Águas Subterrâneas. Conceitos e Aplicações sob uma Visão Multidisciplinar

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1 Águas Subterrâneas Conceitos e Aplicações sob uma Visão Multidisciplinar

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3 Águas Subterrâneas conceitos e Aplicações sob uma Visão multidisciplinar rodrigo Lilla manzione

4 Conselho Editorial Av. Carlos Salles Block, 658 Ed. Altos do Anhangabaú, 2º Andar, Sala 21 Anhangabaú - Jundiaí-SP contato@editorialpaco.com.br Profa. Dra. Andrea Domingues Prof. Dr. Antonio Cesar Galhardi Profa. Dra. Benedita Cássia Sant anna Prof. Dr. Carlos Bauer Profa. Dra. Cristianne Famer Rocha Prof. Dr. Fábio Régio Bento Prof. Dr. José Ricardo Caetano Costa Prof. Dr. Luiz Fernando Gomes Profa. Dra. Milena Fernandes Oliveira Prof. Dr. Ricardo André Ferreira Martins Prof. Dr. Romualdo Dias Profa. Dra. Thelma Lessa Prof. Dr. Victor Hugo Veppo Burgardt 2015 Rodrigo Lilla Manzione Direitos desta edição adquiridos pela Paco Editorial. Nenhuma parte desta obra pode ser apropriada e estocada em sistema de banco de dados ou processo similar, em qualquer forma ou meio, seja eletrônico, de fotocópia, gravação, etc., sem a permissão da editora e/ou autor. M2963 Manzione, Rodrigo Lilla. Águas Subterrâneas: Conceitos e Aplicações sob uma Visão Multidisciplinar/ Rodrigo Lilla Manzione. Jundiaí, Paco Editorial: p. Inclui bibliografia. ISBN: Hidrologia 2. Águas Subterrâneas 3. Geologia 4. Engenharia I. Manzione, Rodrigo Lilla CDD: 620 Índices para catálogo sistemático: Engenharia 620 Geologia 550 IMPRESSO NO BRASIL PRINTED IN BRAZIL Foi feito Depósito Legal

5 Dedico à minha filha Bruna e à minha esposa Monica, inspirações de todos os dias.

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7 Agradecimentos Agradeço à minha família e amigos pelo apoio incondicional em todos os momentos. A todos os mestres que tive em minha vida, cada um com sua contribuição na minha formação. Aos meus orientados pelo convívio saudável e crescimento conjunto. Aos alunos da turma da disciplina Água Subterrânea de 2012 do curso de pós- graduação em Agronomia Irrigação e Drenagem, que me ajudaram a desenvolver este material. Aos alunos da UNESP/Ourinhos que, em 2013, me proporcionaram tempo suficiente para elaboração desta obra. Aos colegas da UNESP/Ourinhos pelo bom ambiente de trabalho. Ao Prof. Dr. João C. C. Saad e ao Departamento de Engenharia Rural da UNESP/FCA-Botucatu pela oportunidade de desenvolver esse curso de Água Subterrânea junto aos pós-graduandos em Agronomia do curso de Irrigação e Drenagem. Ao Curso de Pós-graduação em Agronomia Área de concentração em Irrigação e Drenagem pela confiança em não só oferecer a disciplina, mas também desenvolver pesquisas nesta área junto aos alunos do curso. Ao Prof. Dr. Edson Wendland e demais colegas do LHC/ EESC/USP pelo suporte nesses anos de pesquisas e investigação em colaboração sobre águas subterrâneas. Aos patrocinadores desta obra, os colegas Mauro Banderali, da Ag- Solve, e Marcelo Cocco Urtado, da Legal Tree, o meu muito obrigado. Aos colegas do CEDIAPGEO (Centro de Estudo e Divulgação de Informações sobre Áreas Protegidas, Bacias Hidrográficas e Geoprocessamento), GEPAG (Grupo de Estudos e Pesquisas Agrícolas Georreferenciadas) e LabH2O (Laboratório de Hidrologia e Hidrogeologia Operacional) pelo apoio institucional e acadêmico. Aos demais envolvidos, minha gratidão.

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9 Sumário Agradecimentos 7 Apresentação 13 Prefácio 15 Introdução 19 Capítulo 1 Histórico das águas subterrâneas Pré-história e idade antiga Idade média Idade moderna e renascença Idade contemporânea Histórico no Brasil 44 Capítulo 2 Geologia das águas subterrâneas Tipos de rochas Origem das águas subterrâneas Formações aquíferas 59 Capítulo 3 Sistemas aquíferos Distribuição e ocorrência dos principais sistemas aquíferos Domínios e subdomínios hidrogeológicos do Brasil Principais aquíferos brasileiros Sistemas aquíferos do Estado de São Paulo 102

10 Capítulo 4 Dinâmica da água em aquíferos Elementos de hidrologia subterrânea Quantificando fluxo subterrâneo usando redes de fluxo Fluxo e produção natural da bacia Fluxo local, intermediário e regional Fluxo em regime permanente em poços 152 Capítulo 5 Interação entre águas superficiais e águas subterrâneas Nascentes Interação rio-aquífero Interação áreas úmidas-aquífero Interação lago-aquífero Interação entre as águas subterrâneas e superficiais em diferentes relevos 179 Capítulo 6 Recarga das águas subterrâneas Estimativa da recarga das águas subterrâneas Métodos baseados em balanço hídrico Métodos físicos de estimativa da recarga Outros métodos de estimativa da recarga 211 Capítulo 7 Qualidade das águas subterrâneas Noções de hidrogeoquímica Padrões de qualidade Técnicas gráficas de classificação das águas 235

