a coleta de água foi feita com o uso de bailer de 1 L (fotografia 2.1), tendo o cuidado de descartar uma quantidade mínima necessária de água estagnada na coluna do poço, na busca de uma água renovada do aquífero.
Os parâmetros físico-químicos medidos em campo foram temperatura, condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos, pH, oxigênio dissolvido e turbidez, todos estes obtidos através de aparelho medidor multiparâmetros Horiba U50, devidamente calibrado (fotografia 2.3).
Fotografia 2.1 – Captação de água com bailer
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
Fotografia 2.2 – Extração de água em poço tubular
Fotografia 2.3 – Medição de parâmetros físico-químicos
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
As amostras coletadas foram conservadas à baixas temperaturas em frascos de polietileno de 1 L acondicionados em caixas de isopor com gelo e transportadas até o Laboratório de Plasma do Instituto de Geociências da UFBA, nesta instituição foram mantidas em refrigeração à 4º C até a realização das análises. Para determinar o sulfato, o nitrato, fosfato, alcalinidade e cloreto, as amostras, com um volume de 1 L foram filtradas no próprio ponto de amostragem com o uso de bomba manual de vácuo e membrana Milipore 0,45 μm. Para os metais, usou-se a mesma frascaria para um volume de 1 L de água e o mesmo tipo de membrana para filtração, preservou-se em HNO3 concentrado.
2.2. ETAPAS DE LABORATÓRIO
As análises realizadas em laboratório seguiram as orientações técnicas do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012). Os ânions nitrato, sulfato e fosfato foram obtidos pelo método de absorção molecular de radiação monocromática em uma das regiões do espectro eletromagnético por espectrofotometria óptica através do espectrofotômetro (HITACHI, modelo U-5100), como ilustra a fotografia 2.4. Para o nitrato e sulfato usou-se os kits de bancada da Hach® (NitraVer5 e Sulfaver4) pelo método de redução de cádmio e pelo método turbidimétrico de sulfato de bário, respectivamente.
A alcalinidade foi quantificada pelo método de titulação com Ácido Sulfúrico (H2SO4) 0,02 N e o cloreto através do método volumétrico de Mohr, onde os íons cloreto são titulados com solução padronizada de nitrato de prata (AgNO3) 0,01 N, na presença de cromato de potássio (K2CrO4) como indicador (APHA, 2012).
Para as concentrações dos cátions Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, e Fe3+, as amostras foram levadas para o processo de digestão, em uma chapa aquecedora com temperatura média de 60ºC para evitar a ebulição. Após se obter um volume de 10 mL, o processo de digestão, que durou 4 dias, foi finalizado, sendo ainda, essas amostras avolumadas até 25 mL com água ultrapura para finalizar o processo de preparação e começar a determinação dos metais dissolvidos na água por Espectrometria de Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES 700 Series, da Agilent Technologies®), fotografia 2.5.
Fotografia 2.4 – Análise dos ânions nitrato e sulfato
Fotografia 2.5 – Análise de metais (cátions) no ACP
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
A leitura das amostras foi feita no Laboratório de Estudos do Petróleo – LEPETRO, Núcleo de Estudos Ambientais – NEA, Instituto de Geociências da UFBA. A potência do ICP-OES usado é 1.10 Kw e conta com um sistema nebulizador seaspray com câmara de nebulização ciclônica single pass. As linhas espectrais usadas foram: 568,821 nm para Na+, 766,491 nm para K+, 279,8 nm para Mg2+, 315,887 nm para Ca2+, 493,408 nm para Ba2+, 407,771 nm para Fe3+. Os limites de determinação foram os seguintes: 0,03 para Na2+, K2+, Mg2+, Ca2+, Ba2+ e Fe3+. Para preparação das curvas de calibração foram utilizadas soluções padrões (Merck S.A) para cada elemento com concentração de 100 mg L-1.
2.3. CONTROLE DE QUALIDADE ANALÍTICA
Os processos para os procedimentos de coleta e análises das amostras foram feitos de acordo com os padrões estabelecidos. Para que a qualidade das análises estivesse em conformidade, as amostras foram duplicadas e corrigidas pelo branco, bem como, todas as recomendações para uso dos reagentes foram seguidas rigorosamente. Estas recomendações estão embasadas nos seguintes critérios:
Os instrumentos e equipamentos utilizados no campo e em laboratório foram calibrados e aferidos a intervalos regulares e determinados pelos fabricantes;
Os recipientes utilizados para armazenar a água da coleta foram descontaminados em laboratório e ambientados com a própria água do poço em que foi retirada;
Foram realizadas a extração de água estagnada nas colunas dos poços por um período de cinco a sete minutos, excetuando-se os poços que não possuíam bomba elétrica, nos quais foram utilizados o bailer para a coleta da água;
Em todas as amostras foram utilizados os mesmos procedimentos de análise;
Em laboratório, todas as análises foram realizadas dentro dos métodos estabelecidos, respeitando os prazos recomendados para cada análise;
Em posse dos dados analisados foi feito o balanço iônico de cada amostra, a fim de identificar possíveis anomalias nos processos de coleta, armazenamento, transporte, conservação e análise.
