Conceitos básicos

Águas subterrâneas: são aquelas que esta sob a superfície da terra e ocupa os poros e fissuras das rochas mais sólidas.

Escoamento subterrâneo: Corresponde ao fluxo devido a contribuição do aquífero (região saturada de solo com água em movimento).

Aquíferos: são unidades rochosas ou de sedimentos porosas e permeáveis, que armazenam e transmitem volume significativo de águas subterrâneas passível de ser explorada pela sociedade.

Aquitarde: estrato com baixa permeabilidade, como uma argila siltosa que pode permitir passagem de água de um aquífero para outro.

Aquífegos: são unidades geológicas que não apresentam poros interconectados e não absorvem e nem transmitem água.

Aquíclude: são unidades geológicas que apesar de saturadas e com grandes quantidades de águas absorvida lentamente, são incapazes de transmitir um volume significativo de água com velocidade suficiente para abastecer poços ou nascentes por serem rochas relativamente impermeáveis.

Lençol freático: é a reserva da água subterrânea proveniente da chuva que se infiltra através dos poros e fissuras presentes no solo.

Rio subterrâneo: são porções de água que correm por baixo da superfície, por razão natural, formados por processo de intemperismo.

Infiltração: é o processo de passagem da água da superfície para subsolo.

Porosidade: relação entre os espacos vazios de uma rocha e seu volume total

Percolação: é o processo da filtração das águas para as camadas mais profundas do solo em favor da gravidade.

Águas subterrâneas

Segundo o autor Karmann (2000), as águas subterrâneas são definidas como “unidades rochosas ou de sedimentos, plenamente saturadas em água, porosas e permeáveis, que armazenam e transmitem volumes significativos de água subterrânea passível de ser explorada pela sociedade”.

Escoamento subterrâneo

Corresponde ao fluxo devido a contribuição do aquífero (região saturada de solo com água em movimento).

Uma parte da precipitação, depois de molhar a folhagem e o solo, escorre sobre a superfície do terreno em direcção aos cursos de água. Outra parte se infiltra no solo. Grande parte da água que penetra no solo retorna eventualmente à superfície ou se infiltra até alcançar o lençol de água subterrânea.

Ao juntar-se à massa de água subterrânea, a água infiltrada move-se pelos poros do material do subsolo, podendo reaparecer na superfície, em nível inferior ao que penetrou no lençol aquífero. A água subterrânea sai naturalmente em tais lugares em forma de vertente, que mantém o fluxo dos cursos ou colecções de água em período de estiagem.

Origem das águas subterrâneas

 Após a precipitação, parte das águas que atinge o solo se infiltra e percola no interior do subsolo, durante períodos de tempo extremamente variáveis, decorrentes de muitos factores:

• Porosidade do subsolo: a presença de argila no solo diminui sua permeabilidade, não permitindo uma grande infiltração;
• Cobertura vegetal: um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado;
• Inclinação do terreno: em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo a possibilidade de infiltração;
• Tipo de chuva: chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.

Durante a infiltração, uma parcela da água sob a acção da força de adesão ou de capilaridade fica retida nas regiões mais próximas da superfície do solo, constituindo a zona não saturada. Outra parcela, sob a acção da gravidade, atinge as zonas mais profundas do subsolo, constituindo a zona saturada.

Distribuição das águas subterrâneas

Zona não saturada: também chamada de zona de aeração, é a parte do solo que está parcialmente preenchida por água.

 Nesta zona, pequenas quantidades de água distribuem-se uniformemente, sendo que as suas moléculas se aderem às superfícies dos grãos do solo. Nesta zona ocorre o fenómeno da transpiração pelas raízes das plantas, de filtração e de autodepuração da água. Dentro desta zona encontra-se:

• Zona de humidade do solo: é a parte mais superficial, onde a perda de água de adesão para a atmosfera é intensa (lateríticas). Esta zona serve de suporte fundamental da biomassa vegetal natural ou cultivada da Terra e da interface atmosfera / litosfera.
• Zona intermediária: região compreendida entre a zona de humidade do solo e da franja.

