Distribuição de água doce na Terra

O Brasil dispõe da maior reserva de água doce do planeta. Mas, infelizmente, ela e a população não se encontram uniformemente distribuídas. Em vários centros urbanos, principalmente em capitais, a escassez do fornecimento normal provocou o uso intensivo da captação por meio de poços e, com isso, também os problemas decorrentes.

Mesmo em cidades onde o abastecimento convencional é satisfatório, ocorre a utilização disseminada de poços. Muitos condomínios, hotéis e outros estabelecimentos comerciais investem na perfuração e manutenção deles devido ao menor custo, se comparado com o fornecimento das concessionárias.

Retirar água doce do subsolo por meio de poços foi sempre uma alternativa usada pelo homem quando as

fontes superficiais são inexistentes ou insuficientes.

Poço jorrante no estado do Piauí (Fonte: ANA)

•A forma de ocorrência extensiva possibilita sua captação nos locais onde são geradas as demandas.

•Os prazos de execução das obras de captação são relativamente curtos, da ordem de dias até alguns meses.

•Os investimentos em geral são relativamente pequenos, variando entre dezenas a centenas de milhares de reais.

•Os aqüíferos não sofrem processos de assoreamento, nem perdem grandes volumes de água por evaporação.

Motivação para o uso da água subterrânea

•Quando captadas de forma adequada, na sua utilização, geralmente, não se tem custos de clarificação, tratamento ou purificação, os processos de filtração e biogeoquímicos de depuração do subsolo proporcionam um alto nível de purificação e potabilidade das águas subterrâneas.

“O poço bombeia água para uma cisterna, e a água é potável, sendo usada para consumo humano inclusive.”

De início, os poços eram simples escavações manuais de onde a água era retirada por meio de baldes ou similares (provavelmente, ainda existentes em muitos locais).

Poço mais antigo e principal do cemitério São José.

Estrutura interna do poço principal

Na era da modernidade, as técnicas e recursos da Engenharia evoluíram. É possível perfurar grandes profundidades e sistemas de bombeamento permitem a plena utilização da capacidade do poço.

Poço abandonado e tamponado Poço em funcionamento

Captação para o abastecimento de carros pipa

Fatores de competitividade das Águas Subterrâneas

       •Volumes estocados muito grandes (192.000 km no Brasil) e suas velocidades de fluxo muito baixas (cm/dia) resultam em que o manancial é pouco afetado pelas variações sazonais de pluviometria, podendo propiciar um abastecimento regular durante os períodos de seca ou estiagem prolongadas.

Fatores que interferem:

• cobertura vegetal

• altitude

• topografia

• temperatura

• tipo de solo

• geologia

Outros usos

Esquema de um Rebaixamento de Lençol Freático

Subsidência.Em geologia, engenharia e topografia subsidência refere-se ao movimento de uma superfície (geralmente a superfície da Terra) à medida que ela se desloca para baixo relativamente a um nível de referência, como seja o nível médio do mar.

Possíveis consequências

Subsidência causada pela extracção de fluidos ou gases

Este tipo de subsidência pode também ocorrer por extração de outros recursos como o petróleo e água subterrânea. Exemplos de subsidência por diminuição da quantidade de água no solo são a subsidência de grande parte da Cidade do México e de zonas situadas à superfíce sobre o Aquífero de Ogallala, nos Estados Unidos.

Entre as questões mais preocupantes do uso de poços em grandes cidades, pode-se citar:

a) Poluição: contaminações de origens diversas podem ocorrer nos lençóis subterrâneos. Esgotos domésticos não tratados, por exemplo. Depósitos de lixo e de sucatas e empresas que não consideram o ambiente são fontes potenciais de poluentes perigosos como metais pesados e produtos químicos diversos.

b) Construções e pavimentações nas cidades reduzem a renovação da água no subsolo. Em geral, a água da chuva é captada e dirigida, por meio de redes pluviais, a rios ou mares e, portanto, a infiltração no solo é reduzida. Notar que a água captada por poços, em sua maior parte, também não retorna para o subsolo. Depois de usada, é conduzida por redes de esgotos ou pluviais para destino semelhante.

c) Em cidades situadas à beira-mar, a redução do nível do lençol subterrâneo provocado pela captação excessiva provoca um fenômeno indesejável: a água do mar tende a avançar mais, provocando a salinização e, assim, fazendo a água imprópria para o consumo.

