Transcript
ΤΡ"Β"
ENGENHARIA CIVIL
HIDROLOGIA APLICADA
ESCOAMENTO PLUVIAL
Belém
2009
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 3
2. ESCOAMENTO SUPERFICIAL 3
2.1. Intensidade e Duração da Precipitação 3
2.2. Precipitação Antecedente 3
2.3. Fatores Fisiográficos 4
2.4. Grandezas do Escoamento Superficial 4
2.4.1. Vazão (Q) 4
2.4.2. Tempo de Concentração (Tc) 4
2.4.3. Tempo de recorrência ou de retorno (T) 4
2.4.4. Nível de Água (h) 4
2.4.5. Coeficiente do Escoamento (C) 5
2.5. Hidrograma 5
2.5.1. Características do Hidrograma 6
3. INFILTRAÇÃO 7
3.1. Fatores que Influenciam na Infiltração 7
3.2. Fases da Infiltração 8
3.3. Grandezas da Infiltração 8
3.4. Determinação da Quantidade de Água Infiltrada 9
3.4.1. Medição Direta da Capacidade de Infiltração 9
3.4.1.1. Com Aplicação de Água Por Inundação 9
3.4.1.2. Com Aplicação de Água Por Aspersão 10
3.4.2. Método de Horton 10
3.4.3. Método de Soil Conservation Service (SCS) 11
4. ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO 13
4.1. Caracterização 14
4.2. Fatores de Influência 15
4.2.3. Porosidade 15
4.3.4. Permeabilidade 16
4.3.4.1. Fluxo de Água no Subterrâneo 16
4.3.4.2. Condutividade Hidráulica e a Lei de Darcy 17
4.3.5. Contaminação e Superexplotação dos Aquíferos 18
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 21
6. REREFÊNCIAS BLIOGRÁFICAS 22
INTRODUÇÃO
Na engenharia dentre a hidrologia o que mais se estuda principalmente
são escoamento superficiais que é a fase do ciclo hidrológico que trata do
conjunto das águas que, por efeito da gravidade, se desloca na superfície
da terra e o escoamento pluvial (águas das chuvas) é sem dúvida um objeto
de estudo que mostrar os diversos tipos de escoamento desde o superficial
ao subterrâneo, e a este assunto é dado uma atenção importante, pois a
partir de análises e estudos, podem-se prever os impactos causados pelos
escoamentos e minimizá-lo ou até então usar estes estudos em prol da
sociedade, da ciência a termos tanto de conhecimentos quanto para
beneficiamento e tratamento das águas providas destes escoamentos.
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
O escoamento superficial tem seu próprio ciclo de escoamento que pode
ser descrito em três fases: na primeira fase o solo está seco e as reservas
de água estão baixas; na fase seguinte, iniciada a precipitação, ocorrem
interceptação, infiltração e escoamento superficial; na última fase o
sistema volta a seu estado normal, após a precipitação. Fatores como tipo
de vegetação, tipo de solo, condições topográficas, ocupação e uso do solo,
são fatores que determinam a relação entre vazão e precipitação.
A este escoamento nos estudos realizados por pesquisadores em sua
coleta de dados leva-se em conta os diversos fatores que os influenciam
este tipo de escoamento e a seguir estudaremos os mais importantes.
2.1. Intensidade e Duração da Precipitação
Dependendo da quantidade de chuva o solo receberá uma grande
quantidade de água e assim poder chegar rapidamente a seu ponto de
saturação, onde ocorrerá somente o escoamento superficial, já que a água
não consegue infiltra-se mais no solo devido não ter capacidade mais de
absorção, ou seja, maior altura gera maior volume, intensidade e vazão de
pico.
2.2. Precipitação Antecedente
Esse fator tem que se levado em conta, pois se o solo ainda estiver
muito úmido, ele fica mais próximo ao grau de saturação e a água não
consegue infiltra-se mais, ocorrendo em pouco tempo somente o escoamento
superficial.
2.3. Fatores Fisiográficos
Esses fatores correspondem às formas, tamanho, relevo, pois maior
declive gera maior velocidade, menor tempo de concentração e maior pico,
levando a maior ou menor captação de água proveniente do escoamento ou
mesmo da chuva e outro fator fisiográfico que é importante ser levado em
conta é o tipo de solo e seu uso, pois quanto maior a capacidade de
infiltração do solo, menor o risco de excesso de água superficial, assim
diminuindo o risco de enchentes e a urbanização e o desmatamento reduzem a
infiltração e aumentam o escoamento.
