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| ÁGUA SUBTERRÂNEA | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Uma forma interessante de se estudar os recursos hídricos subterrâneos, é compará-los com compostos químicos em equilíbrio e quando o equilíbrio é perturbado, tenta se ajustar e, tendo reabastecimento, o equilíbrio tende a reverter-se em “equação” original. Além disso, um novo fator permanente pode ser alterado, como, pôr exemplo, a água pode passar de doce para salgada.
Origem da Água Subterrânea
Praticamente toda a água subterrânea vem da chuva, originada pela evaporação do mar. Outras fontes, como fontes quentes e géiseres, são fenômenos superficiais onde a água “normal” desce ao fundo, é aquecida e volta à superfície através da pressão artesiana. Ás vezes ainda se observa a emissão de vapor pôr erupção vulcânica, resta dizer, porém, que essa quantia é insignificante.
Ocorrência da Água Subterrânea
Depois de confirmada a presença de água subterrânea, tem que se definir as partes de terra a serem consideradas, essas são divididas em quatro zonas:
Zona de Saturação ( mais profunda) : geralmente a uma distância abaixo da superfície. Nesta zona a terra está saturada até uma certa altitude, esta saturação é conhecida como lençol de água ( ou freático ). Orla de Capilaridade ( logo acima da zona de saturação) : Na terra, a água dessa zona eleva-se nas aberturas finas acima da zona de saturação. Em experimentos foi visto que a altitude da orla se mantém em um limite prático de até três metros, estando nesse nível podemos crer que a evaporação da terra seja muito pouca, mas onde o lençol freático está muito perto, a água transfere-se à atmosfera pela orla de capilaridade e a perda de água pode ser muito importante. Seção Intermediária ( encontra-se acima da orla de capilaridade) : A água penetra nesta parte da terra e é drenada pela gravidade, até ao lençol de água, sendo assim, apenas poucos capilares tem água e, em geral, classifica-se esta zona como quase seca. Ela pode existir ou não, dependendo do nível de umidade. Seção de umidade do solo ( superficial ) : Esta seção contém material orgânico e bem intemperisado e é geralmente muito porosa. Recebe água da chuva, mas boa parte desta água retorna á atmosfera como transpiração. Outra parte é absorvida pela seção intermediária.
Tipos de Rochas e Suas Qualidades de Suprir Água.
Antes de discutir as qualidades das rochas, é preciso introduzir o conceito de permeabilidade. Permeabilidade é uma medida da capacidade de uma rocha de permitir a passagem de água sob condições fixadas, esta permeabilidade aplica-se à água na zona de saturação que se move devido à inclinação do lençol de água ou à diferença de pressão no sistema artesiano. Considerando interstícios originais, o interesse maior é a permeabilidade da formação. É de pouco valor se uma formação tem muita água mas se esta passa muito lentamente ao poço. Como exemplo, um silte ou areia fina tem uma porosidade grande e uma descarga específica moderada, mas infelizmente a formação tem uma permeabilidade baixa e dá pouca água aos poços.
Interstícios originais - Os espaços entre partículas de uma rocha sedimentária, são as melhores fontes de água com poucas exceções. Onde as partículas são bem redondas sabemos que a formação tem muitos espaços vazios (poros). O limite teórico é 47,64% do volume total - uma areia fina contém tanta água quanto cascalho sendo que ambos são bem classificados. Onde a formação é mal classificada, pode-se ver que as partículas finas enchem os espaços entre as grandes e o volume vazio é menor. É visto que mesmo que areia fina possa ter uma porosidade como o cascalho, os espaços na areia são pequenos, a água encontra dificuldade atravessando o material fino (permeabilidade baixa) e um poço na areia fina desenvolve pouca água. Devido ao tamanho dos grãos, silte tem uma permeabilidade menor e argila ainda muito menor. Calcário, depois de muito tempo geológico, pode ficar compacto e cimentado e quase não tem nada de interstícios. Já calcário recente pode ter porosidade e permeabilidade grandes. Arenito pode ter muito espaço interstício mas onde bem cimentado tem poucos espaços. Rochas ígneas geralmente só tem poucos interstícios originais. Vemos exceções no basalto vesicular.