How intensive ground-water pumping can cause salt-water intrusion in coastal aquifers.

Intrusão Salina

•Pelo fato de ocorrerem no subsolo sob uma zona de material rochoso não-saturado ou camadas rochosas pouco permeáveis, as águas subterrâneas encontram-se relativamente melhor protegidas contra agentes potenciais ou efetivos de poluição.

VISÃO GERAL:VISÃO GERAL:PRINCIPAIS FORMAS DE CONTAMINAÇÃO DOS AQUÍFEROSPRINCIPAIS FORMAS DE CONTAMINAÇÃO DOS AQUÍFEROS

Fontes pontuais de poluição:

São as que atingem o aqüífero através de um ponto. Exemplos: sumidouros de esgotos domésticos, comuns em comunidades rurais, aterros sanitários, vazamentos de depósitos de produtos químicos, vazamentos de dutos transportadores de esgotos domésticos ou produtos químicos. Estas fontes são responsáveis por poluições altamente concentradas na forma de plumas..

Fontes lineares de poluição

São as provocadas pela infiltração de águas superficiais de rios e canais contaminados. A possibilidade desta poluição ocorrer dependerá do sentido de fluxo hidráulico existente entre o curso d’água e o aqüífero subjacente. É necessário enfatizar que, ao longo de um mesmo curso, há lugares onde o fluxo se dá do aqüífero para o talvegue e outros onde se passa o inverso, isto é, as águas do rio se infiltram em direção ao aqüífero. A existência de poços profundos em funcionamento nas proximidades do curso d’água poderá forçar a infiltração de água contaminada no aqüífero invertendo o seu fluxo ou aumentando sua velocidade.

Fontes difusas de poluição

São as que contaminam áreas extensas. Normalmente são devidas a poluentes transportados por correntes aéreas, chuva e pela atividade agrícola. Em aglomerados urbanos, onde não haja rede de esgotamento sanitário, as fossas sépticas e sumidouros estão de tal forma regularmente espaçadas que o conjunto acaba por ser uma fonte difusa de poluição. A poluição proveniente das fontes difusas se caracterizam por ser de baixa concentração e atingir grande áreas

PRINCIPAIS FOCOS DE CONTAMINAÇÃO DOS AQUÍFEROS DE MACEIÓPRINCIPAIS FOCOS DE CONTAMINAÇÃO DOS AQUÍFEROS DE MACEIÓ

SANEAMENTO

MACEIÓ

LIXO

POSTOS DE COMBUSTÍVEIS

CEMITÉRIOS

SALINIZAÇÃOÁGUAS SUPERFICIAIS

ATIVIDADES

AGRÍCOLAS

E INDUSTRIAIS

Lixão de Maceió

“O sistema coletor de esgotos sanitários na cidade de Maceió atinge cerca de 170.000 habitantes, ou seja, em torno de 27% o da população da cidade”.

“... Esta afirmação pode ser compreendida quando verificamos que toda a área alta de Maceió (Farol / Tabuleiro), que representa parte considerável da zona urbana, tem solo silto-arenoso de boa absorção, com nível freático além de 50 m de profundidade, tornando a solução individual fossa/sumidouro uma opção recomendável para baixos níveis de densidade demográfica.”

Fonte: http://www.casal.al.gov.br/areas.abastecidas-capital-esgoto

Esgotamento Sanitário

Poço no Canaã . Vazamento de fossa a aproximadamente 25 m do poço.

Esgotamento Sanitário

A Exploração indiscriminada de poços de águas subterrâneas está elevando o nível da salinidade do lençol freático de Maceió ( O JORNAL, 2004).

