AGUA SUBTERRÂNEA E AQUÍFEROS

Reservatórios Aquáticos:  AGUAS SUBTERRÂNEAS E AQUÍFEROS 

Definição e a origem da água subterrânea

 

É toda a formação geológica com capacidade de armazenar e transmitir a agua e cuja exploração seja economicamente rentável, por outro podemos simplesmente dizer que são águas que se encontram debaixo da superfície da Terra. A existência destas águas esta associada com a origem da hidrosfera. Ela origina-se a partir de três fontes, nomeadamente, a infiltração da água proveniente das chuvas no subsolo; a água armadilhada em grandes profundidades durante a sedimentação; e a agua proveniente de maiores profundidades durante a actividade vulcânica (agua juvenil).

Devido as forças de adesão e de gravidade as aguas subterrâneas desempenham um papel essencial na manutenção da humidade do solo, do fluxo dos rios e lagos. As águas subterrâneas cumprem uma fase do ciclo hidrológico, uma vez que constituem uma parcela da água precipitada.

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.

·         Zona não saturada: também chamada de zona de aeração ou vadosa, 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 auto depuração 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. Em alguns casos é muito grande a quantidade de sais que se precipitam na superfície do solo após a evaporação dessa água, dando origem a solos salinizados ou a crostas ferruginosas (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 capilar, com humidade menor do que nesta última e maior do que a da zona superficial do solo. Em áreas onde o nível freático está próximo da superfície, a zona intermediária pode não existir, pois a franja capilar atinge a superfície do solo. São brejos e alagadiços, onde há uma intensa evaporação da água subterrânea; Franja de capilaridade: é a região mais próxima ao nível da 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 (emdia), formando o manancial subterrâneo propriamente dito. Uma parcela dessa água irá desaguar na superfície dos terrenos, formando as fontes, olhos de água. A outra parcela desse fluxo subterrâneo forma o caudal basal que desagua nos rios, perenizando-os durante os períodos de estiagem, com uma contribuição multianual média da ordem de 13.000 km³/ano, 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, originando as zonas encharcadas ou pantanosas, ou convertendo-se em mananciais (nascentes) quando se aproxima da superfície através de um corte no terreno.

A DISTRIBUIÇÃO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NO GLOBO TERRESTRE

Assim como a distribuição das águas superficiais é muito variável, a das águas subterrâneas também é, uma vez que elas se inter-relacionam no ciclo hidrológico e dependem das condições climatológicas. Entretanto, as águas subterrâneas (10.360.230 km³) são aproximadamente 100 vezes mais abundantes que as águas superficiais dos rios e lagos (92.168 km).

Alguns especialistas indicam que a quantidade de água subterrânea pode chegar até 60 milhões de km³, mas a sua ocorrência em grandes profundidades pode impossibilitar seu uso. Por essa razão, a quantidade passível de ser captada estaria a menos de 4.000 metros de profundidade, compreendendo cerca de 8 e 10 milhões de km³, que, estaria assim distribuída: 65.000 km³ constituindo a humidade do solo; 4,2 milhões de km³ desde a zona não-saturada até 750 m de profundidade, e 5,3 milhões de km³ de 750 m até 4.000 m de profundidade, constituindo o manancial subterrâneo.

Além disso, a quantidade de água capaz de ser armazenada pelas rochas e pelos materiais não consolidados em geral depende da porosidade dessas rochas, que pode ser de até 45%, da comunicação desses poros entre si ou da quantidade e tamanho das aberturas de fracturas existentes.

No Brasil por exemplo, as reservas de água subterrânea são estimadas em 112.000 km³ (112 trilhões de m³) e a contribuição multianual média à descarga dos rios é da ordem de 2.400 km³ /ano. Nem todas as formações geológicas possuem características hidrodinâmicas que possibilitem a extracção económica de água subterrânea para atendimento de médias e grandes vazões pontuais. As vazões já obtidas por poços variam, no Brasil, desde menos de 1 m³/h até mais de 1.000 m³/h.

Na Argentina, a contribuição multianual média à descarga dos rios é da ordem de 128 km³/ano, no Paraguai, de 41 km³/ano e no Uruguai, de 23 km³/ano.

 

 

OS AQUÍFEROS

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 depositório 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.

Um aquífero pode ter extensão de poucos quilómetros quadrados a milhares de quilómetros quadrados, ou pode, também, apresentar espessuras de poucos metros a centenas de metros. Etimologicamente, aquífero significa: aqui – água e fero - transfere; ou do grego, suporte de água.