2.4. ANÁLISES DOS DADOS (ESTATÍSTICA) 2.4.1. Estatística descritiva e testes de normalidade
Todos os parâmetros analisados (físicos e químicos) foram submetidos a uma estatística descritiva, bem como ao teste de normalidade Shapiro-Wilk. Como somente 25% das amostras analisadas apresentaram uma distribuição predominantemente normal (p > 0,05), foi aplicado o teste não paramétrico de Kruskal-Wallis, para identificação de variação estatisticamente significativa entre os períodos de chuva e seca. Para verificação das correlações entre os parâmetros analisados diante das variações espaço-sazonais gerou-se uma matriz de correlação de Spearman, para dados não paramétricos. Para tais procedimentos usou-se o software Microsoft Excel ® (2016) com a extensão Action Stat ® (Estatcamp e DIGUP, 2016). As tabelas com resumo estatístico e teste de normalidade constam no Anexo B.
2.4.2. Análise de agrupamentos
Esta técnica foi escolhida pela capacidade de agrupar os conjuntos de dados de acordo com as semelhanças existentes entre as estações e períodos amostrais. Nesta análise foram utilizadas 12 variáveis, definidas como parâmetros físico-químicos (Condutividade elétrica, pH, alcalinidade, cloreto, sulfato, nitrato, sódio, potássio, cálcio, magnésio, bário e ferro). O resultado desta análise é um dendograma que ilustra os agrupamentos e os níveis de similaridade entre as estações amostrais. É uma técnica de extrema utilidade, que reduz a dimensão dos dados originais e facilita a compreensão dos agrupamentos dos parâmetros (Tan et al. 2006). O método usado para este procedimento analítico foi o de Ward (1963), tendo a
distância euclidiana como medida de similaridade na análise de agrupamentos dos tipos de água conforme orienta Nguyen et al. (2015). Para execução de tal análise foi usado o software Microsoft Excel ® (2016) com a extensão Action Stat ® (Estatcamp e DIGUP, 2016). A tabela com os dados analíticos de cada um dos pontos usados para análise de agrupamentos encontra-se no Anexo A.
2.4.3. Análise Fatorial
De acordo com Ribas e Vieira (2011) em um estudo sobre análise fatorial, este tipo de análise procura identificar se as covariâncias e ou correlações das variáveis observadas podem ser explicadas por um número menor de construtos ou fatores comuns. Esta análise pode ser confirmatória ou exploratória, tendo como principal diferença a análise entre variáveis com correlações existentes. Sintetizando o conceito, Rocha e Costa (2015) coloca que a análise fatorial, representa uma forma exploratória de conhecer o comportamento dos dados a partir de uma dimensão reduzida do espaço original dos parâmetros. Em uma aplicação do método para estudos de recursos hídricos, Toledo e Nicolella (2002) aponta que o uso desta técnica permite selecionar as variáveis mais significativas do corpo hídrico, favorecendo a definição de indicadores mais sensíveis, tanto para adoção de um programa de monitoramento, como para avaliação das alterações ocorridas nas águas.
2.4.4. Análise de Componentes Principais
A análise de componentes principais (PCA) é uma técnica da estatística multivariada que transforma uma população de variáveis originais em um conjunto de variáveis de mesma dimensão denominadas de componentes principais. Este tipo de técnica é associada à ideia de redução de massa de dados, com menor perda possível da informação. Tem sido largamente aplicada nos estudos de recursos hídricos superficiais e subterrâneos pela capacidade de representar adequadamente as variações hídricas no espaço e tempo, indicando as possíveis fontes destas variações, como é observado em estudos conduzidos por Bomboi et al. (1990); Join et al. (1997); Page et al. (2012) e Uher et al. (2016).
O PCA pode ser utilizada para geração de índices e agrupamento de indivíduos. Este agrupamento é realizado de acordo com sua variação, isto é, os indivíduos são agrupados segundo suas variâncias, ou seja, segundo seu comportamento dentro da população, representado pela variação do conjunto de características que define o indivíduo, ou seja, a técnica agrupa os indivíduos de uma população segundo a variação de suas características. Para execução de tal análise foi usado o software Microsoft Excel ® (2016) com a extensão Action Stat ® (Estatcamp e DIGUP, 2016).
2.5. SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA E GEOPROCESSAMENTO
O software ArcGis® versão 10 (ESRI, 2010) foi usado para espacializar através de mapas a concentração dos principais constituintes hidrogeoquímicos nos pontos de análise, usando a simbologia de graduação pelo método estatístico quantile. No ArcGIS usou-se também o geoprocessamento através da ferramenta geoestatística, aplicando o método da krigagem ordinária para geração de mapa de isoteores. De acordo com Ashrafzadeh et al. (2016), a krigagem ordinária é uma técnica de interpolação geoestatística que correlaciona espacialmente os valores medidos de uma variável aleatória espacial para estimar valores para locais sem amostragem.
A interpolação geoestatística tem sido uma técnica amplamente usada para estudos sobre recursos hídricos, seja os que tratam sobre as águas pluviais (por exemplo, Carrera-Hernández e Gaskin, 2007, e Tobin et al. 2011), mapeamentos potenciométricos e de vulnerabilidade de aquíferos (por exemplo, Abedini et al., 2008 e Wang et al., 2012) e mapas de qualidade das águas subterrâneas (por exemplo, Arslam, 2012, Gong et al., 2014 e Mattos et al. 2015).