• Franja de capilaridade: é a região mais próxima ao nível d’água do lençol freático, onde a humidade é maior devido à presença da zona saturada logo abaixo.

Zona saturada: é a região abaixo da zona não saturada onde os poros ou fracturas da rocha estão totalmente preenchidos por água. As águas atingem esta zona por gravidade, através dos poros ou fracturas até alcançar uma profundidade limite, onde as rochas estão tão saturadas que a água não pode penetrar mais. Para que haja infiltração até a zona saturada, é necessário primeiro satisfazer as necessidades da força de adesão na zona não saturada

. Nesta zona, a água corresponde ao excedente de água da zona não saturada que se move em velocidades muito lentas (em/dia), formando o manancial subterrâneo propriamente dito (REBOUÇAS,1998) , ou desagua directamente nos lagos e oceanos.

A superfície que separa a zona saturada da zona de aeração é chamada de nível freático, ou seja, este nível corresponde ao topo da zona saturada

Dependendo das características climatológicas da região ou do volume de precipitação e escoamento da água, esse nível pode permanecer permanentemente a grandes profundidades, ou se aproximar da superfície horizontal do terreno.

Tipos de águas subterrâneas

Segundo Eduardo Freitas existem dois tipos de águas subterrâneas a saber:

Freática: esta fica situada na zona não saturada nas proximidades da superfície onde se encontra espalhada entre o ar, solo e rochas por isso ficam propícias a contaminação

Artesiano: localizado na zona saturada um pouco afastado da superfície em grandes quantidades que formam uma espécie de rio subterrâneo, em virtude dessas características se faz necessária a construção de poços artesianos para retirar água desses locais.

Como descobrir as águas subterrâneas

A pesquisa de águas subterrâneas é das grandes necessidades do mundo moderno pós a água é um dos poucos recursos que a humanidade partilha universalmente. Encontrá-la onde quer que ela esteja é imperativo para a nossa sobrevivência

A geofísica aplicada na pesquisa de águas subterrâneas nos fornece uma maneira. Confiável de se obter informações sobre a sua existência em determinada região.

Métodos de pesquisa de águas subterrâneas

A electrorresistividade é o principal método geológico de pesquisa de águas subterrâneas sendo responsáveis pelo imageamento de grandes superfícies com óptima resolução e fidelidade.

A electrorresistividade parte do entendimento de que cada material presente no solo possui características distintas ao possuírem diferentes respostas a aplicação de uma corrente eléctrica. A aplicação dessa metodologia consiste na introdução de correntes eléctrica s no solo através de um par de eléctrodos, denominados A e B sendo que as diferenças de potencial são medidas por outro par de eléctrodos denominados MN.

Podemos destacar duas principais técnicas para pesquisa de água s subterrâneas utilizando electrorresistividade.

SEV: a sondagem eléctrica vertical ópera de uma maneira simples: são efectuadas várias medidas a partir da superfície de terreno sendo que os eléctrodos são separados a uma distância crescente. Ele tem a sua característica principal o ponto central de arranjo sendo que as variações geológicas são verificadas em profundidades.

Imageamento eléctrico: possuem como característica fundamental a investigação lateral das camadas do solo. Os espessamente entre os eléctrodos é que definem o grau de detalhe e profundidade do solo a ser atingido (geofísica).

Aquíferos e Lençóis freáticos

Aquífero

Aquífero é uma formação geológica do subsolo, constituída por rochas permeáveis, que armazena água em seus poros ou fracturas. Outro conceito refere-se a aquífero como sendo, somente, o material geológico capaz de servir de depositário e de transmissor da água aí armazenada. Assim, uma litologia só será aquífera se, além de ter seus poros saturados (cheios) de água, permitir a fácil transmissão da água armazenada.

  Os aquíferos podem ser classificados de acordo com a pressão das águas em suas superfícies limítrofes, bem como em função da sua capacidade de transmissão água (Feitosa et al., 2008).