Interstícios secundários - Depois de arrefecidas e endurecidas, muitas rochas ígneas desenvolvem diaclases. Essas diaclases podem armazenar e transmitir água. Ocorrem nas rochas sedimentarias, provavelmente muito tempo depois da deposição. Paraclases (falhas) podem ser extremamente importantes. Uma paraclase com rocha lateralmente muito diaclasada pode transmitir muita água a distâncias longas e pode admitir muita água de superfície. Ás vezes a paraclase pode estar cheia de farinha da rocha pulverizada e funcionará como barreira, impedindo o fluxo de água.
Interstícios de solução - Calcário dissolve-se facilmente na água tendo CO2. Em alguns lugares a solução alarga os interstícios originais produzindo uma rocha muito mais porosa.
Interstícios segundo intemperismo - Depois de meteorizadas, algumas rochas cristalinas ficam muito porosas e mais ou menos permeáveis. Armazenam muita água e as vezes dão água em quantidades moderadas.
Tipos de Rochas
Cascalho e Conglomerado
Aluvião dá mais água do que todas as outras rochas juntas. O cascalho é depositado por correntes rápidas em um rio ou mar, uma condição pouco especial, e por isso, o cascalho geralmente é um pouco espesso e tem forma lent
Areia e Silte
Areia e silte ocorrem nos vales ou planaltos de aluvião, na planície costeira, com sedimentos depositados pela geleira ou dos rios que correm das geleiras. A diferença geológica entre cascalho e estas formações é que as camadas de areia e silte geralmente são mais extensas e mais espessas, mas falando de características hidrológicas a diferença é maior; cascalho limpo sempre dá muita água nos poços; areia, porém, dá bem menos água do que cascalho e o silte ainda dá menos que a areia. Existem lugares em que as camadas de areia extensas proporcionam um volume de água armazenada que pode suprir poços por muitos anos sem reabastecimento de chuva. Areia fina ou grossa, ou misturada com cascalho ou silte, é provavelmente a formação mais importante de todas como suprimento d
Calcário
Calcário pode dar muita água ou quase nenhuma. Calcário recentemente depositado tem muitos interstícios e uma grande permeabilidade. Porém o calcário é facilmente dissolvido por água meteórica que contém CO2 em dissolução. Este processo e deposição do carbonato de cálcio em profundidade tendem a tornar mais porosa a parte acima do nível de água, e a parte abaixo do nível de água, compacta. Em geral, os calcários recentes tem boa permeabilidade, aberturas primárias e secundárias; mas os mais antigos geralmente dão pouca água devido a compactação e cimentação. As melhores condições para se tornar um bom aqüífero são: primeiro uma posição elevada acima do nível da água onde os calcários podem ser dissolvidos pela água que circula; segundo, afundando a terra, as cavernas e diaclases alargadas ficam na zona de saturação.
Argila, Folhelho e Ardósia
A argila pura não dá água, exceto quando raízes antigas deixam canais permitindo a entrada de pouca água. Uma mistura de areia e argila pode dar quantidades pequenas de água. O folhelho comumente dá muito pouca água, pois é uma formação plástica e as aberturas tendem a fechar-se. Às vezes o folhelho pode ser algo quebradiço e dá um pouco mais. A ardósia sendo mais quebradiça, dá um pouco de água nas diaclases.
Gipsita
A gipsita é muito solúvel e camadas de gesso ou camadas de folhelho ou calcário contendo gipsita como impureza, desenvolvem uma permeabilidade secundária pela dissolução de sulfato de cálcio e podem dar muita água. A água dessas formações tem um sabor ruim mas, esta água pode ser muito boa para a agricultura.
Carvão
O carvão é geralmente diaclasado e dá água em muitos lugares. A água é pouco mineralizada, mas geralmente tem cor castanha ou quase preta.