2.6. TIPOS E CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS
Os tipos de água e suas respectivas fácies hidrogeoquímicas podem ser determinadas a partir do diagrama triangular de Piper (1944), o qual plota em dois triângulos distintos as porcentagens dos equivalentes de cada espécie química de grandes íons dissolvidos em mEq L-1. O triângulo diagrama da esquerda classifica os tipos de água a partir dos cátions [Na+], [ K+], [Mg2+] e [Ca2+] e o da direita classifica a partir dos ânions [SO
4
2-], [HCO3-] e [Cl -].
Este diagrama é internacionalmente difundido e usado a fim de identificar os ânions e cátions dominantes em cada poço analisado. Estudos realizados por Razack e Dazy (1990); Long et al. (2009); Forcada-Gimenez (2014) e Ebrahimi et al. (2016) em diferentes ambientes hidrogeológicos e condições climáticas ilustram com sucesso os resultados plotados pelo diagrama triangular de Piper, comprovando a eficácia do método ao longo das décadas. O software utilizado para geração do diagrama triangular de Piper foi o Qualigraf ® 14 (Mobus, 2014). Para realização do balanço iônico foram usados os métodos de Custódio e Llamas (1983) e Logan (1965).
2.7. QUALIDADE DAS ÁGUAS
A qualidade das águas analisadas para consumo humano e demais usos foi definida a partir dos padrões de potabilidade da Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde, bem como as Resoluções CONAMA 357/2005 e 396/2008. Para identificação da qualidade para uso na agricultura usou-se o diagrama de Lemoine, baseado no S.A.R – Razão de Adsorção de Sódio (U.S.S.L, 1954) que consiste em uma classificação baseada na concentração em Meq L-¹ de alguns íons, como o Na+, K+, Ca2+, Mg2+, e suas relações com a concentração dos sólidos totais dissolvidos e da condutividade elétrica. Para geração do diagrama de Lemoine usou-se o software Qualigraf ® 14 (Mobus, 2014).
2.8. MODELAGEM HIDROGEOQUÍMICA
Para verificar as variações e os processos hidrogeoquímicos predominantes em cada domínio hidrogeológico no município foi preciso realizar uma modelagem hidrogeoquímica através do software Phreeq C (Parkrusrt e Appelo, 1999) com o intuito de verificar as espécies químicas presentes nas águas subterrâneas, além dos índices de saturação das mesmas.
CAPÍTULO 3
CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
3.1. CLIMA
A tipologia climática da borda leste da Chapada Diamantina é do tipo cwb (tropical de altitude) na classificação de Koppen (1948), e apresenta duas estações bem definidas com precipitação média anual oscilando entre 830 mm a 1192 mm (Giulietti et al.,1996). De acordo com Barreto (2010), por conta de uma barreira orográfica denominada Serra do Sincorá, a borda leste da Chapada Diamantina está condicionada a valores pluviométricos superiores aos encontrados na região. Configura-se como uma área de transição entre os biomas Mata Atlântica, Caatinga e Cerrado, apresentando peculiaridades diversas de diferentes meios morfoclimáticos.
3.2. GEOLOGIA
O mapa da figura 3.1 ilustra a geologia em uma escala regional na área de estudo, onde a mesma está condicionada por litótipos diversos contidos nos Grupos Chapada Diamantina (Formações Tombador, Caboclo e Morro do Chapéu) originado na Era Mesoproterozóica, dispondo de um domínio estratigráfico de rochas quartzíticas e areníticas de grande espessura e relativa variabilidade, com a presença de intervalos estratigráficos de sedimentação psamítica (Turra, 2014); Paraguaçú (Formação Açuruá) composta predominantemente por ardósias e metassiltitos datados do fim da Era Paleoproterozóica e que de acordo com Magalhães et al (2014) teve sua origem ligada a dinâmicas marinhas e fluviais; Una (Formações Bebedouro e Salitre) constituído principalmente por rochas calcárias, dolomiticas e peliticas da Era Neoproterozóica. Coberturas quaternárias do tipo areia com níveis de argila e cascalho, crosta laterítica, e depósitos aluvionares recentes (areias com intercalações de argilas e cascalhos) ocorrem na porção Sul do município. (CPRM 2005).
O arcabouço tectônico identificado no município de Lençóis segue um padrão de geologia estrutural regional de direção NW-SE, com predominância de falhas transcorrentes sinistrais, destrais, acamamentos, anticlinais e sinclinais.
Fig. 3.1 – Mapa geológico com síntese litológica-hidrogeológica
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016. 3.3. HIDROGEOLOGIA
O mapa da figura 3.1 ilustra de acordo com a CPRM (2005) os domínios hidrogeológicos desta área, que são predominantemente compostos por rochas sedimentares e metassedimentares (siltitos, metarenitos, arenitos, calcarenitos, quartzitos e conglomerados) do Grupo Chapada Diamantina/Estância/Juá, ocupando cerca de 85% da área. Este aquífero é misto, semi-confinado, com predomínio de porosidade secundária. Ocorrem também aquíferos formados por metassedimentos/metavulcanitos do Grupo Una - Formação Bebedouro (diamctitos, pelitos e arenitos); por formações superficiais Cenozóicas de elevada porosidade primária e de comportamento livre, constituídas por depósitos aluvionares e coberturas detríticas (cascalhos, areias e argilas); e por rochas químicas (carbonatos/metacarbonatos) do Grupo Una - Formação Salitre, semi-confinado, com porosidade secundária representada por fraturas e fendas.