2.4. Grandezas do Escoamento Superficial
Nos estudos que fazem sobre o escoamento superficial não é somente
estudado os fatores que influenciam o escoamento, mas também as grandezas
que são usadas como caracterizadoras do escoamento superficial tal como:
2.4.1. Vazão (Q)
Define-se por vazão, o volume por unidade de tempo, que se escoa
através de determinada seção transversal de um conduto livre (canal, rio ou
tubulação com pressão atmosférica) ou de um conduto forçado (tubulação com
pressão positiva ou negativa). Isto significa que a vazão é a rapidez com a
qual um volume escoa.
2.4.2. Tempo de Concentração (Tc)
É o tempo necessário para que toda a área da bacia contribua para o
escoamento superficial na seção de saída. Os fatores que influenciam este
tempo numa bacia são: Forma, Declividade média da bacia, tipo de cobertura
vegetal, Comprimento e declividade do curso principal e afluente, Distância
horizontal entre o ponto mais afastado bacia e sua saída e as Condições do
solo em que a bacia se encontra no inicio da chuva.
2.4.3. Tempo de recorrência ou de retorno (T)
É o intervalo de tempo estimado de ocorrência de um determinado evento
que é definido como o inverso da probabilidade de um evento ser igualado ou
ultrapassado.
2.4.4. Nível de Água (h)
Altura da superfície livre de uma massa de água em relação a um plano
de referência, exemplifica-se quando ocorrem enchentes é que o nível de
água já foi atingido provocando o transbordamento.
2.4.5. Coeficiente do Escoamento (C)
O coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de deflúvio, ou
ainda, coeficiente de Runoff, é definido como a razão entre o volume de
água escoado superficialmente e o volume de água precipitado. Este
coeficiente pode ser relativo a uma chuva isolada ou relativo a um
intervalo de tempo onde várias chuvas ocorreram.
É claro que, conhecendo-se o coeficiente de Runoff para uma
determinada chuva intensa de certa duração, pode-se determinar o escoamento
superficial de outras precipitações de intensidades diferentes, desde que a
duração seja a mesma. Este procedimento é muito usado para se prever a
vazão de uma enchente provocada por uma chuva intensa.
2.5. Hidrograma
O hidrograma pode ser entendido como a resposta da bacia hidrográfica
a uma dada precipitação e a contribuição de um aqüífero.
A distribuição da vazão no tempo é resultado da interação de todos os
componentes do ciclo hidrológico entre a ocorrência da precipitação e a
vazão na bacia hidrográfica.
O hidrograma pode representar um evento isolado (hidrograma de cheias)
ou uma série de eventos (fluviograma) e varia em função das características
climáticas (altura da chuva, intensidade, evapotranspiração) e
fisiográficas da bacia (relevo, solos, cobertura).
2.5.1. Características do Hidrograma
Volume do escoamento (área sob o hidrograma);
Vazão de pico (vazão máxima observada no hidrograma);
Tempo do escoamento (duração do escoamento);
Tempo de retardo (tl): tempo entre os centros de massa da chuva e do
hidrograma;
Tempo de pico (tp): tempo entre o centro de massa da chuva e o pico
do hidrograma.".
Tempo de ascensão (tm): tempo do início da chuva ao pico do
hidrograma;
Tempo de base (tb): duração do escoamento superficial direto.
Os tempos do hidrograma estão diretamente relacionados com as
características físicas da bacia uma vez que:
Bacias mais íngremes tem tempo de concentração e tempo de base menores
relativamente e maiores picos do escoamento;
Bacias mais vegetadas tem tempo de retardamento maiores relativamente,
maior infiltração e menores picos;
Bacias com solos mais profundos (arenosos) apresentam tempo de
ascensão e concentração maiores, relativamente, e baixo volume do
escoamento superficial direto.
