Suzana Gico Montenegro (1), Abelardo A. Montenegro (2), Giancarlo L. Cavalcanti (3), Albert Einstein Spíndola de Moura (4)

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1 CAPTAÇÃO E MANEJO DE ÁGUA DE CHUVA PARA SUSTENTABILIDADE DE ÁREAS RURAIS E URBANAS TECNOLOGIAS E CONSTRUÇÃO DA CIDADANIA TERESINA, PI, DE 11 A 14 DE JULHO DE 2005 RECARGA ARTIFICIAL DE AQÜÍFEROS COM ÁGUAS PLUVIAIS EM MEIO URBANO COMO ALTERNATIVA PARA A RECUPERAÇÃO DOS NÍVEIS POTENCIOMÉTRICOS: ESTUDO DE CASO NA PLANÍCIE DO RECIFE (PE) Suzana Gico Montenegro (1), Abelardo A. Montenegro (2), Giancarlo L. Cavalcanti (3), Albert Einstein Spíndola de Moura (4) (1) Professora Adjunta. Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal de Pernambuco. Av. Acad. Hélio Ramos, s/n.cidade Universitária. Recife, PE. suzanam@ufpe.br (2) Professor Adjunto. Departamento de Tecnologia Rural. UFRPE. monte@hotlink.com.br. (3) Bolsista PIBIC UFPE/CNPq. (4) Bolsista Mestrado CT-Hidro/ CNPq, Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, UFRPE. INTRODUÇÃO A busca por fontes de água mais confiáveis, impulsionada nos últimos anos pelo déficit no abastecimento na Região Metropolitana do Recife (RMR), Pernambuco, gerou uma explotação excessiva dos aqüíferos costeiros. Esta super-explotação, associada ao desequilíbrio com o processo de recarga natural, que é insuficiente, vem causando elevados rebaixamentos na potenciometria desses aqüíferos. A super- explotação diminui a disponibilidade hídrica do aquífero, aumenta a sua vulnerabilidade a contaminações advindas de camadas superiores, bem como o torna susceptível à intrusão marinha. Apesar da carência de água para o abastecimento, a RMR conta com um índice pluviométrico anual médio de 2200 mm. A impermeabilização, associada à topografia relativamente plana da área e ao fato da mesma se situar praticamente ao nível do mar vem acarretando sérios prejuízos à população, que sofre crescentes alagamentos em virtude de chuvas de alta intensidade. 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 1

2 É necessário implementar metodologias que preservem o aqüífero, recuperem seus níveis de pressão, e reponham gradualmente os volumes retirados nos últimos anos. Uma alternativa que vem sendo adotada em áreas com escassez de água, como o Oeste dos EUA e Israel é o aproveitamento de águas servidas, de rios ou de chuvas para a recarga artificial. A recarga artificial do aquífero utilizando águas de chuva também tende a aliviar problemas de drenagem urbana. Chuvas de alta intensidade tendem a gerar alagamentos, sendo gradualmente escoadas para o oceano. Com a metodologia em discussão, parte destes volumes que seriam perdidos passariam a constituir aportes adicionais para o aquífero. Esse trabalho apresenta experimento de recarga artificial, discutindo a utilização de águas de chuva para tal finalidade em escala piloto na RMR, analisando a evolução da potenciometria do aqüífero em resposta à recarga. METODOLOGIA Área de Estudo O sistema aqüífero da Planície do Recife (PE) é composto por dois aqüíferos profundos, Cabo e Beberibe, de características semi-confinadas, recobertos por um aqüífero freático, o Boa Viagem. Costa et al. (1998) elaboraram um estudo que originou o zoneamento da explotação de águas subterrâneas para a planície do Recife, denominado HIDROREC I, sendo posteriormente atualizado constituindo o HIDROREC II (Costa et al., 2003). Costa et al. (2003) apresentam o mapa identificando as zonas de explotação (A, B, C, D, E e F), assim como descrição com aqüífero explotado, situação da profundidade atual dos níveis d água e condicionantes de explotação. Das zonas identificadas, a mais crítica é a chamada zona A, sendo o aqüífero mais explotado o Cabo, onde o estudo indicou que nenhum novo poço deve ser perfurado; os poços atualmente existentes deverão ter sua vazão reduzida em 50% e um monitoramento contínuo de níveis e vazões de explotação deverá ser exercido. Na zona A, a recarga natural não repõe o volume de água explotado, causando um déficit hídrico que resulta na diminuição dos níveis potenciométricos do aqüífero na região. A chamada zona A localiza-se no bairro de Boa Viagem, na faixa costeira, com grande densidade populacional e elevada concentração de condomínios residenciais, estabelecimentos comerciais, clínicas e hospitais de padrão econômico de médio a elevado, grande parte dos quais se abastecem de água subterrânea através de poços privados. A utilização de um sistema de poços injetores na Zona A, além de possibilitar a reposição gradual dos volumes retirados nos últimos anos, traria uma outra série de benefícios, como o 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 2