CAPÍTULO 4
RESULTADOS
4.1. BALANÇO IÔNICO
O balanço iônico das amostras de águas subterrâneas de Lençóis foi baseado no Erro prático (Ep) de dois diferentes métodos. O primeiro o de Logan (1965) que considera os valores dos íons (ânions ou cátions); e o segundo o de Custódio e Llamas (1983) que considera a condutividade elétrica como referência. Das 42 amostras analisadas, 16 (38%) não atende nenhum dos dois métodos acima citados, 15 (35,7%) atendem a pelo menos 1 dos dois métodos e 11 (26,3%) atendem os dois métodos. As causas prováveis para parte das amostras não apresentar o equilíbrio iônico estão relacionadas provavelmente com as etapas de campo (transporte), além da falta de análise de algum analito específico que tenha alguma influência na solução.
4.2. ESPACIALIZAÇÃO DAS CONCENTRAÇÕES DOS PRINCIPAIS PARÂMETROS ANALISADOS
4.2.1 Condutividade Elétrica (CE)
De acordo com Santos (2008), condutividade elétrica é a medida da facilidade de uma água conduzir a corrente elétrica, estando diretamente ligada com o teor de sais dissolvidos sob a forma de íons. É representada pelo Sistema Internacional em unidades miliSiemens por cm (mS/cm) ou microSiemens por cm (μS/cm). O mapa da figura 4.1 espacializa a condutividade elétrica sobre a malha geológica para cada ponto analisado, em diferentes períodos, baseando-se em valores graduais a partir do método estatístico quartil-percentil. No mapa, nota-se um padrão estabelecido com duas zonas de condutividade elétrica distintas, indicando possíveis diferenças hidrogeoquímicas a partir de diferentes litologias.
Figura 4.1 – Mapa de distribuição dos valores de condutividade elétrica nas águas
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.2 Sólidos Totais Dissolvidos (STD)
Os Sólidos Totais Dissolvidos (STD) são todas as substâncias, de origem inorgânica e orgânica, dissolvidas na água, inclusive os materiais voláteis. Representa o peso total dos constituintes minerais presentes na água, por unidade de volume. Dentre as substâncias minerais dissolvidas podem estar o: sódio, potássio, cálcio, magnésio, carbonatos, bicarbonatos, sulfato, cloreto, nitrato, ferro, entre outros. O mapa da figura 4.2 ilustra o STD em mg L-1, e confirma o padrão também apresentado no mapa de condutividade elétrica, o qual define para a zona centro-leste/sudeste (pontos 7, 8, 9, 10 e 11) maiores concentrações de STD.
Figura 4.2 – Mapa de distribuição das concentrações de STD
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.3 Potencial Hidrogeniônico (pH)
Potencial Hidrogeniônico (pH) é uma escala numérica que expressa o equilíbrio entre íons de (H+) e (OH-). É controlado pelas reações químicas e pelo equilíbrio dos íons presentes. Varia de 0 a 14, sendo 7 considerado neutro. De acordo com a CETESB (2009) o pH pode controlar diversas funções na água, tais como precipitar elementos químicos tóxicos como os metais, além de solubilizar nutrientes. O mapa da figura 4.3 espacializa o pH a partir de valores graduais (quartil-percentil) para ambos períodos analisados. Nota-se o predomínio de águas mais acidificadas com pH < 6. É possível notar também a relação entre os mesmos pontos onde o STD e a condutividade apresentaram os maiores valores, indicando que as cargas iônicas nestes pontos apresentam maior influência sobre o aumento do valor de pH.
Figura 4.3 – Mapa de distribuição dos valores de pH
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.4 Cloreto
O ânion Cl- se configura na natureza como um dos sais mais abundantes, podendo ser encontrado em todas as águas naturais. Segundo Santos (2008), o cloreto, em geral, é muito solúvel e muito estável na solução, logo dificilmente precipita. Nas águas subterrâneas, o cloreto origina-se a partir da lixiviação de minerais ferro-magnesianos de rochas ígneas e de rochas evaporíticas (sal-gema). Pode ocorrer também por contaminação de esgotos e aterros sanitários, efluentes industriais e intrusão da cunha salina em regiões costeiras, além de águas meteóricas (chuvas). O mapa da figura 4.4 mostra algumas variações nas concentrações de cloreto em diferentes períodos, contudo, de forma geral, as concentrações são baixas. Os maiores teores estão vinculados à zona centro-leste/sudeste e a alguns pontos da área urbana.
Figura 4.4 – Mapa de distribuição das concentrações de cloreto
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.5 Sulfato
Os sais de sulfato são compostos iônicos que contém o ânion SO4, e são moderadamente solúveis a muito solúveis. Segundo Santos (2008), origina-se da oxidação do enxofre presente nas rochas e da lixiviação de compostos sulfatados (Gipsita e Anidrita). Podem ser também de fontes antrópicas (esgotos domésticos e efluentes industriais). A figura 4.5 mostra a distribuição das concentrações de sulfato em mg L-1 em diferentes períodos. Percebe-se que no período de chuva a concentração é bastante superior, indicando possíveis influências hidrológicas de superfície. Os pontos com os maiores teores estão na zona centro-leste/sudeste, além de alguns pontos da área urbana.