INFILTRAÇÃO
Uma gota de chuva pode ser interceptada pela vegetação ou cair
diretamente sobre o solo. A quantidade de água interceptada somente pode
ser avaliada indiretamente e é normalmente pequena em relação a
precipitação total. A água que atinge o solo poderá evaporar, penetrar no
solo ou escoar superficialmente. A quantidade evaporada durante as chuvas
intensas é desprezível em relação ao total precipitado.
A água infiltrada sofrerá a ação de capilaridade e será retida nas
camadas superiores do solo se esta prevalecer sobre a força da gravidade. A
medida que o solo se umedece a força da gravidade passa a prevalecer e a
água percola em direção às camadas mais profundas. O conhecimento deste
processo é essencial para o dimensionamento de projetos de irrigação.
3.1. Fatores que Influenciam na Infiltração
Os principais fatores que influem no processo de infiltração no solo
são:
Umidade do solo - quanto mais saturado estiver o solo, menor será a
infiltração;
Geologia - a granulometria do solo condiciona a sua permeabilidade.
Quanto mais fino for o solo menor será a infiltração;
Ocupação do solo - os processos de urbanização e devastação da
vegetação diminuem drasticamente a quantidade de água infiltrada
ocorrendo o contrário com a aplicação de técnicas adequadas de
terraceamento e manejo do solo;
Topografia - declives acentuados favorecem o escoamento superficial
direto diminuindo a oportunidade de infiltração;
Depressões - a existência de depressões provoca a retenção da água
diminuindo a quantidade de escoamento superficial direto. A água
retida infiltra no solo ou evapora;
Tipos e Condições dos Materiais Terrestres – a infiltração é
favorecida pela presença dos materiais porosos e permeáveis, como
solos e sedimentos arenosos. Por outro lado, materiais argilosos e
rochas cristalinas pouco fraturadas são desfavoráveis a infiltração.
Espessas coberturas de solo exercem um importante papel da infiltração
retendo temporariamente parte da água de infiltração que
posteriormente é liberada lentamente para a rocha subjacente. A
quantidade de água transmitida pelo solo depende de uma característica
chamada capacidade de campo, que corresponde ao volume de água
absorvido pelo solo, antes de atingir a saturação, e que não sofre
movimento para níveis inferiores. Este parâmetro influencia
diretamente a infiltração, pois representa um volume de água que
participa do solo mas que não contribui com a recarga de água
subterrânea, sendo aproveitada somente pela vegetação;
Cobertura Vegetal - em áreas vegetadas a infiltração é favorecida
pelas raízes que abrem caminho para a água descente no solo. A
cobertura florestal também exerce importante função no retardamento de
parte da água que atinge o solo, através da interceptação, sendo o
excesso letamente liberado para a superfície do solo por gotejamento.
Por outro lado, nos ambientes densamente florestados, cerca de 1/3 da
precipitação interceptada sofre evaporação antes de atingir o solo;
Topografia – Em declives acentuados favorece o escoamento superficial
direto, diminuindo a infiltração. Superfícies suavemente onduladas
permitem o escoamento superficial menos veloz aumentando a
possibilidade de infiltração;
Ocupação do solo – o avanço da urbanização e a devastação da
vegetação influenciam significativamente a quantidade de água
infiltrada em adensamentos populacionais e zonas de intenso uso
agropecuário. Nas áreas urbanas, as construções e a pavimentação
impedem a infiltração aumentando o escoamento superficial e diminuindo
a recarga subterrânea. Nas áreas rurais , a infiltração sofre
diminuição pelo desmatamento principalmente, pois a exposição de
vertentes através das plantações sem terraceamento e pela compactação
do solo causado pelo pisoteamento de animais, como em extensas áreas
de criação de gado,
3.2. Fases da Infiltração
Intercâmbio - ocorre na camada superficial de terreno, onde as
partículas de água estão sujeitas a retornar à atmosfera por aspiração
capilar, provocada pela ação da evaporação ou absorvida pelas raízes
das plantas;
Descida – dá-se o deslocamento vertical da água quando o peso próprio
supera a adesão e a capilaridade;
Circulação – devido ao acúmulo da água, o solo fica saturado formando-
se os lençóis subterrâneos. A água escoa devido à declividade das
camadas impermeáveis.