Basalto
Algumas áreas grandes de rochas basálticas são as mais ricas do mundo devido ao suprimento de água subterrânea. Basalto com derrames pouco espessos tem muitas diaclases, desenvolvidas por contração durante o esfriamento. Muitos basaltos tem vesículas e onde as vesículas são ligadas, podem aceitar e transmitir água.
Rochas Cristalinas
As rochas cristalinas geralmente dão pouca água havendo, por isso, pouco desenvolvimento dos poços em tais áreas. Consideramos aqui três grupos de rochas cristalinas: 1) rochas graníticas, 2) rochas xistosas e 3) quartzitos. Também é preciso distinguir entre rocha fresca e rocha intemperisada.
Rocha Granítica Fresca
Granito e gnaisse granítico são rochas duras sem espaços intersticiais; mas quase sempre a rocha tem diaclases interligadas que dão água. Naturalmente, a permeabilidade da rocha varia com o número de diaclases. Além das diaclases comuns, existem outras aberturas que dão água. Paraclases ou outras zonas tectônicas podem ter alta importância.
Rocha Granítica Intemperizada
Em áreas mais ou menos planas há zonas de rochas intemperizadas por toda parte. volume de água disponível varia com o grau de intemperismo. A rocha pouco intemperizada dará muito menos naturalmente.
Xisto
É uma formação plástica e ali as aberturas tendem a fechar-se, mas o xisto pode ter uma capacidade de dar tanta água quanto as rochas graníticas. Xisto Intemperizado
Um xisto verdadeiro deve dar pelo intemperismo um solo muito argiloso. Vendo que um xisto é uma mistura de rochas, deve-se considerar que xisto meteorizado pode ter qualidades para suprir água como as rochas graníticas Quartzito
Um quartzito duro pode funcionar como uma rocha quebradiça e só dará água das diaclases, mas onde um quartzito estiver bem fraturado poderá dar muita água.
Fatores que Influenciam na Infiltração
Intercepção - Uma parte de precipitação total é interceptada e tirada do capim, arbustos e árvores e devolvida ao ar como evaporação. Em uma área coberta, é considerado uma perda de até 15 % de água, enquanto que, em uma área sem cobertura, a perda é mínima.
Escoamento Superficial - Depois de cair na terra, a chuva tende a escoar-se superficialmente, naturalmente, onde a superfície tem uma inclinação considerável, a tendência de escoar é maior do que quando a área é plana ou quase plana. Se a terra é compacta, a drenagem é superficial é muito importante mas, se a terra é coberta pôr vegetação a absorção do solo é quase total.
Vegetação - Sabemos que a permeabilidade de um solo é sempre maior quando a terra está coberta de vegetação. Abaixo, dois diagramas mostram o efeito da cobertura vegetal na infiltração. No primeiro diagrama pode-se ver que a água infiltra-se rapidamente em uma área florestada a primeira hora e depois de uma hora a capacidade ainda é 0,4 polegada pôr hora. Mas na terra nua, segundo diagrama, a infiltração baixa apenas 0,2 polegada por hora no período de 10 minutos.
Condição do Solo - É evidente que uma porosidade grande com descarga específica moderada ou grande favorece a infiltração, mas sabemos bem que é preciso considerar outros fatores. Um solo tendo matéria orgânica pode embeber muita água num tempo curto, isto é, é muito poroso. É visto também que um solo normal sobre um granito bem intemperisado, pôr exemplo, pode beber toda a chuva normal sem dificuldade e permitir passar esta água ao fundo rapidamente. É dito que um solo fica compacto particularmente depois de arado e cultivado pôr muitos anos, com uma perda do material orgânico.
Para se fazer uso de água subterrânea na irrigação de plantas, tem que ser levado em conta:
Salinidade da água, medida pôr condutividade. Proporção de sódio com referência a cálcio e magnésio. A tolerância das plantas. A drenagem subterrânea. A chuva anual que leva os sais do solo. A gipsita no solo que pode permitir o uso da água mesmo que não seja muito boa. O uso provável ou possível de adição desta gipsita caso o solo já não a tenha. Volume de água usado nas plantas.
