A hidrogeologia admite três grandes categorias, em função do tipo de litologias dos reservatórios subterrâneos, quais sejam: porosos, fraturados e cársticos.
A hidrogeologia dos meios porosos refere-se aos aquíferos constituídos de arenitos e rochas similares. Por serem os melhores e maiores reservatórios de água subterrânea, esses litotipos sempre foram objeto de atenção especial, ainda mais porque eles se aproximam de uma forma bastante satisfatória de um meio contínuo requerido na abordagem matemática. Por esses motivos, a hidrogeologia dos meios porosos é a mais desenvolvida, oferecendo ao profissional um farto material científico de funções analíticas, tanto para a análise de fluxo como para estudos dos mecanismos de poluição.
A hidrogeologia dos meios fissurados, abrigando pouca água e de má qualidade, é bem menos desenvolvida. Somam-se a isto o caráter aleatório do fraturamento e a sua consequente imprevisibilidade, dificultando a abordagem matemática. Porém, na medida em que cresce a importância da água subterrânea, em face da existência de vastas áreas ocupadas por rochas cristalinas e pelo aumento da demanda por água, as atenções estão se voltando para o problema.
A hidrogeologia de meios cársticos se distingue porque as feições cársticas (canais de dissolução e cavidades de grande porte), embora seus reservatórios sejam muito localizados, podem fornecer descargas substanciais. Apenas 10% dos terrenos sedimentares no mundo são cársticos, mas a importância dessas rochas na hidrogeologia e os problemas de engenharia civil a elas relacionados têm motivado um crescente interesse dos especialistas.
É fundamental, para se atingir uma boa compreensão do comportamento dos aquíferos, o monitoramento permanente do seu desempenho (descargas e níveis) e a análise desse monitoramento. A complexidade geológica dos reservatórios subterrâneos geralmente compromete as previsões feitas a partir das funções analíticas simplistas disponíveis. Assim, só a resposta dos aquíferos à explotação permite caracterizá-los em bases realísticas, o que justifica a importância do monitoramento.
O fato é que, em água subterrânea, não existe limite definido entre a fase de exploração e a fase de explotação. É impossível dizer onde terminam os estudos e onde começa a utilização do manancial. As duas fases interpenetram-se, podendo inclusive ser dito que a verdadeira pesquisa se inicia com o início da explotação. Pode-se, portanto, dizer, resumindo, que a pesquisa de água subterrânea é mais lenta, dificilmente completa e mais cara. A explotação, por outro lado, é geralmente mais barata, não exigindo obras de engenharia vultosas.
Tipos de Estudos
Não existe consenso sobre uma classificação dos diferentes tipos de estudo adotados na exploração, nem sobre a sua terminologia. Para facilitar a abordagem do tema, adotaremos três grandes grupos de estudos: estudos preliminares ou de reconhecimento; estudos gerais e estudos detalhados.
Estudos Preliminares ou de Reconhecimento
O objetivo principal é a identificação dos aquíferos mais importantes e de suas áreas de recarga e descarga, a verificação da qualidade das águas e uma primeira estimativa das suas geometrias e parâmetros hidrodinâmicos. A área de estudo é geralmente superior a alguns milhares de quilômetros quadrados e os resultados são apresentados em escalas de 1:100.000 a 1:500.000. Destinam-se a selecionar as áreas de maior interesse para orientar o planejamento adequado dos estudos posteriores. Destaca-se, aí, a análise geológica em mapas existentes. Exigem poucos trabalhos de campo e é rara a utilização de geofísica e poços de pesquisa. Por outro lado, exigem grande experiência dos profissionais que vão executá-los.
Estudos Gerais
Envolvem trabalhos de campo específicos, onde geralmente constam inventários sistemáticos de pontos d’água, geofísica, poços de pesquisa, testes de aquíferos e análises químicas. A área estudada varia de centenas a alguns milhares de quilômetros quadrados, sendo seus limites geralmente coincidentes com os de uma bacia hidrográfica ou com os de uma unidade hidrogeológica definida. Os resultados são expressos sob a forma de mapas litológicos e estruturais, mapas potenciométricos e de isotransmissividades, mapas de oscilações dos níveis potenciométricos, de isópacas dos aquíferos, de concentrações iônicas e outros, comumente em escalas entre 1:50.000 a 1:250.000.
Esses estudos visam uma primeira caracterização dos aquíferos e uma primeira quantificação dos recursos disponíveis.
Estudos Detalhados
O objetivo desses estudos é o conhecimento detalhado de um aquífero, de modo a permitir o atendimento de uma demanda real como, por exemplo, o abastecimento de um núcleo urbano, de uma fábrica ou o suprimento de água para irrigação. Neste caso, emprega-se toda a tecnologia disponível, como geofísica de detalhes, piezômetros, poços exploratórios etc.