 O aquífero confinado: é o aquífero no qual a pressão da água no topo é maior que a pressão atmosférica. Subdivide-se em dois tipos:

• Aquífero confinado não drenante
• Aquífero confinado drenante

 Aquífero confinado não drenante Aquífero confinado não drenante é um aquífero cujas camadas limítrofes, superior e inferior, são impermeáveis. Nestes casos, o nível da água subterrânea fica acima da base da camada confinante superior, sendo que esta superfície pode estar abaixo ou acima do nível do solo. Caso a superfície esteja acima do solo, o poço tubular perfurado recebe o nome de jorrante ou surgente.

Um aquífero confinado drenante é aquele no qual uma das camadas limítrofes é semipermeável, o que permite a entrada ou a saída de fluxos pelo topo ou pela base a partir de drenança ascendente ou descendente.

Aquífero livre: conhecido também como freático ou não confinado, é aquele cujo limite superior é uma superfície freática, onde os poros se encontram apenas sob pressão atmosférica. Os aquíferos livres podem actuar como área de recarga em aquíferos confinados, pois a infiltração de água da chuva gera excessos de água nos mesmos. Assim como os aquíferos confinados, os aquíferos livres também podem ser classificados como drenantes, quando possuem base semipermeável, ou não drenantes, quando possuem base impermeável

 Aquífero suspenso: é um caso especial de aquífero livre que se forma sobre uma camada impermeável ou semipermeável que possui extensão limitada e situa-se entre uma zona freática regional e o nível do terreno. Dessa forma, estes aquíferos podem existir em carácter temporário, à medida que a água dos poros é drenada para um freático adjacente (Feitosa et

Lencol Freáticos

Lençol freático: é um reservatório subterrâneo de água doce onde a chuva que se infiltra no solo fica armazenada a uma profundidade relativamente pequena até se deparar com um maciço rochoso ou com um solo praticamente impermeável que dependendo da forma e proximidade com a superfície pode chegar a formar uma nascente.

O lençol freático tende a acompanhar o modelado topográfico do terreno. A posição do lençol freático no subsolo não é, entretanto estável mas bastante variável. Isso representa que em determinada região profundidade do lençol freático varia segundo as estacões do ano. Esta variação depende do clima dessa região e dessa maneira nos períodos de estiagem a posição do lençol freático sofre normalmente um abaixamento. Ao contrário no período das cheias quando essa posição se eleva.

Em consequência da infiltração a água precipitada sobre superfície da terra penetre no subsolo através de acção de gravidade sofre um movimento descendente até atingir uma zona onde os vazios poros e fracturas se encontram totalmente preenchidos de água. Esta zona saturada é separada pela linha conhecida como nível freático ou lençol freático .

Rebaixamento do lençol freático

Dependendo do tipo de solo, terreno, vegetação, os lençóis freáticos podem estar mais próximos das superfícies e, portanto, impedir ou dificultar a realização de determinadas obras.

De tal maneira, antes de realizar alguma construção é muito importante avaliar o terreno, ao mesmo tempo que se localiza o lençol freático. Nesse ínterim, se o lençol freático está muito próximo da superfície donde a obra pode atingir o local, bem como trazer consequências desagradáveis (encher de água), é realizado o rebaixamento do lençol.

Portanto, esse mecanismo é realizado na medida em que a construção de alguma obra requer

uma profundidade maior, não sendo permitida pela constituição do terreno.

Assim, no local da construção, são introduzidas bombas de grande profundidade que farão o trabalho de empurrar essa água permitindo a realização da obra. A partir disso, o lençol freático passa a ter um nível abaixo do natural.

A despeito de ser possível interferir no curso normal da água subterrânea dos lençóis freáticos, esse ressecamento feito pelas bombas em parte do terreno, pode trazer muitos problemas, por exemplo, o afundamento da construção, desde rachaduras, quedas de muros e rompimento de tubulações, posto que o solo perde seu poder de sustentação natural.