3.3. Grandezas da Infiltração
Distribuição granulométrica – é a distribuição das partículas
constituintes do solo em função das suas dimensões, representada pela
curva de distribuição granulométrica;
Porosidade – é a relação entre o volume de vazios e volume total,
expressa em porcentagem
Velocidade de filtração – é a velocidade média com que a água
atravessa um solo saturado.
Coeficiente de permeabilidade - é a velocidade de filtração em um
solo saturado com perda de carga unitária; mede a facilidade ao
escoamento.
Capacidade de infiltração – é a quantidade máxima de água que um
solo, sob uma dada condição, é capaz de absorver na unidade de tempo
por unidade de área. Geralmente é expressa em mm/h.
Há alguns fatores que se intervém a capacidade de infiltração como:
Tipo de solo – a capacidade de infiltração varia diretamente com a
porosidade, tamanho das partículas e estado de fissuração das rochas.
Grau de umidade do solo – quanto mais seco o solo, maior será a
capacidade de infiltração.
Efeito de precipitação – as águas das chuvas transportam os materiais
finos que, pela sua sedimentação posterior, tendem a reduzir a porosidade
da superfície. As chuvas saturam a camada próxima à superfície e aumenta a
resistência à penetração da água.
Cobertura por vegetação – favorece a infiltração, já que dificulta o
escoamento superficial da água.
3.4. Determinação da Quantidade de Água Infiltrada
3.4.1. Medição Direta da Capacidade de Infiltração
3.4.1.1. Com Aplicação de Água Por Inundação
São constituídos de dois anéis concêntricos de chapa metálica, com
diâmetros variando entre 16 e 40 cm, que são cravados verticalmente no solo
de modo a restar uma pequena altura livre sobre este. Aplica-se água em
ambos os cilindros mantendo uma lâmina líquida de 1 a 5 cm, sendo que no
cilindro interno mede-se o volume aplicado a intervalos fixos de tempo. A
finalidade do cilindro externo é manter verticalmente o fluxo de água do
cilindro interno, onde é feita a medição da capacidade de campo.
3.4.1.2. Com Aplicação de Água Por Aspersão
São aparelhos nos quais a água é aplicada por aspersão, com taxa
uniforme, superior à capacidade de infiltração no solo, exceto para um
curto período de tempo inicial. Delimitam-se áreas de aplicação de água,
com forma retangular ou quadrada, de 0,10 a 40 m2 de superfície; medem-se a
quantidade de água adicionada e o escoamento superficial resultante,
deduzindo-se a capacidade de infiltração do solo.
3.4.2. Método de Horton
A capacidade de infiltração pode ser representada por:
f = fc + (f0 - fc)e -kt
Onde : f0 é a capacidade de infiltração inicial (t=0), em mm/h;
fc é a capacidade de infiltração final, em mm/h;
k é uma constante para cada curva em t-1;
f é a capacidade de infiltração para o tempo t em mm/h.
Integrando-se a equação anterior, chega-se à equação que representa a
infiltração acumulada, ou potencial de infiltração, dada por:
F = fc . t + ((f0 - fc)/k).(1 - ek*t)
Onde: F é a quantidade infiltrada (ou a quantidade que iria infiltrar
se houvesse água disponível), em mm.
3.4.3. Método de Soil Conservation Service (SCS)
Fórmula proposta pelo SCS:
para P ( 0.2(S
onde
Pe - escoamento superficial direto em mm;
P - precipitação em mm;
S - retenção potencial do solo em mm.
S despende do tipo de solo
0.2(S é uma estimativa das perdas iniciais (interceptação e retenção).
Relação entre S e CN ("número de curva"):
ou rearranjando a equação anterior:
CN depende de 3 fatores:
Umidade Antecedente do Solo;
O método do SCS distingue 3 condições de umidade antecedente do solo
CONDIÇÃO I – solos secos – as chuvas nos últimos 5 dias não ultrapassam
15 mm.
CONDIÇÃO II – situação média na época das cheias – as chuvas nos últimos
5 dias totalizaram entre 15 e 40 mm.
CONDIÇÃO III – solo úmido (próximo da saturação) – as chuvas nos últimos
5 dias foram superiores a 40 mm e as condições meteorológicas forma
desfavoráveis a altas taxas de evaporação.