3 impedimento do possível avanço da cunha salina, e a melhora da qualidade das águas contaminadas. O sítio em estudo localiza-se na Planície do Recife, mais precisamente no bairro de Boa Viagem, em Recife, Pernambuco, na denominada Zona A. Neste sítio, os aqüíferos presentes são o Boa Viagem, mais acima e o Cabo, logo abaixo, semi-confinado. Na área existe um grande número de poços em operação e alguns desativados, devido ao excessivo rebaixamento potenciométrico, de condomínios e estabelecimentos comerciais diversos, incluindo um Shopping Center. Montagem do experimento Tendo como objetivo principal a recarga artificial através de água coletada de chuva, a montagem do projeto de recarga foi realizada levando em conta a hidrogeologia local, a captação de água de chuva e o controle da qualidade da mesma, além das características do uso do solo no local. Como optou-se pela montagem do experimento numa área densamente povoada, numa região onde o aqüífero se apresenta semi-confinado a cerca de 70 m de profundidade, verificou-se que o método de recarga artificial a ser aplicado no estudo deveria ser subterrâneo, de modo que injetasse a água a essa profundidade e interferisse o menos possível no uso do solo. Optou-se então pela utilização de poços de injeção, que utiliza para recarga as águas de chuva coletadas por um sistema de captação que permite controlar a procedência da mesma, o volume a ser armazenado e controlar a sua qualidade. Foram consideradas diversas possibilidades na escolha do local para instalação do experimento. Contatos foram mantidos com rede de supermercado para utilização de estabelecimento na área de Boa Viagem para realização da recarga. Infelizmente, a parceria não despertou o interesse dos dirigentes. Outra tentativa empreendida foi considerar a área do Shopping Center Recife, onde se acreditava que, em razão da grande área de captação de água de chuva, o experimento teria um impacto considerável e um forte apelo do ponto de vista de demonstração. Foi solicitado à empresa de engenharia local orçamento para montagem do experimento coletando água de chuva do telhado e de estacionamento, armazenamento e injeção através de poços abandonados no local e os custos superaram o orçamento do projeto de pesquisa, inviabilizando essa opção. Considerou- se então a possibilidade de selecionar edifício residencial localizado na zona A no bairro de Boa Viagem para o estudo da recarga. Foi selecionado para montagem do mesmo o 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 3

4 condomínio Le Grand Village, que tem um poço que não possui vazão suficiente para ser explorado, e uma área suficientemente elevada para coletar um volume significativo de águas pluviais. Neste condomínio foi feita montagem de um esquema de captação de águas pluviais que permite selecionar através de um sistema de registros quais áreas do condomínio (áreas do telhado, piso de circulação e lazer) contribuirão para a captação, controlando assim o volume e a procedência da mesma. As águas coletadas das áreas da coberta e do piso de lazer são encaminhadas a um reservatório subterrâneo já existente no condomínio. A área de captação das águas de chuva é formada pela área do telhado mais a área de livre circulação externa (pátio e lazer), perfazendo um total de m 2. Uma importante consideração sobre a qualidade da água na recarga artificial de aqüíferos é a concentração de sólidos suspensos da fonte de suprimento (Pyne, 1995). Antes de serem recolhidas ao reservatório, as águas captadas passam por um sistema de filtragem, que tem a função de reter todo material granular carreado pela chuva. Acoplado a este sistema há um sistema de controle de captação das águas pluviais que permite a seleção da procedência das águas através de um sistema de registros (Figura 1). A água coletada é direcionada para o reservatório no sub-solo. Figura 1 - Sistema de captação das águas pluviais. Com a utilização deste sistema é possível determinar se a captação das água de chuva acumularia água da área total (cobertas e pátio) ou apenas de uma determinada área do 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 4