Figura 4.5 – Mapa de distribuição das concentrações de sulfato
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.6 Nitrato
O nitrato é uma das formas de ocorrência do nitrogênio nas águas, e de acordo com Mestrinho (2013) é um estado de oxidação resultante de processos bioquímicos, sendo o estágio final de oxidação da matéria orgânica. Segundo Bower (1978), o nitrato é muito móvel e pode ser removido das camadas superficiais do solo para a água. Esta mobilidade, associada a estabilidade no meio aeróbico e riscos à saúde humana são alguns dos principais problemas da presença de nitrato em águas subterrâneas. O mapa da figura 4.6 mostra as concentrações de nitrato nos dois períodos analisados, sendo possível associar as maiores concentrações a área urbana.
4.6 – Mapa da distribuição das concentrações de nitrato
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.7 Sódio
O sódio é um dos metais alcalinos mais importantes e abundantes nas águas subterrâneas, sendo altamente solúvel, por esta razão todas as águas naturais contêm sódio na sua forma iônica (Na+). Santos (2008) diz que o predomínio de sódio em algumas águas deve-se a distribuição ampla nos minerais-fonte; baixa estabilidade química dos minerais que o contém; solubilidade elevada e difícil precipitação da maioria dos seus compostos químicos em solução. As principais fontes de sódio são os minerais (feldspatos plagioclásios, anfibólios, piroxênios e minerais de argila); precipitação atmosférica em regiões costeiras e fontes antrópicas (esgotos domésticos e efluentes industriais). A figura 4.7 ilustra a distribuição das concentrações do cátion sódio nas estações seca e chuvosa. Nota-se que em ambos períodos as concentrações de sódio são baixas, estando suas maiores concentrações associadas aos pontos 7, 8, 9, 10, 11, 14 e 21.
Figura 4.7 – Mapa da distribuição das concentrações de sódio
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.8 Potássio
O potássio, normalmente, está associado ao sódio, pertencendo ao mesmo grupo de metais alcalino-terrosos, sendo encontrado na forma iônica K+. Seus sais são bastante solúveis, contudo, ocorre em pequenas quantidades ou está ausente nas águas subterrâneas devido à sua participação intensa em processos de troca iônica, além das rochas que contém estes elementos serem relativamente resistentes ao intemperismo e quando liberados para a água são adsorvidos facilmente pelos minerais de argila (CETESB, 2009). O mapa da figura 4.8 mostra que o potássio nas águas subterrâneas de Lençóis apresenta baixíssima concentração, mesmo em diferentes cenários sazonais.
Figura 4.8 – Mapa da distribuição das concentrações de potássio
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.9 Cálcio
Este é o elemento mais abundante na maioria das águas e rochas do planeta. Os sais de cálcio possuem moderada a elevada solubilidade, sendo muito comum precipitar como carbonato de cálcio (CaCO3). É um dos principais constituintes da água, além de ser o principal responsável pela dureza, sendo amplamente distribuído em diversos tipos de rochas e solos, embora suas concentrações dependam da solubilidade dos minerais em que ele se encontra. As principais fontes de cálcio são a calcita CaCO3, a dolomita CaMg(CO3)2, a anidrita CaSO4 e a gipsita CaSO42H2O. O mapa da figura 4.9 ilustra a distribuição das concentrações de cálcio em mg L-1. É possível notar uma significativa variação de concentração entre o período seco e chuvoso, indicando possíveis influências da sazonalidade. A zona com maior concentração deste cátion é a centro-leste/sudeste representada pelos pontos 7, 8, 9, 10 e 11.
Figura 4.9 – Mapa da distribuição das concentrações de cálcio
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.10 Magnésio
O magnésio apresenta um comportamento geoquímico similar ao cálcio, porém é mais solúvel e mais difícil de precipitar. Em muitas ocasiões pode estar associado ao cálcio, pode ser encontrado em rochas carbonatadas, principalmente nos minerais magnesita MgCO3 e dolomita CaMg(CO3)2. Também é responsável pela dureza e produz gosto salobro nas águas. Além das rochas carbonatadas é possível encontrar o magnésio em rochas máficas, alguns silicatos e determinados tipos de argilas. O mapa da figura 4.10 ilustra que os pontos 7, 8, 9, 10 e 11 apresentam maiores concentrações deste cátion.
Figura 4.10 – Mapa de distribuição das concentrações de magnésio
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.11 Bário
O bário pode ser liberado para as águas subterrâneas através do mineral barita (BaSO4) e witherita (BaCO3), mas em geral é encontrado em pequenas concentrações. A solubilidade de bário em águas naturais é controlada pela solubilidade do BaSO4 que é a forma mais comum em virtude de ser um dos sais mais insolúveis de bário. O mapa da figura 4.11 mostra de forma geral que a concentração de bário é relativamente baixa e suas maiores concentrações estão associadas aos pontos 7, 8, 9 e 10.
Figura 4.11 – Mapa de distribuição das concentrações de bário
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.12 Ferro
O ferro presente na água subterrânea é proveniente, principalmente, da dissolução dos minerais que contém óxido de ferro como a magnetita Fe3O4 e a hematita Fe2O3, através do gás carbônico presente na água. Ocorre principalmente sob a forma de Fe3+ podendo também ocorrer como Fe2+. O mapa da figura 4.12 mostra uma variação das concentrações de ferro relativamente significativa entre os períodos chuvoso e seco, tendo o ponto 14 como o maior na concentração deste elemento.