Tabela de Conversão das curvas CN para as diferentes condições de umidade
do solo
"Numeração das Curvas Para as Condições "
"de Saturação "
"I "II "II "
"100 "100 "100 "
"87 "95 "99 "
"78 "90 "98 "
"70 "85 "97 "
"63 "80 "94 "
"57 "75 "91 "
"51 "70 "87 "
"45 "65 "83 "
"40 "60 "79 "
"35 "55 "75 "
"31 "50 "70 "
"27 "45 "65 "
"23 "40 "60 "
"19 "35 "55 "
"15 "30 "50 "
"12 "25 "45 "
"9 "20 "39 "
"7 "15 "33 "
"4 "10 "26 "
"2 "5 "17 "
"0 "0 "0 "
Tipos de Solo e Condições e Ocupação.
O SCS distingue em seu método 5 grupos hidrológicos de solos.
Grupo A – Solos arenosos com baixo teor de argila total, inferior a 8
%.
Grupo B – Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor
teor de argila total, porém ainda inferior a 15 %.
Grupo C – Solos barrentos com teor total de argila de 20 a 30 % mas
sem camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até profundidades de
1,2 m.
Grupo D – Solos argilosos (30 – 40 % de argila total) e ainda com
camada densificada a uns 50 cm de profundidade.
Grupo E – Solos barrentos como C, mas com camada argilosa impermeável
ou com pedras.
ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
É a fração de água que sofre infiltração, acompanhando seu caminho
pelo subsolo, onde a força gravitacional e as características dos materiais
presentes irão controlar o armazenamento e o movimento das águas. De
maneira simplificada é água que continua a infiltrar-se e atinge a zona
saturada, entra na circulação subterrânea e contribui para um aumento da
água armazenada (recarga dos aquíferos). O topo da zona saturada
corresponde ao nível freático. No entanto, a água subterrânea pode
ressurgir à superfície (nascentes) e alimentar as linhas de água ou ser
descarregada diretamente no oceano.
Um aquífero pode ser entendido como todo material geológico passível
de armazenar e circular água, seja na zona saturada do solo ou nos poros,
fraturas/fissuras das rochas. Pode ser livre, quando o nível piezométrico é
igual ao nível da água, ou confinado quando está limitado superior e
inferiormente por formações impermeáveis ou praticamente impermeáveis e o
nível piezométrico se encontra acima do nível da água. A recarga natural de
um aquífero ocorre com a infiltração natural da água pluvial em áreas
permeáveis, sendo posteriormente, armazenada no solo ou nas rochas.
Embora haja o consenso da importância dos recursos hídricos
subterrâneos, principalmente, no que tange o abastecimento urbano,
industrial e agrícola ainda existem atividades humanas que causam impactos
negativos sobre eles. A falta de políticas de zoneamento, planejamento e
ordenamento territorial causam a impermeabilização das áreas naturais de
recarga e concentram o fluxo superficial da água gerando problemas como
enchentes e inundações. Associado a falta de recarga, causada pela
impermeabilização, encontramos a sobre-explotação da água subterrânea que
pode causar o esgotamento do recurso inviabilizando-o para posterior
utilização.
A recarga artificial pode ser tanto intencional quanto acidental. A
recarga acidental ocorre com a incorreta disposição de efluentes em fossas
sépticas não impermeabilizadas, infiltração em aterros sanitários e campos
excessivamente irrigados, escoamento superficial de áreas urbanas, rupturas
em sistemas de abastecimento de água e esgotos ou demais vazamentos.
A recarga intencional refere-se à introdução de água para o interior
do aquífero, seja diretamente através de poços de injeção ou indiretamente
através de bacias ou caixas de infiltração. Tem como objetivo aumentar a
disponibilidade dos recursos hídricos subterrâneos, melhorar a qualidade da
água, restabelecer o nível freático e novas condições de equilíbrio e
diminuir o escoamento superficial. Pode-se utilizar água de rios e lagos,
água residual resultantes de estações de tratamento, água dessalinizada e
água da chuva e de escoamento superficial.
4.1. Caracterização
Aquífero: é a formação geológica que contém água e permite que a
mesma se movimente em condições naturais;
Aquiclude: é uma formação geológica que contém água, mas não permite
a sua movimentação;
Os aquíferos podem ser confinados e não-confinados. O aquífero
confinado encontra-se a uma pressão maior que a pressão atmosférica.
