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16/03/2016

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Água Subterrânea

Prof. Luis César de Aquino Lemos Filho Dr. Engenharia de Água e Solo

Universidade Federal Rural do Semi-Árido Mossoró, RN

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Água Subterrânea

Revisão:


Água Subterrânea

Revisão:


Água Subterrânea

Composição do solo:


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Porosidade do solo: - É a relação entre volume de vazios e volume total do solo;

- Os poros são ocupados por ar e água;

- Conteúdo de umidade do solo:

a) Máximo conteúdo de umidade é igual à porosidade;

b) Neste caso o solo está SATURADO de água.

V

VpθVTP v

Areia: 0,37 a 0,50 Argila: 0,43 a 0,52


Água Subterrânea

Porosidade do solo:

V

VpθVTP v 100 x

ρ

ρ1θ

p

sv

s

sp

V

Mρ

V

Mρ s

g

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Densidade do solo:


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Distribuição vertical da umidade:


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Distribuição vertical da umidade:

Pressão inferior

à atmosférica

Pressão superior

à atmosférica


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Umidade no solo:

x100Ms

Maou U(%)

Ms

MaU(g/g)

- Umidade gravimétrica (massa):

- Umidade volumétrica (volume):

x100(%)V

Maθou )/cm(cm

V

Maθ 33

x100(%)Uxρθou )/cm(cmUxρθ g

33

g

V

Vaθ


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Umidade no solo:

- Saturação: condição em que todos os poros estão ocupados por água; - Capacidade de campo: conteúdo de umidade no solo sujeito à força da gravidade; - Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qual as plantas não conseguem mais retirar água do solo e morrem.


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Potencial de água no solo:

...ΨΨΨΨΨ osmpgT

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Movimento de água no solo:

Lei empírica de Darcy:

TA x

Vq

Z x -K(h)q


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Condutividade hidráulica em solo não saturado:

2m

m

1

ω11ω . Ko)K(

rs

r

θθ

θθω


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- Solo arenoso: 23,5 cm/hora

- Solo siltoso: 1,32 cm/hora

- Solo argiloso: 0,06 cm/hora


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Retenção e movimento da água no solo em função de sua matriz:

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Equação do fluxo subterrâneo:

- Equação diferencial que descreve o movimento de água subterrânea;

- Combinação da equação de Darcy com a equação da continuidade;

- Equação da continuidade envolve entradas e saídas e taxas de variação do armazenamento em um volume elementar.



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Escoamento em aquíferos confinados:

- Equação de Laplace:

t

h

T

S

z

h

y

h

x

h

2

2

2

2

2

2

Onde x,y e z são as direções; t é o tempo, S é o volume de água escoado por unidade de área por unidade de carga piesométrica;

T = m K = é a transmissibilidade onde m é a espessura da camada de solo



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- No escoamento subterrâneo, às vezes, a recarga é igual à descarga de saída do aquífero (regime permanente). Não existindo variação no armazenamento, logo a equação de Laplace fica:

02

2

2

2

2

2

z

h

y

h

x

h

- Está equação tem sido objeto de diversos estudos (durante décadas);

- Existem métodos numéricos muito eficientes para resolver está equação.



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Escoamento em aquíferos não-confinados:

- Pode ser estimado pela equação de Dupuit-Forcheimer que foi desenvolvida com base na equação de Darcy, onde h é a declividade da água do lençol freático e zf é a camada de água no aqüífero.

fzx

hKQ



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Escoamento em aquíferos não-confinados:

- Pela equação linearizada de Boussinesq, também, baseada na equação de Darcy. Porém, foi desenvolvida para as duas direções e despreza a variabilidade vertical.

t

h

T

Sy

y

h

x

h2

2

2

2



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FL - Fluxo local; FI – Fluxo intermediário; FR- Fluxo regional

Sistemas de Fluxos subterrâneos em bacias hidrográficas

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Aquífero: é uma formação geológica que contém água e permite que a mesma se movimente em condições naturais e em quantidades significativas;

Aquiclude: é uma formação geológica que pode conter água, mas sem condição de movimenta-lá de um lugar para outro, em condições naturais e em quantidades significativas;

Aquitardo: é uma formação geológica de natureza semipermeável. Transmite água a uma taxa muito baixa, comparada com a do aquífero.

Caracterização das águas subterrâneas:


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Os aqüíferos podem ser confinados e não-confinados;

O aqüífero confinado encontra-se a uma pressão maior que a pressão atmosférica e está limitado na parte superior e inferior por superfícies impermeáveis;

Os aqüíferos artesianos são aqueles em que a elevação da superfície piezométrica está sobre a superfície do terreno;

Área de recarga dos aqüíferos é a área de alimentação e deve ser preservada. A área do aqüífero confinado nem sempre é um local evidente e necessita de proteção.