Figura 4.12 – Mapa de distribuição das concentrações de ferro
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.13 Alcalinidade Total (Bicarbonato)
A alcalinidade é a capacidade da água em neutralizar um ácido. Representa a soma de bases neutralizáveis, como bicarbonatos, carbonato e hidroxila, além de outros compostos (boratos, fosfatos e silicatos). Segundo Santos (2008), o bicarbonato não se oxida nem reduz em águas naturais, porém pode precipitar com muita facilidade como bicarbonato de cálcio (CaCO3). As origens naturais da alcalinidade estão ligadas as rochas, atmosfera, matéria orgânica, fotossíntese, além de fatores antropogênicos (despejos domésticos e industriais). O mapa da figura 4.13 mostra uma variação significativa das concentrações de bicarbonato entre as estações seca e chuvosa. As maiores concentrações estão sitiadas no domínio hidrogeológico dos calcários (pontos 7, 8, 9, 10, e 11).
Figura 4.13 – Mapa de distribuição das concentrações de alcalinidade (HCO3)
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.2.14 Dureza Total
Mestrinho (2013) define dureza como a capacidade da água em consumir sabão e formar incrustações, pela presença de compostos de Ca2+ e Mg2+ sob a forma de carbonatos, sulfatos e cloretos. O tempo de contato entre as rochas ricas em metais alcalinos-terrosos e as águas subterrâneas é a causa principal da ocorrência de dureza elevada na água. A dureza é expressa em mg L-1 de CaCO3 e classifica as águas em brandas, moles, moderadamente duras, duras e muito duras. O mapa da figura 4.14 mostra as concentrações de CaCO3 nos períodos seco e chuvoso, além de apresentar uma associação com os valores de pH. Nota-se neste mapa que os pontos com maior dureza são os mesmos de maior valor de pH, evidenciando o controle dos íons cálcio, magnésio e bicarbonato sob a alcalinidade e dureza das águas subterrâneas analisadas.
Figura 4.14 – Mapa de distribuição das concentrações da dureza total (CaCO3)
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.3. RESULTADO DOS AGRUPAMENTOS
Os dados de entrada para realização da análise de agrupamentos foram de 12 parâmetros físico-químicos de 42 amostras (n = 42) observadas nos 21 poços tubulares de três aquíferos diferentes durante as estações seca e chuvosa. Para identificar o número ideal de agrupamentos para cada uma das estações foram realizados testes baseados no algoritmo de agrupamento k-means onde os nós foram calculados para um número mínimo de 2 e o máximo de 18 possíveis agrupamentos. A quantidade de agrupamentos identificada que foi mais apropriada para as duas estações foram cinco. Com o número de grupos definido, aplicou-se um algoritmo hierárquico usando o método de Ward a fim de gerar dendogramas que melhor ilustrassem os agrupamentos e suas respectivas distâncias e semelhanças.
A figura 4.15 (a e b) mostra os dendogramas com os cinco diferentes agrupamentos, e é possível perceber que nos diferentes cenários sazonais os grupos 1 e 2 mantém um comportamento similar, apresentando uma menor distância ou maior semelhança, inferindo que tais grupos possuem características hidrogeoquímicas semelhantes. Notavelmente os grupos 3, 4 e 5 fazem parte de um outro contexto hidrogeoquímico quando comparados com os grupos 1
e 2. Os grupos 4 e 5 mostram maior instabilidade diante das mudanças sazonais, com alterações significativas em suas distâncias e consequentemente em suas características hidrogeoquímicas.
Fig. 4.15 - Dendogramas com número de nós que classificam os respectivos grupos (a) dendograma da estação chuvosa. (b) dendograma da estação seca
A tabela 4.1 apresenta as concentrações em mg L-1 dos 12 parâmetros físico-químicos dos respectivos agrupamentos. C e S representam os períodos chuvoso e seco respectivamente. Observando simultaneamente a figura 4.15 (a e b) e a tabela 4.1 é possível entender os tipos de dados que deram origem aos nós dos agrupamentos. Por exemplo, os agrupamentos 3 e 4 foram formados por seus pontos estarem fortemente associados a águas com maior teor de sais dissolvidos, como é possível ver na tabela 1, que mostra valores mais elevados de condutividade elétrica e de praticamente todos os íons maiores. Por outro lado, as amostras de água subterrânea dos grupos 1 e 2 se posicionam em nós distantes dos demais nos dendogramas por conta de suas baixas concentrações de íons maiores dissolvidos.