Salinização ameaça o abastecimento

Exploração indiscriminada de poços deáguas subterrâneas eleva nível de salinidade

do lençol freático de Maceió

Wilton Rocha e Abel Tenório alertam para

efeitos da exploração e desperdício da

água doce em Maceió

• Principal contaminante: Necrochorume

• Cada pessoa produz cerca de 0,60 L/Kg de necrochorume; e

• Cerca de 3% da massa corpórea de cada indivíduo se transforma em contato com o solo, em nitrato.

• Em alguns tipos de solos podem este chega a atingir distâncias quilométricas.

Postos de Gasolina

Escoamento

Superficial

Poço localizado no bairro da Santa Amélia

ASUB-ALASUB-AL

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Zona 4

Enquadramento – GOD e DRASTIC

Principais métodos para determinação da vulnerabilidade geral à poluição de aquíferos

Meneses et al., 2009

Índice DRASTIC

D = profundidade da zona não-saturada R = recarga do aquífero A = material do aquífero S = tipo de solo T = topografia I = material da zona não-saturada C = condutividade hidráulica

GOD (FOSTER et al. 1998)

•G - groundwater confinement,

•O - overlay strata

•D - depth to groundwater)

Fatores de Risco para Utilização das Águas Subterrâneas:

•grande número de poços mal locados, construídos e operados sem manutenção. Nestas condições, o resultado do poço é incerto ou sua vida útil é tão curta que a alternativa do uso da água subterrânea apresenta, com freqüência, um grande risco político, administrativo, financeiro para os tomadores de decisão.

•falta de controle governamental. Qualquer indivíduo, condomínio, indústria, agricultor, empresa privada ou estatal pode construir um poço, freqüentemente, pelo menos preço e sem a tecnologia adequada. falta de estudos hidrogeológicos básicos, rede de monitoramento e de bancos de dados consistentes e acessíveis ao público.

Quando a extração de água subterrânea ultrapassa a recarga natural, por longos períodos de tempo, os aqüíferos sofrem depleção e o lençol freático começa a baixar. Nessa situação, os seguintes problemas são ocasionados:

•poços rasos, usados para abastecimentos locais e irrigações, secam;

•poços de produção tem que ser perfurados a profundidades cada vez maiores, despendendo mais energia para bombeamento; aqüíferos litorâneos podem sofrer contaminação por intrusão da água do mar; e

•compactação gradual do subsolo, provocando subsidência de terrenos.

Alguns desses problemas podem ser controlados ou revertidos pela redução das extrações, mas, a contaminação pela água do mar persiste por muitos anos, enquanto a subsidência de terrenos costuma ser irreverssível. A solução mais eficaz e menos onerosa é o estabelecimento de um programa de proteção das águas subterrâneas.

Pumping can affect the level of the water table

Rebaixamento do nível do lençol freático

Situação nas capitais de estados no Brasil (23/02/2003, jornal A Tarde) 

Informações, segundo a matéria, foram obtidas junto às Secretarias Estaduais e Municipais sobre a situação dos poços em todas as capitais de Estado no Brasil.

Rio Branco - AC: Legislação específica em elaboração. O uso de poços é comum.

Maceió - AL: Apesar da lei, falta fiscalização e estima-se que poços são usados por 80% da população. Há registros de contaminação por poluentes industriais em duas áreas.

Manaus - AM: O uso de poços está disseminado mas a legislação sobre o assunto ainda está em elaboração.

Macapá - AP: Legislação específica em elaboração. O uso de poços é comum.

Salvador - BA: Existe lei mas a fiscalização é precária. São estimados mais de 1000 poços clandestinos.

Zona não Saturada e Zona Saturada

AQÜÍFERO

•Um reservatório de água subterrânea

•Toda a formação geológica com capacidade de armazenar e transmitir a

água

•Para ser um aqüífero uma rocha ou sedimento, tem que ter porosidade

suficiente para armazenar água, e que estes poros ou espaços vazios

tenham dimensões suficientes para permitir que a  água possa passar de

um lugar a outro, sob a ação de um diferencial de pressão hidrostática.

Existem essencialmente 2 tipos de aqüíferos:

Aquífero livre – Formação geológica permeável e saturada de água. É limitado na base por uma camada impermeável. O nível da água no aquífero está à pressão atmosférica.