Além disso, usando água para irrigação, a água se evapora em parte e fica mais concentrada. Atingindo a zona de saturação essa água piora em qualidade. Naturalmente, depois de se utilizar da água três ou mais vezes desta maneira, durante o movimento abaixo do radiante hidráulico, a água tornar-se-á salobra. Uma das fórmulas mais usadas para saber se a água é de boa qualidade para agricultura é a seguinte:
Na x 100 / Ca + Mg + K = percentagem de sódio no solo.
Nessa fórmula os constituintes estão expressos em mili-equivalente. Quando a percentagem de sódio é maior do que 60 % a água não serve para irrigação.
Manutenção de Poços
Recarga pelas escavações - Em certos países usam-se escavações grandes para reter água das tempestades. Estas escavações abertas nas formações permeáveis fazem passar a água para baixo até a zona de saturação à vazão de 900 litros por dia por pé quadrado. Uma escavação grande aceita de 1 até 10 milhões de litros de água por dia.
Espalhamento - Pode-se aplicar água na terra onde há declive pequeno ou nas depressões rasas, com uma série de diques baixos, que permitam a superabundância de água de uma área alta inundada que corre para a próxima área de altitude menor.
Fonte : Cederstrom, D.J., Água Subterrânea - Uma Introdução, Centro de Publicações Técnicas da Aliança, Rio de Janeiro 1964, Capítulos I e II.
Generalidades da Água Continental Subterrânea
Figura 1
O ar aquecido, em sua
ascensão, leva consigo
vapor de água, que se via acumulando até atingir o limite de saturação.
Com isso, condensa-se e precipita-se sobre a terra em forma de chuva,
orvalho ou neve.
Desde os tempos antigos o homem já fazia uso da água subterrânea, nas regiões menos chuvosas, e também procurou explicar a sua origem, cometendo vários erros, muitos dos quais perduram até os dias de hoje. Entre os leigos impera a crença de que a água subterrânea circula como rios, chamados quase sempre de "veias de água". É comum ouvir-se dizer que um poço é seco porque "não deu na veia". É freqüentemente procurada pelo método da rabdomancia(do grego rhabdos, varinha), método que acreditado pela grande maioria dos não-versados nas ciências geológicas.
Figura 1
A zona inferior é denominada zona de saturação porque todos os poros e interstícios da rocha se acham saturados de água. Reserva-se a expressão água subterrânea à água situada abaixo da superfície piezométrica. Aquela contida na zona de aeração dá se a designação de água edáfica(do grego edafos, solo). A água edáfica pode apresentar-se sob três maneiras diferentes: água gravitativa é a que se escoa terra adentro, logo após a precipitação ou fusão das neves. À água aderida às partículas do solo por forças de adsorção, pode-se dar o nome de água pelicular, e a retida em interstícios microscópicos, presa por forças capitalares, é chamada de água capilar. O excesso de água da zona saturada, proveniente das precipitações atmosféricas, migrará em direção dos vales indo alimentar as correntes de água. Graças à lentidão deste movimento pelo atrito às partículas rochosas aproximadamente a topografia, . Sendo alta a permeabilidade do terreno, a tendência é dela tornar-se mais plana, dado o mais rápido escoamento. A velocidade com que a água subterrânea migra varia de alguns centímetros a 6 metros por dia. Excepcionalmente pode alcançar 120 metros por dia. O plano horizontal que tangência as partes mais baixas (não cobertas pelas águas, como são os leitos dos rios), que drenam uma determinada região, denomina-se nível de drenagem. Em regiões calcárias, graças à formação de cavernas subterrâneas, que são escoadouros naturais das águas de infiltração, o nível de drenagem é inferior ao nível dos rios, que muitas vezes desaparecem solo adentro nos chamados sumidouros, podendo nascer como fonte ressurgente longe do lugar da infiltração.