Tabela 4.1 - Valores dos doze parâmetros para os cinco grupos em dois diferentes períodos, (C) Chuva e (S) Seco Grupos Condutividade Elétrica pH STD HCO3
- Cl- 𝐒𝐎 𝟒 𝟐- NO3- Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Ba2+ Fe3+ Dureza Total (µS cm-1) (mg L-¹) Grupo 1 C 55,4 5,2 36 <LQM 1,6 21,7 0,3 5,5 2,5 0,6 0,4 0,03 0,02 3,36 Grupo 1 S 33,3 5 22,3 0,6 8,3 <LQM 0,25 2,8 0,8 0,3 0,2 <LQM <LQM 1,56 Grupo 2 C 75,3 5 48,6 <LQM 1,1 67,3 5,5 8 3,1 2,3 0,6 0,02 0,04 8,1 Grupo 2 S 53,8 4,9 32,8 0,15 9,7 0,6 4 3,8 0,8 0,5 0,3 <LQM 0,09 2,7 Grupo 3 C 384 7,2 250 12,7 7,2 133 1 16,2 5,5 35,6 12,7 0,28 0,03 141 Grupo 3 S 377 7 240 161 34,3 1,75 0,9 13,8 4,4 17,1 12,3 0,24 0,07 93 Grupo 4 C 476 7,8 309 17,7 3,8 400 <LQM 14,6 4,3 71,4 5,1 0,05 3,25 200 Grupo 4 S 464 7 301 209 20,2 2,6 4 12,75 3 31,2 4,6 <LQM 0,32 97 Grupo 5 C 199 5,2 134 <LQM 7,6 528 5,7 31,3 9,3 6,5 1,8 0,07 0,08 23,7 Grupo 5 S 159 5 126 1,9 31,1 15,4 6,4 8 2,3 1,7 0,6 <LQM 0,25 6,5
LQM – Limite de Quantificação do Método Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
4.4. CARACTERÍSTICAS HIDROQUÍMICAS DOS AGRUPAMENTOS (TIPOS E QUALIDADE DAS ÁGUAS)
4.4.1 Tipos de água
Os tipos de água dos respectivos agrupamentos foram classificados a partir da entrada de dados no diagrama de Piper, conforme ilustra a figura 4.16. Neste diagrama os agrupamentos do período chuvoso e seco foram plotados juntos e pode-se observar que nos dois períodos há o predomínio de pelo menos três tipologias químicas das águas subterrâneas no município de Lençóis. No período chuvoso, os grupos 1 e 2 apresentam um padrão de baixas concentrações dos íons maiores conforme mostrado acima na tab. 1 e suas águas são classificadas no diagrama da figura 4.16 como sulfatadas sódicas. No período seco, estes mesmos grupos revelam águas com tipologia cloretada sódica. Em ambos períodos as águas dos grupos 1 e 2 apresentam-se levemente ácidas com pH em torno de 5, além de baixa salinidade, com destaque para as águas do grupo 1, as quais apresentam salinidade baixíssima e concentrações bem menores do conteúdo iônico.
As águas do grupo 3 no período chuvoso são predominantemente sulfatadas mistas com teores mais elevados de cálcio e magnésio respectivamente, já no período seco estas águas assumem um perfil do tipo bicarbonatada mista com uma sutil influência maior do cálcio, entretanto, as concentrações do conteúdo catiônico neste grupo estão mais equilibradas (vide tab. 4.1). São águas levemente alcalinas, com pH 7. O grupo 4, nos dois períodos, apresenta-se com a maior concentração iônica, evidenciando um grupo com águas de maior teor de sais dissolvidos. No período chuvoso este grupo tem águas do tipo sulfatada cálcica e no período seco elas estão como bicarbonatadas cálcicas. São levemente alcalinas com pH variando entre 7 a 7,8.
A variação hidroquímica entre os períodos, observada para as águas do grupo 5 é semelhante aos dos grupos 1 e 2, mudando de uma água sulfatada sódica no período de chuva para cloretada sódica no período de estiagem, contudo, é resguardada algumas diferenças significativas e pontuais entre estes três grupos, como é possível observar na tabela 1. É uma água levemente ácida, com pH em torno de 5.
Fig. 4.16 - Diagrama de Piper para as águas subterrâneas do município de Lençóis
Fonte: Jonatas Batista Mattos (Adaptado de Piper, 1944).
4.4.2 Qualidade da água para consumo humano
Baseado na legislação brasileira da Resolução CONAMA (357/2005) que estabelece os valores de STD em mg L-1 como referência para classificação da salinidade da água, estes cinco grupos apresentam águas doces em ambos períodos, com concentração de STD abaixo de 500 mg L-1 (fig. 4.17 a e b). O artigo 3º do capítulo II da resolução CONAMA 396/2008 (Brasil, 2008) estabelece seis classificações distintas para águas subterrâneas (Especial, I, II, III, IV e V), levando em conta a concentração dos íons, o valor de referência de qualidade e o valor máximo permitido de cada elemento dissolvido nos corpos hídricos.
Fig. 4.17 – Classificação das águas subterrâneas de Lençóis partir da salinidade
Fonte: Jonatas Batista Mattos (Adaptado de Brasil, 2005).
Tomando como base esta resolução, a tabela 4.2 mostra as classes para cada um dos grupos. As concentrações iônicas aferidas no grupo 1 em ambos períodos climáticos apontam para uma água de classe especial com excelente qualidade ambiental, podendo ser destinada a preservação de ecossistemas, bem como a usos primários (consumo humano e dessedentação de animais).
Tabela 4.2 – Classes das águas (Res. CONAMA 396/2008)
Classes Nº de amostras Grupos Porcentagem (%)
Especial 18 1 42,4
I 10 2 24
II 10 3 e 4 24
III 02 5 4,8
IV 02 5 4,8
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016.
As águas do grupo 2 se enquadram na classe I, sem alteração de sua qualidade por atividades antropogênicas e que não exigem tratamento para determinado uso por conta de suas características hidrogeoquímicas naturais. Os grupos 3 e 4 por sua vez contém águas enquadradas na classe 2, sem alteração de sua qualidade por atividades antropogênicas, mas
que podem exigir tratamento adequado de acordo com o uso determinado, devido às suas características hidrogeoquímicas naturais.
O grupo 5 é o único entre os grupos que tem suas águas com alterações de classe diante da sazonalidade, sendo classe 4 no período chuvoso, com alteração de sua qualidade por atividades antropogênicas, e que somente possam ser utilizadas, sem tratamento, para um uso menos restritivo; e classe 3 no período seco, com alteração de sua qualidade por atividades antropogênicas, para as quais não é necessário o tratamento em função dessas alterações, mas que podem exigir tratamento adequado de acordo com o uso determinado, devido às suas características hidrogeoquímicas naturais.
As águas do grupo 4 e 5 no período chuvoso extrapolam em mg L-1 os valores máximos permitidos pelas recomendações do Ministério da Saúde Brasileiro (2914/2011) e Organização Mundial da Saúde para o íon SO42- dissolvido em águas subterrâneas. O grupo 4 também extrapola neste mesmo período para o íon Fe3+. As concentrações destes íons neste período podem ser observadas acima na tab. 4.1. As concentrações recomendadas pelos órgãos acima descritos são de 250 mg L-1 para SO42-1 e 0,3 mg L-1 para Fe3+. Sendo assim, as águas destes grupos devem ter seus usos restritos antes de um tratamento adequado.
O ânion NO3- de acordo com Murgulet e Tick (2013) é um dos constituintes mais comuns em águas subterrâneas contaminadas por práticas de uso da terra como urbanização e agricultura. Em concentrações superiores a 10 mg L-1 podem causar distúrbios severos a saúde como metahemoglobinemia e câncer (Hill et al. 1973). Nenhum dos grupos indicou concentrações que ultrapasse o vmp da Portaria do Ministério da Saúde 2914/2011 (Brasil, 2011) que é de 10 mg L-1. Contudo, a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (2005) considera a concentração de 5 mg L-1 para nitrato como base para alertas.
Usando como referência esta orientação, o grupo 2, no período chuvoso e o grupo 5, em ambos períodos, apresentaram desconformidade. Dessa forma, as águas destes grupos devem ser monitoradas anualmente e a vigilância sanitária do município deve tomar ciência da situação.
Em relação a dureza total, as águas dos grupos 1, 2 e 5 (76,2% das amostras) foram classificadas de acordo com Custódio e Llamas (1983) e Sawyer et al. (2000) como moles ou brandas, com um valor médio de 6,8 mg L-1 para o período chuvoso e 2,68 mg L-1 para o período seco. As águas dos grupos 3 e 4 (23,8%) apresentaram valor médio de 152 mg L-1 para o período chuvoso e 94 mg L-1 para o período seco, sendo classificadas como duras (período chuvoso) e moderadamente duras (período seco). Segue abaixo as classes de referência (Tabelas 4.3 e 4.4).
Tabela 4.3 – Classes de referência para dureza total 1
TIPO TEOR DE CaCO3 (mg L-1)
Branda < 50
Pouco dura 50 -100
Dura 100 - 200
Muito dura > 200
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016. (Adaptado de Custódio e Llamas, 1983).
Tabela 4.4 – Classes de referência para dureza total 2
TIPO TEOR DE CaCO3 (mg L-1)
Mole 0 – 75
Moderadamente dura 75 – 150
Dura 150 – 300
Muito dura > 300
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016. (Adaptado de Sawyer et al., 2000).
4.4.3 Qualidade da água para a irrigação
A Figura 4.18 mostra os resultados da classificação da água para irrigação pelo U.S Salinity Laboratory (USSL, 1954) para os grupos de água do município de Lençóis, indicando que os grupos 1 e 2 são da classe C0S1, essa classe demonstra um baixíssimo risco de sódio e nulo risco de salinidade para o solo, confirmando o perfil de baixas concentrações de sais dissolvidos nas águas do Grupo Chapada Diamantina; Os grupos 3 e 4 são classificados como C2S1, com médio risco de salinidade e baixo risco de sódio, evidenciando assim uma carga iônica mais elevada em Ca2+, Mg2+, HCO3 e SO nas águas residentes nos aquíferos da formação salitre. O grupo 5, assinala a classe C1S1, com baixo risco de salinidade e um baixo risco de sódio. Segue abaixo as classes de referência (tabela 4.5) e as classes dos respectivos grupos (tabela 4.6).
Figura 4.18 – Diagrama de Lemoine com a classificação dos grupos de águas de Lençóis para agricultura, P – Grupo; C – Chuva; S - Seca
Fonte: Jonatas Batista Mattos, 2016 (Adaptado de U.S.S.L., 1954).
Tabela 4.5 – Classes das águas (USSL, 1954)
CLASSE RISCO DE SÓDIO CLASSE RISCO DE SALINIDADE
S1 Baixo C0 Nulo
S2 Médio C1 Baixo
S3 Alto C2 Médio
S4 Muito alto C3 Alto
C4 Muito Alto
C5 Excepcionalmente Alto