Os aquíferos mais importantes do mundo, seja por extensão ou pela transnacionalidade, são: o Guarani - Argentina, Brasil, Paraguai, Uruguai perfazendo 1,2 milhões de km²; o Arenito Núbia ­Líbia, Egipto, Chade, Sudão, com 2 milhões de km²; o KalaharijKaroo - Namíbia, Bostwana, África do Sul,com 135 mil km²; o Digitalwaterway vechte - Alemanha, Holanda,correspondendo a 7,5 mil km²; o Slovak­Karst-Aggtelek - República Eslováquia e Hungria; o Praded - República Checa e Polônia,com 3,3 mil km²; a Grande Bacia Artesiana, apresentando 1,7 milhões km² e a Bacia Murray com 297 mil km², ambos na Austrália. Em um recente levantamento, constatou-se que existem mais de 100 aquíferos transnacionais naquele continente.

 

Tipos de aquifero

A litologia do aquífero, ou seja, a sua constituição geológica (porosidade ou permeabi­lidade intergranular ou de fissuras) é que irá determinar a velocidade da água em seu meio, a qualidade da água e a sua qualidade como reservatório. Essa litologia é decorrente da sua origem geológica, que pode ser fluvial, lacustre, eólica, glacial e aluvial (rochas sedimentares), vulcânica (rochas fracturadas) e metamórfica (rochas calcárias), determinando os diferentes tipos de aquíferos.

Quanto à porosidade, existem três tipos aquíferos

·         Aquífero poroso ou sedimentar - é aquele formado por 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. Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas. Esses aquíferos ocorrem nas bacias sedimentares e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentos arenosos. Uma particularidade desse tipo de aquífero é sua porosidade quase sempre homogeneamente distribuída, permitindo que a água flua para qualquer direcção, em função tão somente dos diferenciais de pressão hidrostática ali existente. Essa propriedade é conhecida como isotropia.

• Aquífero fracturado ou fissural - formado por rochas vulcânicas, metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fracturas, fendas e falhas, abertas devido ao movimento tectónico.O exemplo vai para o basalto, granitos, gabros, filões de quartzo, entre outros. A capacidade dessas rochas de acumularem água está relacionada à quantidade de fraturas, suas aberturas e intercomunicação, permitindo a infiltração e fluxo da água. Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora, sendo que a possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá, tão somente, desse poço interceptar fraturas capazes de conduzir a água. Nesses aquíferos, a água só pode fluir onde houverfracturas, que, quase sempre, tendem a ter orientações preferenciais. São ditos, portanto, aquíferos anisotrópicos. Um caso particular de aquíferofracturado é representado pelos derrames de rochas vulcânicas basálticas, das grandes bacias sedimentares brasileiras.
• Aquífero cárstico (Karst) - formado em rochas calcárias ou carbonáticas, onde a circulação da água se faz nas fracturas e outras descontinuidades (diáclases) que resultaram da dissolução do carbonato pela água. Essas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando, nesse caso, verdadeiros rios subterrâneos. São aquíferosheterogéneos, descontínuos, com águas duras, com fluxo em canais. As rochas são os calcários, dolomitos e mármores.

Quanto à superfície superior (segundo a pressão da água), os aquíferos podem ser de dois tipos:

• Aquífero livre ou freático - é aquele constituído por uma formação geológica permeável e superficial, totalmente aflorante em toda a sua extensão, e limitado na base por uma camada impermeável. A superfície superior da zona saturada está em equilíbrio com a pressão atmosférica, com a qual se comunica livremente. Os aquíferos livres têm a chamada recarga directa. Em aquíferos livres o nível da água vária segundo a quantidade de chuva. São os aquíferos mais comuns e mais explorados pela população. São também os que apresentam maiores problemas de contaminação.
• Aquífero confinado ou artesiano - é aquele constituído por uma formação geológica permeável, confinada entre duas camadas impermeáveis ou semipermeáveis. A pressão da água no topo da zona saturada é maior do que a pressão atmosférica naquele ponto, o que faz com que a água ascenda no poço para além da zona aquífera. O seu reabastecimento ou recarga, através das chuvas, dá-se preferencialmente nos locais onde a formação aflora à superfície. Neles, o nível da água encontra-se sob pressão, podendo causar artesianismo nos poços que captam suas águas. Os aquíferos confinados têm a chamada recarga indirecta e quase sempre estão em locais onde ocorrem rochas sedimentares profundas (bacias sedimentares).

O aquífero semi-confinado que é aquele que se encontra limitado na base, no topo, ou em ambos, por camadas cuja permeabilidade é menor do que a do aquífero em si. O fluxo preferencial da água se dá ao longo da camada aquífera. Secundariamente, esse fluxo se dá através das camadas semi-confinantes, à medida que haja uma diferença de pressão hidrostática entre a camada aquífera e as camadas subjacentes ou sobrejacentes. Em certas circunstâncias, um aquífero livre poderá ser abastecido por água oriunda de camadas semi­confinadas subjacentes, ou vice-versa. Zonas de fracturas ou falhas geológicas poderão, também, constituir-se em pontos de fuga ou recarga da água da camada confinada.