Além disso, a vegetação circundante, se formada por árvores de grande porte, pode causar a morte de diversas espécies vegetais que possuem longas raízes e retiram do solo e dos lençóis freáticos, as substâncias necessárias para sobreviverem.

Reabastecimento das águas subterrâneas (Aquíferos e lençol freático).

Zona de recarga directa: é aquela onde as águas da chuva se infiltram directamente no aquífero, através de suas áreas de afloramento e fissuras de rochas sobrejacentes. Sendo assim, a recarga sempre é directa nos aquíferos livres, ocorrendo em toda a superfície acima do lençol freático. Nos aquíferos confinados, o reabastecimento ocorre preferencialmente nos locais onde a formação portadora de água aflora à superfície.

Zona de recarga indirecta: são aquelas onde o reabastecimento do aquífero se dá a partir da drenagem (filtração vertical) superficial das águas e do fluxo subterrâneo indirecto, ao longo do pacote confinante sobrejacente, nas áreas onde a carga potenciométrica favorece os fluxos descendentes.

Zona de descarga: é aquela por onde as águas emergem do sistema, alimentando rios e jorrando com pressão por poços artesianos.

As maiores taxas de recarga ocorrem nas regiões planas, bem arborizadas, e nos aquíferos livres. Nas regiões de relevo acidentado, sem cobertura vegetal, sujeitas a práticas de uso e ocupação que favorecem as enxurradas, a recarga ocorre mais lentamente e de maneira limitada.

Parâmetros característicos dos aquíferos

 Parâmetros actuantes no armazenamento das águas subterrâneas

Porosidade, é também chamada de porosidade volumétrica ou porosidade total, é dada pela seguinte equação: η=𝑉𝑣 𝑉𝑇 , onde 𝑉 𝑣 é o volume de vazios e 𝑉𝑇 é o volume total de um solo ou rocha. De acordo com os tipos de rochas ou solos, existem três tipos de porosidades: 1) primária, condicionada pela existência de vazios inerentes à matriz da rocha ou solo, também conhecida como porosidade intersticial ou intragranular, que possui dimensões milimétricas, mas que, por ocorrerem em grande quantidade, se tornam importantes em área no aquífero; 2) secundária, que é produzida por fenómenos posteriores que actuaram no solo ou rocha, também conhecidas como fissuras, fracturas, falhas e outras formas de rachaduras em rochas cristalinas; e 3) terciária, que ocorre no meio cárstico, onde os vazios ocupados pela porosidade primária ou secundária são aumentados por dissolução ocasionada pela própria água acidificada em rochas mais solúveis, como, por exemplo, calcários ou dolomitos (Feitosa et al., 2008).

Porosidade efectiva (𝜂𝑒) é a razão entre volume de água liberado pelos vazios da rocha a partir de forças gravitacionais actuantes (𝑉 𝑔) e o volume total da rocha (𝑉𝑇), podendo ser descrita pela equação η𝑒= 𝑉𝑔 𝑉𝑇 . Ainda ocorre a retenção de parte da água de saturação dos vazios na superfície dos grãos, devido a força de atracção molecular ser mais forte que a força gravitacional, sendo conhecida como retenção específica (𝑆𝑟). A soma de 𝑆𝑟 e de η𝑒 é igual a porosidade total da rocha, ou seja, η= η𝑒 + 𝑆𝑟.

Coeficiente de armazenamento (S) em aquíferos confinados é dado pelo volume de água liberado por um prisma de seção unitária e altura igual à espessura do aquífero, sob o efeito de uma variação unitária do nível potenciométrico, geralmente varia da faixa de 10−5 a 10−3. Já em aquíferos livres é representado pela porosidade efectiva ou pela produção específica com valor oscilando entre 2 e 30%.