5 condomínio. Este sistema permite também a saída das águas diretamente para a rua, no caso do reservatório ficar completamente cheio. O reservatório utilizado possui capacidade de 100 m 3. O sistema injetor é formado por um conjunto de vários elementos, sendo o principal a bomba injetora, que é acionada assim que a bóia no reservatório atinge um determinado nível, iniciando assim a recarga. Além do sensor de bóia instalado no reservatório, o sistema injetor possui outro sensor de nível instalado no poço injetor, que desliga a bomba quando o nível do poço chega a cota do terreno. A vazão da bomba injetora é regulada de modo a permitir a maior taxa de recarga possível para o ensaio. A cerca de 4,6 m do poço injetor foi instalado um poço piezômetro, para medir as variações de nível nas proximidades do injetor. Foi selecionado ainda o poço a 24 m de distância do injetor (Edf. Central Park), com o objetivo de medir a influência da recarga a uma maior distância. Neste poço também foi instalado um tubo de acesso, que permite a descida do medidor de nível para acompanhar sua variação durante o experimento de recarga. Foram identificados outros poços vizinhos para acompanhamento dos níveis durante experimento de injeção. Foi identificado poço no edifício Chambord, a cerca de 81 m do poço injetor. Neste poço foi então instalado um tubo de acesso, permitindo assim medir os níveis durante os ensaios de campo. Todos os poços selecionados para o experimento de recarga possuem perfis construtivos e litológicos, e além destes foram realizadas perfilagem ótica no poço do Le Grand Village e perfilagem geofísica no poço piezômetro, ajudando a avaliar as condições de conservação e litologia. A Tabela 1 apresenta as características dos poços utilizados durante os ensaios de recarga artificial. Tabela 1 características dos poços injetor e de monitoramento de nível. Poço Função Dist. ao Injetor (m) Filtro (m) Ano de instalação Le Grand Village Injeção a Piezômetro Monitoramento 4,6 100 a Central Park* Monitoramento a Chambord* Monitoramento a *Poços em operação Experimentos Realizados 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 5

6 Foram realizados durante o período de novembro de 2003 a Novembro de 2004 cinco ensaios de recarga. Os ensaios de campo permitiram um maior conhecimento da hidrogeologia local, sendo a metodologia dos ensaios aperfeiçoada à medida que os mesmos foram sendo realizados. Foram realizados testes de injeção com carga hidráulica variável no tempo, de modo a investigar o potencial da formação em receber recarga através do poço disponível, com 4 de diâmetro. A Figura 2 apresenta a geometria dos testes, com a vazão de injeção sendo estimada a partir da variação de volume de água no interior do poço. N.T. Z NA ( t ) H ( t ) N.E. N.D. q ( t ) Figura 2- Geometria do teste de injeção com carga hidráulica variável. Tabela 2 Resumo dos resultados dos ensaios de campo realizados. Ensaio Vazão máxima de Período de Volume Vazão estabilizada recarga estimada injeção (min) injetado (m 3 ) de recarga (m 3 /h) (m 3 /h) 14/04/ ,06 0,500 2,000 01/05/ ,75 0,500 2,000 05/11/ ,701 2,270 2,490 07/11/ ,527 0,957 1,128 10/12/2003 (*) 124 3,174 1,536 2,202 28/05/2004 (*) 150 7,045 2,445 2,445 09/11/2004 (**) ,670 5,550 5,706 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 6