Em regiões mais secas ou muito permeáveis, desce até 100 metros, podendo haver variações da profundidade conforme a estação do ano, pois sabemos que, na época de estiagem, a grande evaporação e a ausência de chuvas determinam o abaixamento da superfície piezométrica. A profundidade máxima atingida pela água subterrânea é muito variável e depende essencialmente da rocha que a contém. Em rochas cristalinas a capacidade de armazenar água diminui rapidamente em relação à profundidade enquanto que em rochas sedimentares, principalmente nas de origem clástica, se encontra uma certa porosidade mesmo em grandes profundidades (alguns milhares de metros), o que permite ainda o armazenamento de água subterrânea em tal região.
Nos extensos
baixios, a água subterrânea não se movimenta; mas, onde houver
elevações, o peso da água das áreas mais elevadas faz com que se
verifique a movimentação lenta da água em profundidade, calcada pela
pressão hidrostática. Esse movimento pode ser da ordem de
Todas as rochas apresentam uma capacidade
variável de armazenamento de água, que é determinada pela presença de
numerosos poros (rochas sedimentares clásticas ou basaltos vesiculares),
ou por serem atravessadas por inúmeras fendas e capilares (rochas
compactas, geralmente cristalinas). Dá-se o nome de porosidade de uma
rocha à relação existente entre o volume dos poros e o volume total,
relação esta expressa em percentagem. Quanto a
quantidade é tal, que permita a sua extração econômica dá-se o nome de
aqüífero.
Figura 1 Este valor máximo verifica-se quando as esferas se situam a 90o. na sua disposição espacial. No caso das argilas, onde o tamanho das partículas é de dimensões coloidais, sendo tais partículas por sua vez porosas e resultantes da agregação de micelas, a porosidade torna-se bastante aumentada, podendo atingir o valor de 50%. De um modo geral a porosidade nos sedimentos clásticos arenosos varia de 12 a 35%, pois o grau de cimentação e a sua compactação também fazem variar bastante o volume dos poros. A tabela 1 mostra-nos alguns exemplos de porosidade em função da rocha. Tabela 1
Os lugares mais adequados para a procura de água são os mais baixos da simples razão de estarem mais próximos do lençol aqüífero, o que permite uma perfuração mais rasa e portanto menos dispendiosa, e também pela razão de haver maior pressão hidrostática, graças à maior coluna de água existente. Já em outras áreas, como a cidade de São Paulo, as rochas são heterogêneas. Alternam-se irregularmente arenitos finos ou grosseiros, conglomerados e argilas, em camadas irregulares geralmente de forma lenticular, variando a espessura de decímetros a vários metros. Assim, é possível que em uma perfuração a água verta nos primeiros 20 metros (se predominarem arenitos ou cascalhos nesta região), a seguir poderá cessar a emanação por muitas dezenas de metros, graças à diminuição da permeabilidade da rocha. Mesmo que esteja saturada de água, esta permanecerá retida por forças capilares. Mas abaixo ainda, se a sorte favorecer o encontro de alguma lente de arenito grosseiro, bem permeável (que, quanto mais expeço mais rico será em água), haverá nova exsudação. Frequentemente esta sucessão se repete por várias vezes é o que mostra a figura 2.
A água subterrânea escoa-se lentamente no subsolo, dos lugares mais altos para os mais baixos, desde que não encontre uma barreira impermeável, veja a figura 1.