Condutividade hidráulica (K) leva em consideração as características do meio (porosidade, tamanho, distribuição, forma e arranjo das partículas e as características do fluído 31 de escoamento (viscosidade e massa específica). Em meio isotrópico pode-se ter K numericamente igual à vazão do fluído que atravessa a área. Pode ser escrita como sendo 𝐾 =𝑘𝜌𝑔 𝜇=𝑘𝑔 𝜎

,Em que K é a condutividade hidráulica, k é a permeabilidade do meio, ρ é a massa

Específica do fluido, g é a aceleração da gravidade, μ é a viscosidade dinâmica (absoluta) e σ é a viscosidade cinemática (𝜇 𝜌 )

A transmissividade (T) é a quantidade de água que pode ser transmitida horizontalmente por toda a espessura saturada do aquífero, ou seja, é a taxa de escoamento de água através de uma faixa vertical do aquífero de largura conhecida e submetido a um gradiente hidráulico também conhecido. Em aquíferos confinados, pode ser dada como 𝑇 = 𝐾.𝑏, Onde T é a transmissividade, K a condutividade hidráulica e b a espessura do aquífero.

Superfície específica

Segundo Cristina 2009 a superfície específica compreende a relação entre área superficial intersticial total dos poros e a massa das partículas da matriz sólida. A superfície específica representa o tamanho da área disponível para a adsorção de contaminantes nas partículas da matriz sólida.

Em geral, solos finos apresentam maior superfície específica e grande capacidade para adsorção de contaminantes, o que acarreta em retardamento do movimento de infiltração e percolação dos contaminantes no meio poroso.

Permeabilidade

Teixeira et al (2000) afirma que o principal factor determinante da disponibilidade da água subterrânea não é a quantidade de água armazenada, mas sim a sua capacidade de permitir o fluxo da mesma através dos poros. Desta forma, pode-se definir a permeabilidade como o parâmetro que mede a capacidade de um sólido em deixar um fluido atravessar os poros, ou seja, a propriedade dos materiais conduzirem água, e que depende do tamanho dos grãos e da conexão entre eles.

Principais aquíferos do mundo

• Alter do Chão ou sistema aquífero grande Amazona, localizado sobre os estados do Pará, Amapá e Amazonas.
• Aquífero Guarani é o maior aquífero transfronteiriço do mundo, abrangendo o Brasil, Argentina, Uruguai e Paraguai.
• Arenito Núbia localizado sobre o Egipto, Líbia Chade e Sudão
• Kalahare localizado no sul da África, o aquífero é compartilhado pela Namíbia, Botswana e África do Sul. A maior parte dele fica na Namíbia, na bacia hidrográfica de Stampriet, onde acontece também a maior parte do seu reabastecimento.

As águas desses aquíferos são importantes para a vida e economia do deserto de Kalahare.

Impactos ambientais das explorações dos aquíferos

Estudos  realizados pela NASA, por exemplo, no período entre 2003 e 2013, de carácter inédito, identificou um cenário preocupante para os principais aquíferos do mundo

Existem 37 aquíferos de grande importância mundial, sendo que 21 deles encontram-se sob condição de stress hídrico, ou seja, com extracção de água superior à recarga (entrada de água pelas chuvas)

Uma análise mais apurada, no entanto, mostra que em 13 deles (21 mais críticos), apresentam condições “muito críticas” devido à super-exploração.

No entanto, de um modo geral, o cenário é preocupante em todos os 37 maiores aquíferos do Planeta, já que eles sofrem, constantemente, fortes pressões de consumo aliado a um problema de ordem climática, representado pelo desequilíbrio dos índices pluviométricos em nível global. Tal cenário interfere assim, de forma negativa, na recarga dos desses mananciais subterrâneos.

Os aquíferos com maiores problemas em suas reservas estão localizados em regiões com os mais elevados contingentes populacionais e com pobreza acentuada, tendo como exemplos a Bacia Aquífera do Indus no noroeste da Índia, grande parte do Paquistão e uma pequena porção da China o norte da África (Bacia Murzuk-Djado), com destaque para a Líbia e o Níger, e o Sistema Aquífero Árabe, considerado o mais crítico de todos, por suprir a demanda de cerca de 60 milhões de pessoas, com 84% do uso total de água doce em toda a Península Arábica.