Com base nos resultados de detalhe é possível, então, realizar-se o que é usualmente chamado de Projeto Executivo, que engloba, por exemplo, os estudos que envolvem a concepção de uma bateria de poços para a explotação, a elaboração do projeto dos poços, sua construção, testes de produção e definição da capacidade de produção para o alcance desejado.
Métodos Utilizados
É possível considerar duas grandes categorias de métodos na exploração de água subterrânea: os métodos auxiliares ou de apoio e os métodos hidrogeológicos propriamente ditos.
Métodos Auxiliares ou de Apoio
Esses métodos dizem respeito às várias abordagens não hidrogeológicas especializadas que contribuem para o conhecimento procurado.
- Levantamento e análise das informações existentes: é a fase inicial de qualquer trabalho, nem sempre uma tarefa difícil de realizar, devido à dispersão dos dados, erros frequentes dos dados, séries incompletas, informações conflitantes e outros problemas. Além de economizar tempo e dinheiro, esta fase é o único recurso para a obtenção de séries históricas de níveis e descargas, de valor inestimável no estudo dos aquíferos de grande porte.
- Definição das demandas: geralmente os estudos hidrogeológico são motivados pela necessidade de suprir uma determinada demanda, atual ou futura. A menos que não existam projetos confiáveis de demanda, o estudo de demanda é feito por especialistas, pois exigem análises demográficas ou desenvolvimento agrícola e industrial.
- Métodos geológicos: o hidrogeológico geralmente utiliza os mapas geológicos existentes para obter informações sobre o(s) aquífero(s) de interesse, isto é, suas posições, extensões, áreas de recarga e exutórios, seus confinantes e bases impermeáveis. Em estudos de reconhecimento, o hidrogeólogo só vai ao campo se for necessário esclarecer questões importantes; por outro lado, em estudos de detalhes, é frequentemente necessária uma inspeção de campo mais detalhada.
A partir da geologia de superfície e dos conhecimentos obtidos pela geofísica e levantamento de poços, o hidrogeólogo procura ampliar o conhecimento do aquífero em subsuperfície, buscando definir espessura e profundidade e a elaboração de mapas de contorno estrutural, de isóbatas e de isópacas.
As aerofotos constituem excelente mapa-base para os trabalhos de campo e, quando aliadas ao GPS, são excelentes para a locação de pontos de interesse e para a análise das interrelações entre esses pontos. A visão estereoscópica proporcionada pelas aerofotos permite identificar e caracterizar a rede hidrográfica, os litotipos principais e seus contatos e as feições mais importantes no condicionamento da ocorrência e fluxo de água subterrânea, tais como as falhas, fraturas, diques intrusivos, planícies aluviais, campos de dunas, estruturas cársticas e outras. O uso da fotogeologia é requerido em todas as fases dos estudos hidrogeológicos.
- Métodos geofísicos: a água subterrânea, como o petróleo, não é pesquisada diretamente pela geofísica, mas sim os litotipos e estruturas favoráveis à sua circulação e acúmulo. Os métodos geofísicos mais utilizados em áreas sedimentares são a sísmica de refração e de resistividade elétrica. Em terrenos cristalinos, a sísmica não dá resposta satisfatória, enquanto a resistividade oferece boas perspectivas. Recentemente, vem sendo dada ênfase aos métodos eletromagnéticos, especialmente aqueles que utilizam ondas eletromagnéticas de rádio como fonte de energia.
Os três métodos acima citados são classificados na tabela a seguir. Esses métodos (Sísmica Refração, Sondagem Elétrica Vertical - SEVs/Perfis e Very Low Frequency - VLF) pertencem à grande categoria dos métodos de campo artificiais. Enquanto o método de resistividade (SEVs e Perfis Laterais) utiliza campo constante, o VLF, que é um método eletromagnético, caracteriza-se pela utilização de um campo variável.
Métodos utilizando campos naturais
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Gravimetria
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Magnetometria
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Radiometria
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Métodos Elétricos
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Correntes Telúricas
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Potencial Espontâneo
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Radiometria
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AFMAG (Audio Frequency Magnetic)
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Métodos utilizando campos artificiais
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Sísmica
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Refração
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Reflexão
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Métodos Elétricos
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Campo Constante
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Linhas Equipotenciais
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SEVs e Perfis de Resisitividade
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Campo Variável
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SEVs Frequência
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Eletromagnéticos
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Conv.
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VLF
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Tabela – Classificação dos métodos geofísicos.