Aquífero Confinado - Formação geológica permeável e completamente saturada de água. É limitado no topo e na base por camadas impermeáveis. A pressão da água no aqüífero é superior à pressão atmosférica.

Se as formações geológicas não são aqüíferas então podem ser definidas como:

Aquitardo – Formação geológica que pode armazenar água mas que a transmite lentamente não sendo rentável o seu aproveitamento a partir de poços.

Aquicludo - Formação geológica que pode armazenar água mas não a transmite (a água não circula).

Aquífugo - Formação geológica impermeável que não armazena nem transmite água.

Poroso

rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados ou solos arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada

Fissural

rochas ígneas, metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas, abertas devido ao movimento tectônico. Ex.: basalto, granitos, gabros, filões de quartzo

Cárstico (Karst)

rochas calcáreas ou carbonáticas, onde a circulação da água se faz nas fraturas e outras descontinuidades (diáclases) que resultaram da dissolução do carbonato pela água

Tipos de Aqüíferos

Propriedades Físicas dos Aqüíferos

Porosidade (η) e Permebilidade (k)

Propriedades Físicas dos Aqüíferos

Porosidade (η)

•Relação entre o volume de vazios e o volume total

•Depende do tamanho dos grãos

V

Vv

Onde:

η=porosidade total

Vv= volume de vazios

V = volume total

Retenção específica (Re)

•Quantidade de água retida por unidade de volume do material; também conhecida como capacidade de campo;

Porosidade total

•A soma da porosidade efetiva e da retenção específica

A (D=2) B (D=1)

AA BB

Volume total Volume total 6464 6464

Volume do sólidoVolume do sólido 8 x 4/38 x 4/3ππ r r3 3 =33,51=33,51 64 x 4/364 x 4/3ππ r r3 3 =33,51=33,51

PorosidadePorosidade 47,64%47,64% 47,64%47,64%

Área superficial dos Área superficial dos grãosgrãos

8 x 4 8 x 4 ππ r r22 = 100,53 = 100,53 64 x 4 64 x 4 ππ r r22 = 201,06 = 201,06

Heterogeneidade e Anisotropia da Condutividade Hidráulica

Homogeneidade e Heterogeneidade

K=10

K=102

K=103

K=1

K=2

K=3

K=4

Homogêneo – K independente da posição

Heterogêneo – K dependente da posição

Isotropia e Anisotropia –

O comprimento do vetor é proporcional aos valores de Kx e Kz em dois pontos (x1, z1) e (x2, z2)

Kz

Kx

(x1,z1)

(x2,z2)

a) Homogêneo e Isotrópico

Kz

Kx

(x1,z1)

(x2,z2)

Kz

Kx(x1,z1)

(x2,z2)Kz

Kx(x1,z1)

(x2,z2)

b) Homogêneo e Anisotrópico

c) Heterogêneo e Isotrópico d) Heterogêneo e Anisotrópico

Transmissividade

• A transmissividade descreve a capacidade de um aqüífero de transmitir água.

•É calculada pelo produto entre a condutividade hidráulica (permeabilidade) e a espessura de área saturada do aqüífero.

T = Kb

Onde: T = transmissividade do aqüífero (m3/dia); K = permeabilidade (m3/ (dia m2); b = espessura do aqüífero (m).

b

Lei de Darcy

Q

Nível constante

L

ΔhL

hhKAQ

)( 21

h1= carga hidráulica no piezômetro 1 [L]

h2= carga hidráulica no piezômetro 2 [L]

Z1 = carga hidráulica no piezômetro 1 [L]

Z2 = carga hidráulica no piezômetro 2 [L]

Q = vazão constante que passa pelo cilindro [L3T-1]

A = área da seção transversal do cilindro[L2]

Δh = variação de carga hidráulica entre os piezômetros 1 e 2 [L]

L = distância entre os piezômetros 1 e 2 [L]

K = coeficiente de proporcionalidade, chamado de condutividade hidráulica [L/T]