Classificação de aquíferos:


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Tipos de aquíferos:


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Tipos de aquíferos – Tipos de poços:


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Tipos de poços:


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Poço freático (Cacimba):

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Poço artesiano:


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Poço artesiano:


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Poço artesiano:


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Poços Surgente (Repuxante ou Jorrante):


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Formas de aquíferos:

- Intersticial poroso (freático ou confinado): Bacias sedimentares – Origem geológica – Rochas sedimentares (pluvial, eólica, glacial e aluvial), depósitos recentes e coberturas poligênicas.

- Fissural ou fraturado: Rochas cristalinas e cristalofilianas, fraturadas ou fissuradas

Origem geológica - Vulcânica

- Cárstico Fissural: Rocha carbonatada, com fraturas (dissolução) e superfícies de descontinuidade primária.

Origem geológia – rochas calcáricas (metamorficas)


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Formas de aquíferos:

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Aquífero cárstico:


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Dolinas (Sinkholes):


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Dolinas (Sinkholes):

2007

2010


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O que causa as Dolinas (Sinkholes)?

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Causas das Dolinas (Sinkholes):


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Aquífero cárstico (Ubajara-CE):


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Aquífero cárstico (Apodi-RN):

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Nascentes:


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Tipos de nascentes:


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Nascentes de aquífero suspenso:


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Nascentes preservadas:

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Nascentes com problemas na área de recarga:


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Nascentes com problemas na área de recarga:


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Nascentes degradadas:


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Monitoramento da vazão de nascentes:


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Monitoramento do lençol freático (piezômetro):


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Monitoramento do lençol freático:

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Monitoramento do lençol freático:


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Descarga de água subterrânea:

Esvaziamento da água subterrânea contida na bacia

mantém a vazão do rio nos períodos de estiagem (escoamento de base).


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Escoamento de base:

L

RL dLqqtQ0

)(

Escoamento de base é igual à integral da contribuição subterrânea para a rede de drenagem ao longo de todo o comprimento (L).

L


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Escoamento de base (subterrâneo):


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Interação entre águas superficiais e subterrânea:

Relações físicas entre os rios e aqüíferos:

- Sistema hidraulicamente conectado em condição efluente; - Sistema hidraulicamente conectado em condição influente; e

- Sistema hidraulicamente desconectado.

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Influencia da explotação de poços no escoamento de base:


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Influencia da explotação de poços na intrusão salina:


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Influencia da explotação de poços na intrusão salina:

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Contaminação de Aquífero:

Physical Hydrology, Dingman, 2002


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Aquífero Guarani (maior do Brasil):

- Abrange quatro países: Argentina (19%), Brasil (71%), Paraguai (6%) e Uruguai (4%);

- Tem uma extensão aproximada de 1,2 milhões de km2, dos quais 840 mil estão no Brasil, nos estados do MS, PR, MG, RS, SC, GO e SP.


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Guarani é o nome dado a esse conjunto de rochas que formaram-se há 132 milhões de anos atrás;

A espessura das camadas de rochas varia de 50 a 800 m, com profundidade de até 1,9 km. Por isso, suas águas podem alcançar temperaturas muito elevadas, de 50 a 85°C;

Abriga águas muito profundas, que, de uma maneira geral, apresentam boa proteção contra agentes poluidores, estando muito mais protegidas do que os rios e lagos;

Há projetos de expansão do uso dessa água para fins energéticos, agropecuários e até de energia termal para co-geração de energia elétrica.

ASPECTOS TÉCNICOS

Poços: aproximadamente 900; Total: 50.000 m – sistema;

Profundidades: 50-1800 m;

Produtividade: 50-700 m3/h;

Reserva reguladora:160 km3/ano.


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Principais domínios sedimentares (verde) e cristalinos (amarelo) do Brasil:


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Área de recarga dos principais sistemas aquíferos do Brasil:

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Contaminação de Aquífero: Rio Grande do Norte:

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Poços no Rio Grande do Norte:

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Perfil geológico da bacia sedimentar potiguar:

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Estudo de Caso:

Aquífero Jandaíra-Açú

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Bacias de drenagens:

Distribuição dos poços: Quantificação dos poços:

Mapa geológico-estrutural com vazões informadas: Bloco 3D do modelo estratigráfico da área:

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Mapa de Isópacas da formação Jandaíra: Zonas de recargas:

Mapa de zoneamento de cloreto no Jandaíra: Mapa de zoneamento do nitrato no Jandaíra:

Mapa de classes de sólidos totais dissolvidos (STD): Potenciometria e fluxo subterrâneo:

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Zonas de explotação (balanço entrada-saída) do Jandaíra: Mapa de classes de água segundo o VMP:

Mapa de aptidão do uso para irrigação: Mapa de vulnerabilidade natural do Jandaíra:

Mapa do risco de contaminação do Jandaíra:


Próximo assunto:

Evapotranspiração

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