Pela sobrecarga de uso, este aquífero tem apresentado redução significativa no seu volume, de acordo com avaliações realizadas no período entre 2003 e 2013 pela NASA. A combinação entre retirada excessiva de água e o baixo ou irregular regime anual de chuvas. Têm sido a principal responsável por esse cenário extremamente crítico. Em situação semelhante, encontra-se o aquífero da Bacia do Rio Jordão, muito disputado por países como Israel, Palestina, Síria e Jordânia

Esta situação tem causado grandes impactos ao meio ambiente causando problemas tais como:

• Contaminação das águas subterrâneas
• Subsidência do solo
• Avanço da linha de cunha
• Esgotamento dos aquíferos por super-exploração para uso em irrigação
• Ocupação inadequada que por sua vez compromete a qualidade e a disponibilidade do recurso etc.

Maiores rios subterrâneos do mundo

 Os rios subterrâneos são porções de água que correm por baixo da superfície, por razão natural, formados por processo de intemperismo.

Esses rios se formam a partir do intemperismo físico e químico no contacto da água com as rochas. As rochas do tipo carbonáticas, ricas no mineral calcita, são mais susceptíveis a sofrerem dissolução pela água. Com o passar dos anos, o contacto da água e suas propriedades químicas vão desgastando a rocha formando fendas no subterrâneo por onde os rios vão correr. No entanto, esse processo é lento, leva centenas, milhares de anos para que o processo dê origem um curso de água subterrânea.(Klima natural)

Os maiores rios do mundo:

• Rio Santa Fé localiza-se no parque nacional do rio subterrâneo do porto princesa na ilha de palawan, Filipinas
• Rio Son Trach, localiza-se em Vietnam
• Rio Hanza, localiza-se no estado Brasileiro do Amazonas.

Medidas de conservação e protecção das águas subterrâneas

Segundo GOMES 2020 os aquíferos estão expostos a uma situação de risco de esgotamento em todos os locais do Planeta, salvo raras excepções, principalmente nos países do norte da Europa. Porém, esse quadro pode ser revertido se forem implantadas, de fato, medidas de protecção dos recursos hídricos subterrâneos, aliadas a diversas acções de carácter sustentável.

• O controlo rígido de abertura de poços profundos e a efetivação dos Perímetros de Protecção de Poços, por exemplo, constituem os primeiros passos, pois além de ter maior controle sobre o consumo, estabelece uma área de protecção ou isolamento nas imediações de um poço tubular profundo, onde as actividades relacionadas ao uso e ocupação apresentam algum tipo de potencial para afectar, tanto a qualidade como a quantidade de água desse poço. Os PPPs são estabelecidos em faixas ou zonas, de acordo com a distância entre o poço e as actividades potencialmente poluidoras, como também em relação ao tempo de deslocamento de algum composto poluente até esse poço.
• Outras acções de protecção de aquíferos incluem os estudos de risco em suas áreas de recarga, que servem de apoio aos instrumentos de gestão com foco sustentável, citados no item anterior com os modelos
• A Educação Ambiental é um instrumento de grande transformação de comportamento, se bem adoptado e assimilado pela população. A conscientização da importância dos recursos hídricos, em toda sua dimensão (superficial e subterrâneo), bem como da sua governança, têm na Educação Ambiental o ponto de partida para uma transformação social, aumentando a consciência do cidadão na participação política e nas decisões sobre o desenvolvimento com sustentabilidade.
• Legislação, por sua vez, também se constitui em instrumento disciplinador dusos e manejo dos recursos naturais, no presente caso a água subterrânea.
• Protecção geral de um aquífero identificando áreas mais vulneráveis a contaminação e protecção voltada a captação de águas subterrâneas
• Controle de uso e ocupação do solo por meio da restrição e da fiscalização das actividades atróficas.

Referências bibliográficas 

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Klima natural, maiores rios subterrâneos do mundo

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