Está limitado na parte superior e inferior por superfícies
impermeáveis.
Os aquíferos artesianos são aqueles em que a elevação da superfície
piezométrica está sobre a superfície do terreno.
Área de recarga dos aquíferos é a área de alimentação e deve ser
preservada. A área do aquífero confinado nem sempre é um local
evidente e necessita de proteção.
2 Fatores de Influência
4.2.1. Porosidade
É uma propriedade física definida pela relação entre volume de poros e
o volume total de certo material. Existem dois tipos fundamentais de
porosidade nos materiais terrestres: primária e secundária. Onde a primária
é gerada juntamente com os sedimentos ou rochas pelos espaços entre clastos
ou grãos (porosidade intragranular) ou planos de estratificação. Nos
materiais sedimentares, o tamanho, a forma das partículas e a presença de
cimentação influenciam a porosidade. Já a secundária, por sua vez, se
desenvolve após a formação das rochas ígneas metamórficas ou sedimentares,
por fraturamento ou falhamento durante sua formação (porosidade de
fraturas). Um tipo especial de porosidade secundária se desencolve em
rochas solúveis, como calcário e mármore, através da criação de vazios por
dissolução, caracterizando a porosidade cárstica.
"Material "Tamanho das "Porosidad"Permeabilidade "
" "Partículas "e (%) " "
" "(mm) " " "
" " " " "
"Cascalho "7 a 20 "35,2 "Muito Alta "
"Areia "1 a 2 "37,4 "Alta "
"Grossa " " " "
"Areia Fina"0,3 "42 "Alta a Média "
"Silte e "0,04 a 0,006"50 a 80 "Baixa a Muito "
"Argila " " "Baixa "
4.3.2. Permeabilidade
O principal fator que determina a disponibilidade de água subterrânea
não é a quantidade de água que os materiais armazenam, mas a sua capacidade
em permitir o fluxo de água através dos poros. Estas propriedades dos
materiais conduzirem água é chamada de permeabilidade, que depende do
tamanho dos poros e das conexões entre eles.
Um sedimento argiloso, apesar de possuir alta porosidade como vimos na
tabela acima é praticamente impermeável, pois os poros são muito pequenos e
a água fica presa por adsorção. Por outro lado, derrames basálticos, onde
as rochas em si não tem porosidade alguma, mas possui abundante fraturas
abertas e interconectadas, como disjunções colunares, (juntas de
resfriamento) podem apresentar alta permeabilidade devido a esta porosidade
primária.
Assim como a porosidade, a permeabilidade pode ser primária ou
secundária.
4.3.3. Fluxo de Água no Subterrâneo
Além da força gravitacional, o movimento da água subterrânea também é
guiado pela diferença de pressão entre dois pontos, exercida pela coluna de
água sobrejacente. Esta diferença de pressão é chamada de Potencial
Hidráulico e promove o movimento da água subterrânea de pontos com alto
potencial, como nas cristas do nível freático para zonas de baixo potencial
como em fundo de vales. Esta pressão exercida pela coluna de água pode
causar fluxo ascendente da água subterrânea, contrariando a gravidade, como
no caso de porções profundas abaixo da crista, onde a água tende a subir
para a zona de baixo potencial junto a leito de rios e lagos.
A união de pontos com o mesmo potencial hidráulico em sub superfícies
define as linhas equipotenciais do nível freático, semelhante as curvas de
nível topográfico. O fluxo de água partindo de um potencia maior para outro
menor, define uma linha de fluxo, que segue o caminho mais curto entre dois
potenciais diferentes, num traçado perpendicular às linhas equipotenciais.
4.3.4. Condutividade Hidráulica e a Lei de Darcy
A condutividade hidráulica é uma das propriedades físicas do solo mais
importantes na determinação quantitativa e qualitativa do movimento da água
no solo e no dimensionamento de sistemas de drenagem. A sua determinação
pode ser realizada, utilizando-se métodos de laboratório e de campo. Os
métodos de laboratório apresentam o inconveniente de usarem amostras de
tamanho reduzido, e portanto, representativas de pequeno volume de solo. Os
métodos de campo, apesar de laboriosos, são mais precisos, tendo em vista o
maior volume de solo considerado sem alteração da sua estrutura.