Figura 1 A velocidade é relativamente pequena devido ao atrito nas paredes dos capilares e dos poros. Numa areia a água movimenta-se com a velocidade de cerca de 1m por dia; no Arenito Botucatu, em volta de 10cm por dia e nas argilas o movimento é praticamente nulo. Nas rochas muito diaclasadas a velocidade pode ser muito rápida. É preciso notar que estes dados são referentes a rochas submetidas às condições normais de pressão na superfície da terra, cujo valor aproximado é de uma atmosfera. Podemos medir a permeabilidade de uma rocha em laboratório com aparelhos denominados permeâmetros. Nestes, utilizam-se amostras de seção e comprimento determinados, que são atravessadas por um fluído líquido ou gasoso, sob pressões conhecidas. O grau de permeabilidade é medido em função da pressão atmosférica que atua sobre o fluído percolante (ou seja, a diferença da pressão aplicada para a entrada do fluído e da obtida na saída do mesmo) e, ainda, em função do comprimento da amostra, da sua área em contato com o fluído e da viscosidade deste. A unidade de tal medição denomina-se darcy. Assim, uma rocha possui a permeabilidade de um darcy se permitir a passagem, sob pressão diferencial de uma atmosfera, de 1cm3 por segundo de fluído com viscosidade igual a um centipoise (água a 20o.C) por uma seção de 1cm2 e de 1 cm de comprimento. A fim de serem evitados os números fracionários, usa-se a unidade milidarcy. Uma rocha com 400 milidarcys pode ser considerada de permeabilidade favorável para a produção abundante de água subterrânea. As rochas que possuem estratificação apresentam valores diferentes de permeabilidade, quando medidos na direção paralela ou perpendicular à estratificação. Assim, para o Arenito Botucatu foram determinados valores de 731 milidarcys, quando medida a permeabilidade na direção perpendicular à estratificação e de 1.173 milidarcys quando na direção paralela.
O abastecimento de água potável e industrial
no Brasil realiza-se mais comumente com o aproveitamento das águas
superficiais (rios, lagos, etc.), ao contrário de outras regiões, onde a
fonte principal de abastecimento é a água
subterrânea, cujo uso elimina as inconveniências de um tratamento caro
e permite um abastecimento local fácil.
Tabela 1
Pelos dados dessa tabela chega-se às
seguintes conclusões: 2) A distribuição de água subterrânea nas rochas sedimentares da bacia de São Paulo é bastante irregular. Ocorrem camadas lenticulares de areia e cascalho, ótimos provedores de água. Por outro lado, em certas regiões predomimam sedimentos argilosos, impermeáveis, com pouca ou nenhuma capacidade para o fornecimento de água. 3) Os arenitos mesozóicos são quase infalíveis para a obtenção de água, explicando-se esta constância pela sua homogeneidade granulométrica tanto em extensão como em profundidade. Acentuamos que a parte ocidental do interior do Estado de São Paulo, apesar de gozar dessas condições, tem sido, contudo, pouco aproveitada. As vazões médias desses arenitos são as mais elevadas de todo o Estado.
4) As lavas basálticas são boas provedoras de
água em profundidade relativamente pequena. A vazão tem-se demonstrado
boa, sendo pequeno o número de pocos secos. Na região semi-árida no
Nordeste brasileiro vem se executando um programa de perfurações para
água subterrânea, tanto nas áreas cobertas por sedimentos, como nas
áreas cristalinas, onde predomimam gnaisses. Nestas últimas
perfuraram-se 4000 poços, cuja profundidade média é de 60 metros. A
média das vazões é ao redor de 300 litros por hora. Nas áreas
sedimentares, por sua vez, foram perfurados 12000 poços, mais comumente
em arenitos e calcários. A profundidade média é de 150 metros e a média
das vazões é de 20000 litros por hora, o que vem demonstrar a
importância humana da pesquisa geológica para a água subterrânea. A figura 1 ilustra uma perfuração realizada em São Vicente- SP, que forneceu água doce até a profundidade de 34m. Abaixo desse nível a sondagem atingiu a água salgada, dando-se a mistura das duas águas e inutilizando o poço.
Figura 1 A temperatura da água subterrânea corresponde normalmente à temperatura média anual da região. Mas, sob certas condições geológicas, a água pode penetrar a centenas de metros, tornando-se aquecida nestas profundidades graças ao grau geotérmico da região, ascendendo então, principalmente, por falhas ou por diáclases profundas, com a temperatura bastante elevada. A causa da ascenção da água quente obedece também ao princípio dos vasos comunicantes. São do município de Caldas Novas, GO, aproveitadas para fins turísticos. Em uma delas, a temperatura chega a 60O.C. Uma fonte é considerada como termal se a sua temperatura exceder a 5o.C. a temperatura média da região.
Composição Química
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