Em uma perfuração de um aquífero confinado, a água subirá acima do teto do aquífero, devido à pressão exercida pelo peso das camadas confinantes sobrejacentes. A altura a que a água sobe chama-se nível potenciométrico e o furo é artesiano. Numa perfuração de um aquífero livre, o nível da água não varia porque corresponde ao nível da água no aquífero, isto é, a água está à mesma pressão que a pressão atmosférica. O nível da água é designado então de nível freático.

Áreas de reabastecimento e descarga do aquífero

Um aquífero apresenta uma reserva permanente de água e uma reserva activa ou reguladora que são continuamente abastecidas através da infiltração da chuva e de outras fontes subterrâneas. As reservas reguladoras ou activas correspondem ao escoamento de base dos rios.

A área por onde ocorre o abastecimento do aquífero é chamada zona de recarga, que pode ser directa ou indirecta. O escoamento de parte da água do aquífero ocorre na zona de descarga.

• 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.

Sob condições naturais, apenas uma parcela dessas reservas reguladoras é passível de exploração, constituindo o potencial ou reserva explorável Em geral, esta parcela é calculada entre 25% e 50% das reservas reguladoras. Esse volume de exploração pode aumentar em função das condições de ocorrência e recarga, bem como dos meios técnicos e financeiros disponíveis, considerando que a soma das extracções com as descargas naturais do aquífero para rios e oceano, não pode ser superior à recarga natural do aquífero.

Funções dos Aquíferos

Além de suprir água suficiente para manter os cursos de águas superficiais estáveis (função de produção), os aquíferos também ajudam a evitar seu transbordamento, absorvendo o excesso da água da chuva intensa (função de regularização). Na Ásia tropical, onde a estação quente pode durar até nove meses e onde as chuvas de monção podem ser bastante intensas, esse duplo serviço hidrológico é crucial.

Os aquíferos também proporcionam uma forma de armazenar água doce sem muita perda pela evaporação - outro serviço particularmente valioso em regiões quentes, propensas à seca, onde essas perdas podem ser extremamente altas. Na África, por exemplo, em média, um terço da água extraída de reservatórios todo ano perde-se pela evaporação. Os pântanos, habitats importantes para as aves, peixes e outras formas de vida silvestre, nutrem-se, normalmente, de água subterrânea, onde o lençol freático aflora à superfície em ritmo constante. Onde há muita exaustão de água subterrânea, o resultado é, frequentemente, leitos secos de rios e pântanos ressecados.

Portanto, os aquíferos podem cumprir as seguintes funções:

• Função de produção: corresponde à sua função mais tradicional de produção de água para o consumo humano, industrial ou irrigação.
• Função de estucassem (relativo a reservas ou “stokes”) e regularização: utilização do aquífero para estocar excedentes de água que ocorrem durante as enchentes dos rios, correspondentes à capacidade máxima das estações de tratamento durante os períodos de demanda baixa.
• Função de filtro: corresponde à utilização da capacidade filtrante e de depuração biogeoquímica do maciço natural permeável. Para isso, são implantados poços a distâncias adequadas de rios perenes, lagoas, lagos ou reservatórios, para extrair água naturalmente clarificada e purificada, reduzindo substancialmente os custos dos processos convencionais de tratamento.
• Função transporte: o aquífero é utilizado como um sistema de transporte de água entre zonas de recarga artificial ou natural e áreas de extracção excessiva.
• Função estratégica: a água contida em um aquífero foi acumulada durante muitos anos ou até séculos e é uma reserva estratégica para épocas de pouca ou nenhuma chuva. O gerenciamento integrado das águas superficiais e subterrâneas de áreas metropolitanas, inclusive mediante práticas de recarga artificial com excedentes da capacidade das estações de tratamento, os quais ocorrem durante os períodos de menor consumo, com infiltração de águas pluviais e esgotos tratados, originam grandes volumes hídricos. Esses poderão ser bombeados para atender o consumo essencial nos picos sazonais de demanda, nos períodos de escassez relativa e em situações de emergência resultantes de acidentes naturais, como avalanches, enchentes e outros tipos de acidentes que reduzem a capacidade do sistema básico de água da metrópole em questão.
• Função energética: utilização de água subterrânea aquecida pelo gradiente geotermal como fonte de energia eléctrica ou termal.
• Função mantedora: mantém o fluxo de base dos rios.