A determinação da condutividade hidráulica experimentalmente é
realizada via permeâmetro. O ensaio pode ser executado em regime permanente
ou transiente. No regime permanente, o nível da água no reservatório é
mantido constante através de uma reposição da água. Já no regime
transiente, não há a reposição de água e o nível do reservatório varia ao
longo do experimento.
Um inconveniente das determinações de condutividade hidráulica em
laboratório é o pequeno tamanho da amostra que, possivelmente, não
representa as condições médias do aqüífero. Em muitos casos é difícil
conseguirem-se amostras indeformadas que representem as verdadeiras
condições do aqüífero.
A Lei de Darcy rege o escoamento da água nos solos saturados e é
representada pela seguinte equação:
Onde: V = velocidade da água através do meio poroso;
K = condutividade hidráulica saturada
dh = variação de Carga Piezométrica
dx = variação de comprimento na direção do fluxo
dh/dx = perda de carga
Observação: Perda de carga é decréscimo na carga hidráulica pela
dissipação de
Energia, devida ao atrito no meio poroso. O sinal negativo denota que a
carga diminui à medida que "x" aumenta.
4.3.5. Contaminação e Superexplotação dos Aquíferos
A vulnerabilidade de um aquífero refere-se ao seu grau de proteção
natural às possíveis ameaças de contaminação potencial, e depende das
características litológicas e hidrogeológicas dos estratos que o separam da
fonte de contaminação (geralmente superficial), e dos gradientes
hidráulicos que determinam os fluxos e o transporte das substâncias
contaminantes através dos sucessivos estratos e dentro do aqüífero. A
contaminação ocorre pela ocupação inadequada de uma área que não considera
a sua vulnerabilidade, ou seja, a capacidade do solo em degradar as
substâncias tóxicas introduzidas no ambiente, principalmente na zona de
recarga dos aqüíferos. A contaminação pode se dar por fossas sépticas e
negras; infiltração de efluentes industriais; fugas da rede de esgoto e
galerias de águas pluviais; vazamentos de postos de serviços; por aterros
sanitários e lixões; uso indevido de fertilizantes nitrogenados; depósitos
de lixo próximos dos poços mal construídos ou abandonados. Entretanto, a
mais perigosa, é a contaminação provoca da por produtos químicos, que
acarretam danos muitas vezes irreversíveis, causando enormes prejuízos, à
medida que impossibilita o uso das águas subterrâneas em grandes áreas.
Na atual conjuntura, do consumo indiscriminado da água, principalmente
com captações através de poços profundos, vem trazendo um problema muito
sério no que diz respeito a drenagens profundas, que nada mais é do que um
rebaixamento do lençol freático técnicamente falando. Há que se ressaltar
da falta de acompanhamento técnico nesta prospecção. Em áreas com solos
muito porosos (arenoso), qualquer contaminação na superfície, pela
concentração e por lixiviação, há um carreamento destes produtos
(efluentes) contaminados, ao longo do horizonte do solo.
Portanto, não é só reter ou reservar este líquido sobre a superfície,
é necessário sim, uma neutralização do produto efluente com uma destinação
mais adequada, prevendo sempre além do tratamento, um reúso da água.
É a extração de água subterrânea que ultrapassa os limites de produção
das reservas reguladoras ou ativas do aqüífero, iniciando um processo de
rebaixamento do nível potenciométrico que irá provocar danos ao meio
ambiente ou para o próprio recurso. Portanto, a água subterrânea pode ser
retirada de forma permanente e em volumes constantes, por muitos anos,
desde que esteja condicionada a estudos prévios do volume armazenado no
subsolo e das condições climáticas e geológicas de reposição.
Além da exaustão do aqüífero, a superexplotação pode provocar:
Indução de água contaminada causada pelo deslocamento da pluma de
poluição para locais do aqüífero.
Subsidência de solos, definida como "movimento para baixo ou
afundamento do solo causado pela perda de suporte subjacente", provocando
uma compactação diferenciada do terreno que leva ao colapso das construções
civis.