- Métodos hidroclimatológicos: dizem respeito à obtenção e utilização de dados de pluviometria e evapotranspiração, para estabelecer a equação do balanço hídrico de uma bacia hidrográfica. É necessário dispor de séries históricas satisfatórias.
- Métodos de hidrologia de superfície: faz uso de hidrógrafas para cálculo da descarga mínima dos rios, que é chamada fluxo de base, isto é, o fluxo da água subterrânea que mantém o rio perene durante o período de estiagem.
- Métodos hidroquímicos: todas as pesquisas de água subterrânea devem incluir o estudo de sua qualidade, através da coleta e análise de amostras em pontos selecionados. Incluem-se aí: medições da condutividade elétrica, valores de sólidos totais dissolvidos e de resíduos secos, os quais podem ser apresentados em mapas de isovalores e mapas de resíduos secos, respectivamente, e medições do pH.
Métodos Hidrogeológicos propriamente ditos
- Obtenção de dados básicos: são as cargas hidráulicas e os parâmetros hidrodinâmicos, transmissividade (T) e coeficiente de armazenamento (S), do aquífero em estudo. As atividades a serem realizadas incluem:
a. Inventário dos pontos d’água – são os acessos às águas do aquífero, como poços tubulares, cacimbões, galerias filtrantes, zonas pantanosas, fontes, rios e lagoas conectados ao aquífero.
b. Instalação e operação de uma rede de observação. Deve-se observar que: no caso de poço, o mesmo deve estar paralisado; o ponto deve informar sobre o horizonte do aquífero desejado; a rede deve ser distribuída de maneira abrangente para que se tenha uma boa representatividade espacial do aquífero e que os pontos devem permitir acesso livre e fácil aos medidores de nível.
Os poços selecionados para fins de observação são denominados de piezômetros. As bocas dos poços devem ser niveladas, caso não se conheçam as suas cotas. Podem ser usados diferentes métodos, mas aquele que está se tornando o mais utilizado é o GPS Diferencial.
A operação da rede de observação consiste em medir periodicamente os níveis d’água nos poços, com o objetivo de obter a distribuição espacial das cargas hidráulicas do aquífero. A figura abaixo mostra o esquema de medição do nível da água.
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| Figura – Procedimento para obtenção da carga hidráulica. |
c. Potenciometria (piezometria): se as superfícies equipotenciais são verticais, o potencial ou carga hidráulica é o mesmo em qualquer ponto de uma mesma vertical, não dependendo da profundidade considerada. Entretanto, nas proximidades de zonas de recarga, em aquíferos muito inclinados, nas proximidades de captações, no caso de rios efluentes etc., as superfícies equipotenciais são acentuadamente inclinadas (componentes verticais de fluxo), sendo então possível obter, do campo de uma mesma vertical, uma infinidade de valores de carga hidráulica, segundo a profundidade considerada.
Testes de aquífero: consiste em bombear um poço com vazão constante e conhecida, observando-se a evolução dos rebaixamentos com o tempo em um poço de observação situado a uma distância conhecida do poço bombeado. A superposição da curva experimental de rebaixamentos com curvas teóricas, permite obter os parâmetros hidrodinâmicos do aquífero, ou seja, a transmissividade e o coeficiente de armazenamento.
- Síntese hidrogeológica: é a integração de todos os dados obtidos, no sentido de caracterizar a unidade aquífera. São necessárias as seguintes atividades:
a. Avaliação da geometria e da hidráulica dos aquíferos, através da caracterização espacial dos limites e das variações de espessura e dos parâmetros hidrodinâmicos dos aquíferos. Esta etapa requer a elaboração dos seguintes mapas de isovalores: piezométricos, estruturais, de isópacas, isóbatas, transmissividade, permeabilidade, coeficiente de armazenamento e de salinidade.
b. Avaliação da dinâmica ou funcionamento dos aquíferos: trata-se de obter a melhor compreensão possível dos mecanismos de recarga e descarga e da resposta dos aquíferos à explotação. Dada a natureza dos reservatórios subterrâneos, em estudos preliminares nunca é possível avaliar descargas explotáveis com erros menores que 50%. A diminuição desse erro só é possível após vários anos de explotação monitorada.
Durante o monitoramento são elaborados modelos numéricos de fluxo com o objetivo de prever rebaixamentos, sendo amplamente utilizados para testar alternativas de explotação e respaldar tomadas de decisão. Em face da contínua evolução do conhecimento hidrodinâmico do reservatório, esses modelos são também refeitos. A própria utilização dos modelos retroalimenta os procedimentos de monitoramento e análise de dados, num processo repetitivo que promove a evolução do conhecimento. A figura abaixo ilustra essa retroalimentação.
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| Figura – Modelo de gestão de aquíferos. |
Texto extraído e modificado de:
