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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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Revisão:
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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
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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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Movimento de água no solo:
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Movimento de água no solo:
Condutividade hidráulica em solo não saturado:
2m
m
1
ω11ω . Ko)K(
rs
r
θθ
θθω
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Movimento de água no solo:
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Movimento de água no solo:
- 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.
Movimento de água no solo:
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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
Movimento de água no 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.
Movimento de água no solo:
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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
Movimento de água no solo:
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Movimento de água no solo:
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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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 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 degradadas:
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Nascentes degradadas:
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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 no escoamento de base:
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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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Aquífero Guarani (maior do Brasil):
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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.
Aquífero Guarani (maior do Brasil):
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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:
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Próximo assunto:
Evapotranspiração
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