Avanço da cunha salina definida como o avanço da água do mar em
subsuperfície sobre a água doce, salinizando o aqüífero, em áreas
litorâneas. Sem dúvida, a maioria dos aqüíferos costeiros são suscetíveis à
intrusão salina, que geralmente resulta da sobreexplotação em poços muito
próximos do mar. Algumas das cidades que tiveram problemas de salinização
de seus poços são, entre outras: Lima (Peru); Santa Marta (Colombia); Coro
(Venezuela); Rio Grande e Natal (Brasil) e Mar deI Plata (Argentina). No
caso de Buenos Aires-La Plata, o problema de salinização se deve ao
conteúdo de sais de uma formação costeira. O crescimento desordenado do
número de poços tem provocado significativos rebaixamentos do nível de água
e problemas de intrusão salina em Boa Viagem, no Recife.
O desenvolvimento de poderosas bombas elétricas e a diesel permitiu a
capacidade de extrair água dos aquíferos com maior rapidez do que é
substituída pela chuva, sem considerar, ainda, que os aqüíferos têm
diferentes taxas de recarga, alguns com recuperação mais lenta que outros.
Em quase todos os continentes, muitos dos principais aquíferos estão
sendo exauridos com uma rapidez maior do que sua taxa natural de recarga. A
mais severa exaustão de água subterrânea ocorre na Índia, China, Estados
Unidos, Norte da África e Oriente Médio, causando um déficit hídrico
mundial de cerca de 200 bilhões de metros cúbicos por ano.
Existem diversos exemplos no mundo de esgotamento de aqüíferos por
superexplotação para uso em irrigação. O esgotamento das águas subterrâneas
já provocou o afundamento dos solos situados sobre os aqüíferos na cidade
do México e na Califórnia, Estados Unidos, assim como em outros países.
A utilização de poços, fontes e vertentes deve ter a orientação de um
profissional habilitado nessa área, de modo que o seu uso não comprometa o
uso futuro desses recursos (seja por uma possível contaminação ou a
exploração de uma vazão superior à admissível), e nem exponha a saúde da
população abastecida a possíveis doenças de origem ou veiculação hídrica,
devido à utilização de mananciais inadequados ou contaminados. Em suma, a
compatibilização do uso dessa importante alternativa estratégica de
abastecimento com as leis naturais que governam a sua ocorrência e
reposição, além de proteger as áreas de recarga de possíveis contaminações
poderá garantir a sua preservação e uso potencial pelas gerações futuras.
Além disso, conhecer a disponibilidade dos sistemas aqüíferos e a qualidade
de suas águas é primordial ao estabelecimento de política de gestão das
águas subterrâneas.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Água tão importante para sobrevivência terrestre, tanto que, a corrida
espacial em outro planeta busca saber se há ou não vida através da
existência de água no planeta explorado.
Desastres ecológicos e fenômenos podem ocorrer pela falta de água ou
pela contaminação da mesma.
Em nosso trabalho pode-se observar de onde a água vem e para onde vai
e devemos por obrigação de tomar consciência protegendo-a dessa maior fonte
rica e natural do mundo.
REREFÊNCIAS BLIOGRÁFICAS
Teixeira, Wilson, Decifrando A Terra ,Oficina de Texto, São Paulo 2000
. Acessado
em 15 de Nov. 2009
>http://www.semarh.se.gov.br/srh/modules/tinyd0/index.php?id=8>. Acessado
em 15 de Nov. 2009
. Acessado em 15 de Nov. 2009
. Acessado em 15 de Nov. 2009
http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/leonardo/downloads/APOSTILA/HIDRO-
Cap2-CH.pdf>. Acessado em 15 de Nov. 2009
. Acessado em 15 de Nov. 2009
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i = intensidade da chuva
f = capacidade de infiltração
Gi = centro de massa da chuva efetiva
A – início do escoamento
B – momento do pico do escoamento
C – final do escoamento rápido
Gh = centro de massa do hidrograma
tl = tempo de retardo (lag time)
tp = tempo do pico
tc = tempo de concentração
tm = tempo de ascensão
tb = tempo de base = tf - ti
tr = tempo de descida (recessão)
Infiltômetro
Curva de Potencial de Infiltração
Ciclo Hidrológico no Escoamento Subterrâneo
Volume de Poros e Tamanho das Partículas em Sedimentos
Percolação da Água Subterrânea com Linhas de Fluxo e Equipotenciais