7 16/12/2004 (**) ,420 4,446 4,460 (*) Após primeiro desenvolvimento do poço injetor. (**) Após segundo desenvolvimento do poço injetor. Os resultados demonstram o processo de evolução do poço por desenvolvimento, e apontam para valores viáveis de volume a ser injetado por recarga. SIMULAÇÃO DE CENÁRIO DE RECARGA PROLONGADA Através da utilização de modelos numéricos pode-se fazer o planejamento de aplicação de recarga de forma contínua, estimando a variação da potenciometria local sobre diferentes condições de recarga, permitindo um maior entendimento da dinâmica da recarga e guiando futuros passos do projeto. Com base nos dados das séries históricas de pluviometria no sítio em estudo e considerando perdas na captação das águas de chuva pode-se avaliar o impacto da recarga. O cenário foi simulado estimando uma vazão de 2,16 m 3 /h, injetada durante 3 horas por dia durante 3 meses, correspondendo ao período de chuvas mais freqüentes. A vazão foi estimada considerando dados históricos de precipitação em Recife (posto INMET- Instituto Nacional de Meteorologia) no trimestre mais chuvoso (maio a julho). Os resultados da aplicação do modelo matemático são apresentados em Silva et al. (2004) e demonstram importante impacto na elevação dos níveis de pressão no aqüífero Cabo. CONSIDERAÇÕES FINAIS Destaca-se a recarga artificial de aqüíferos, que ainda não é praticada no Brasil, mas vem sendo implementada em diversos países como Estados Unidos, Austrália, Israel, como parte de programa de gerenciamento visando a recuperação dos níveis potenciométricos dos aqüíferos, bem como controle da intrusão marinha. A cidade de Los Angeles (EUA) experimentou problemas de intrusão marinha no aqüífero costeiro sob condições de super-explotação, primeiramente detectados em 1912 (Hutchinson et al., 1999). A solução encontrada para o problema do controle do avanço da cunha salina foi a construção de uma barreira hidráulica, constituída de poços de injeção promovendo a recarga artificial do aqüífero. No Brasil, nenhuma ação relacionada com a recarga artificial vem sendo realizada em escala operacional. As práticas mais comuns de recarga artificial são baseadas na utilização de águas 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 7

8 residuárias e de rios. Por outro lado, a captação de água de chuva vem sendo apontada como uma alternativa para a disponibilização de recursos hídricos em meios rurais, principalmente de regiões semi- áridas, e para o auxílio na solução de problemas de drenagem de águas pluviais em zonas urbanas. Procedimentos de gerenciamento de recursos hídricos que integrem a prática de captação de águas de chuva com a recarga artificial de aqüíferos não são comuns. Os problemas enfrentados em Recife devem ser tratados de forma integrada. Faz-se necessário implementar metodologias que preservem o aqüífero, e que reponham gradualmente os volumes retirados nos últimos anos. A recarga artificial do aqüífero através de poços de injeção, e utilizando águas de chuva, além das vantagens supracitadas, tende a aliviar problemas de drenagem urbana resultantes de chuvas de alta intensidade, constituindo iniciativa pioneira e de inovação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Costa, W. D.; Costa, H. F.; Ferreira, C. A.; Morais, J. F. S de, Villa Verde, E. R.; Costa, L. B. (2003). Estudo Hidrogeológico de Recife- Olinda- Camaragibe- Jaboatão dos Guararapes- HIDROREC 2. SRH- PE. Recife, 150p. 2. Costa, W. D., Manoel Filho, J., Santos, A. C., Costa Filho, W. D., Monteiro, A. B., Souza, F. J. A. de. (1998). Zoneamento de Explotação das Águas Subterrâneas na Cidade do Recife PE. X CONGRESSO BRASILEIRO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS. CD.São Paulo, SP. 3. HUTCHINCSON, A.; WENDELL, D.; FOREMAN, T. (1999). Los Angeles sea water intrusion barrier injection well redevelopment study. The 9 th Biennial Symposium on the Artificial recharge and Integrated Water Management. Tempe, Arizona, EUA. 4. PYNE, R. D. G. (1994) Groundwater Recharge and Wells: a guide to aquifer storage and recovery. Lewis Publishers, Florida, 376p. 5. Silva, G. do E. S., Montenegro, S. M. G. L., Costa, L. M. (2004). Modelagem numérica de recarga artificial em aquifero costeiro na planície do Recife (Brasil). Anais do XXV CILAMCE - Iberian Latin American Congress on Computational Methods. Recife, PE. Cd- rom. AGRADECIMENTOS 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 8

9 Os autores agradecem ao CNPq/CT- HIDRO pelo financiamento do projeto de pesquisa, ao CNPq/ UFPE por bolsa PIBIC, bem como aos moradores do Condomínio Le Grand Village pela permissão para realização do experimento. 5º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, Teresina, PI, 11-14/07/2005 9