11 Capítulo 8 Gestão das águas subterrâneas Pedras filosofais da gestão das águas subterrâneas Ameaças às águas subterrâneas Abordagens metodológicas para proteção das águas subterrâneas Indicadores de gestão em águas subterrâneas Legislação específica sobre águas subterrâneas Projetos e propostas de proteção das águas subterrâneas 290 Capítulo 9 Monitoramento das águas subterrâneas Medição de níveis em águas subterrâneas para fins de monitoramento Amostragem das águas subterrâneas para fins de monitoramento Redes de monitoramento de águas subterrâneas 321 Capítulo 10 Modelagem de séries temporais em águas subterrâneas Bases teóricas da modelagem de séries temporais para processos hidrológicos Modelos de séries temporais Casualidade modelos com múltiplas entradas e uma única saída Modelagem de séries temporais Modelagem de níveis freáticos utilizando o modelo pirfict Modelagem de níveis freáticos utilizando o modelo hartt 359 Referências 363 Sobre o autor 385

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13 APRESENTAÇÃO A água subterrânea é um dos maiores tesouros da natureza. É a parcela da água que permanece no subsolo, onde flui lentamente até descarregar em corpos de água de superfície, ser interceptada por raízes de plantas ou ser extraída em poços. Sua dinâmica e interação com a superfície fascina a humanidade desde sempre. A água subterrânea tem papel essencial na manutenção da umidade do solo, lagos e brejos, é responsável pelo fluxo de base dos rios, sendo responsável pela sua perenização durante os períodos de estiagem. Cada vez mais surgem interessados em conhecer este importante recurso natural tão disponível no Brasil e, ao mesmo tempo, tão esquecido por se esconder onde não o vemos, no subterrâneo. A ciência que envolve as águas subterrâneas é cada vez mais uma ciência multidisciplinar, deixando de ser um campo exclusivo de geólogos e engenheiros. Este material traz uma abordagem sobre o tema voltado ao público geral e estudantes de pós- -graduação que busquem informações gerais e específicas sobre águas subterrâneas. O Capítulo 1 apresenta um resgate histórico sobre os primórdios da exploração das águas subterrâneas até os dias atuais. No Capítulo 2 são apresentados conceitos gerais sobre a geologia das formações aquíferas e, no Capítulo 3, são apresentados os principais sistemas aquíferos em escala global, regional e local. As características e propriedades de sistemas aquíferos e princípios de hidráulica subterrânea são discutidas no Capítulo 4. O Capítulo 5 elenca uma série de processos que envolvem iterações entre as águas superficiais e as águas subterrâneas. O Capítulo 6 se dedica a métodos de estimativa da recarga das águas subterrâneas. A qualidade das águas subterrâneas é abordada no Capítulo 7, enquanto o Capítulo 8 trata da gestão das águas subterrâneas. O Capítulo 9 apresenta técnicas e estratégias de monitoramento e amostragem das águas subterrâneas 13

14 Rodrigo Lilla Manzione e, o Capítulo 10, trata do uso de modelos de séries temporais em águas subterrâneas. O presente texto pode ser utilizado como material de apoio para químicos, biólogos, geógrafos, físicos, matemáticos, estatísticos, meteorologistas, engenheiros agrônomos, florestais, ambientais, cartógrafos e outros profissionais ligados ao meio ambiente subterrâneo que não tiveram cursos formais de hidrogeologia em suas grades curriculares e que precisem se especializar na ciência das águas subterrâneas. 14

15 PREFÁCIO A água subterrânea continua a ser, mesmo para muitos especialistas em hidrologia, a parte mais desconhecida e misteriosa do ciclo hidrológico. Porque não se vê, porque se desconhece muitas vezes de onde vem e para onde vai, porque não é fácil perceber os seus percursos, porque é muito difícil compreender a quantidade imensa de água que pode estar sob os nossos pés, torna-se um desafio entender a sua importância real no globo terrestre. De fato, a componente subterrânea do ciclo da água tem uma importância enorme em todos os aspetos da vida na Terra. Muitos rios e lagos do Mundo só têm água durante todo o ano hidrológico devido à descarga permanente dos aquíferos que drenam para essas bacias hidrográficas. Deste modo, muitos dos ecossistemas aquáticos terrestres e alguns dos ecossistemas terrestres estão direta ou indiretamente relacionados com a presença e escoamento das águas subterrâneas e qualquer alteração nas caraterísticas das águas nestes aquíferos, como uma redução da infiltração, uma exploração exagerada ou a alteração da sua qualidade química podem ter consequências sérias sobre toda ou parte da fauna e flora dependentes da existência dessa água. O Homem, como parte essencial destes ecossistemas, acaba por ser um dos intervenientes mais importantes no equilíbrio que se pretende manter entre o desenvolvimento civilizacional e o meio natural, por um lado ao explorar ou poluir as águas subterrâneas, por outro lado ao sofrer igualmente com as alterações causadas ao meio hídrico subterrâneo e, finalmente, com a capacidade que possui para estudar, entender, interpretar e remediar as situações que se possam encontrar em vias de descontrolo ambiental. Encontrando-se os hidrogeólogos conscientes de toda a problemática das águas subterrâneas e do seu recipiente natural, as rochas da crosta terrestre, e também da permanente interação entre o meio litológico e líquido, bem como de todas as outras 15