UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA MODELOS DE AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA DANIEL DA CRUZ OLIVEIRA MODELOS DE AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS Salvador 2013

2 DANIEL DA CRUZ OLIVEIRA MODELOS DE AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Geologia, Instituto de Geociências, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Geologia. Orientador: Prof. Dr. MANOEL JERÔNIMO MOREIRA CRUZ Co-Orientador: Eng. JOSANA MELO DANTAS Salvador 2013

3 TERMO DE APROVAÇÃO DANIEL DA CRUZ OLIVEIRA MODELOS DE AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS MONOGRAFIA APROVADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM GEOLOGIA, UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA, PELA SEGUINTE BANCA EXAMINADORA: Prof. Dr. Manoel Jerônimo Moreira Cruz Instituo de Geociências/UFBA Msc. Rodrigo Alves Santos Instituto de Geociências/UFBA Msc. Wayner Américo de Freitas INEMA Salvador, 15 de Março de 2013.

4 AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus pela vida, saúde e pelas oportunidades. Aos meus queridos pais e irmã, por todo amor e apoio durante a vida. A minha esposa pela paciência e amor a mim oferecido. A toda minha família pois são o meu alicerce. Ao professor Jerônimo pelo incentivo e confiança em mim. Aos colegas: Tassiane, Gilma, Dante, Rodolfo, Dário, Ádila, Tiene, Elisa, Verônica que enfrentaram junto comigo essa luta. A Josana, designada para me ajudar, pela competência e compreensão. A amiga Antonia pela amizade oferecida, pelas lutas que compartilhamos e as alegrias proporcionadas.

5 A Deus, pois me sustenta e protege na caminhada da vida. A Família, que é a base de sustentação do homem que sou.

6 6 RESUMO Os aquíferos são reservatórios essenciais para o abastecimento de água da população como geral. São utilizados para as mais diversas atividades humanas. O conhecimento de suas características físicas e hidrológicas é imprescindível para a exploração dos seus recursos.o mapeamento da vulnerabilidade de aquíferos à contaminação normalmente é o primeiro passo na avaliação do perigo de contaminação da água subterrânea e na proteção de sua qualidade.mapas de vulnerabilidade vêm sendo amplamente utilizados, com o objetivo de proteger tanto áreas onde a atividade antrópica ainda é pouco expressiva e o potencial para exploração das águas subterrâneas é elevado, como em áreas densamente povoadas e com intensas atividades de risco. Este trabalho baseou-se num levantamento das principais técnicas de avaliação da vulnerabilidade dos aquíferos, e como essas técnicas se aplicam a cada tipo de aquífero. Os principais métodos que foram descritos nesse trabalho, têm sido bastante utilizados em diversos países e regiões, no intuito de preservar a água armazenada nos aquíferos. A apresentação de um método recente desenvolvido por Maia (2011), auxilia na difusão do mesmo, possibilitando uma nova forma de avaliar a vulnerabilidade de aquíferos. O estudo de caso baseado no trabalho escrito por Nascimento et al (2009), serviu como bom exemplo de utilização dos métodos de estudo da vulnerabilidade de aquíferos. Tendo vista os resultados obtidos no trabalho citado, que mostraram o mapeamento da vulnerabilidade, bem como a influência: das características intrínsecas do aquífero, e das atividades humanas exercidas sobre este. Palavras chave: vulnerabilidade, risco de poluição, aquífero, carga contaminante

7 7 ABSTRACT The aquifers are essential reservoirs for water supply for the population as a whole. And are used for many different human activities. Knowledge of ther physical and hydrological characteristics is essential for the exploitation of its resources. Mapping the vulnerability of aquifers to contamination is usually the first step in assessing the risk of groundwater contamination and protection of its quality. Vulnerability maps have been widely used in order to protect both areas where human activity is still not significant and the potential for exploitation of groundwater is high, as in densely populated areas with intense and risky activities. This work was based on a survey of the main techniques for assessing the vulnerability of aquifers, and how these techniques apply to each type of aquifer. The main methods that were described in this study, have been widely used in various countries and regions in order to preserve the water stored in aquifers. The presentation of a method recently developed by Maia (2011), assists in the dissemination thereof, enabling a new way of assessing the vulnerability of aquifers. The case study based on work written by Nascimento et al (2009), served as a good example of use of the methods of study of the vulnerability of aquifers. Having seen the results of the cited work, which showed the vulnerability mapping, and the influence: the intrinsic characteristics of the aquifer, and human activities exerted on this. Keywords: vulnerability, risk of pollution, aquifer, contaminant load

8 8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS METODOLOGIA ESTUDO DA VULNERABILIDADE DE AQUIFEROS OS AQUÍFEROS E SUAS CARACTERÍSTICAS Aquífero Poroso Aquíferos Fissurais Aquíferos Cársticos VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS: CONCEITOS RISCO DE POLUIÇÃO METODOS DE AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE Método GOD Método DRASTIC Método SINTACS Método EPIK Método Maia ESTUDO DE CASO LOCALIZAÇÃO HIDROLOGIA GEOLOGIA METODOLOGIA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES AVALIAÇÃO DO ESTUDO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 39

9 9 1 INTRODUÇÃO As atividades humanas e, sobretudo a permanência da vida na Terra, dependem essencialmente da água, o mais importante recurso natural existente. A água se encontra no planeta em diversos reservatórios, no entanto, a água doce é um recurso de conteúdo inferior a 1% do volume total. Entre os mais importantes armazenadores deste precioso recurso natural destacam-se os aquíferos. Estes mananciais constituem os mais importantes sistemas hídricos, e por sua vez uma dos salvaguardas da manutenção da vida no planeta Terra. As características intrínsecas de um aquífero diferem de acordo com o tipo do reservatório. Os três tipos primários de aquífero são: o aquífero poroso, o fissural e o aquífero cárstico. Atualmente, a discussão sobre a degradação dos recursos hídricos subterrâneos tem evoluído de forma importante. Os resultados destas discussões, tem fomentado o desenvolvimento e uso de técnicas para estudo dos riscos de contaminação de aquíferos e propostas de métodos que visa quantificar numericamente e de maneira simples para o usuário comum, qualquer perspectiva de contaminação. O estudo dos aquíferos, tanto das suas propriedades físico-químicas, quanto dos seus reservatórios e capacidade de armazenamento de água, como também de sua proteção, é um dos pontos importantes na geologia. No rol destes estudos está inserida a preocupação cotidiana do saber em modelar a probabilidade que estes corpos de água venham a sofrer contaminações. Assim sendo, neste conjunto de estudos e interpretações dos mananciais hídricos subterrâneos se destaca a modelização da vulnerabilidade. Os métodos de estudo da vulnerabilidade de aquíferos, constitui a ferramenta de maior destaque na proteção dos recursos hídricos subterrâneos. A precisão do método é a principal critica aos métodos de estudo, bem como todas as técnicas de proteção dos recursos hídricos subterrâneos (HIRATA 2001). Os métodos de estudos da vulnerabilidade de um aquífero à contaminação podem ser classificados de acordo com a abordagem adotada. Dentre as principais

10 10 técnicas de avaliação, se destacam os métodos que propõe um índice de vulnerabilidade único e integrado. A avaliação da vulnerabilidade permite determinar as atividades antrópicas compatíveis com a vulnerabilidade natural de um determinado aquífero. Sendo assim a avaliação do risco de contaminação de um aquífero, é uma ferramenta imprescindível contra a degradação do mesmo. Torna-se então, essencial se possuir um conhecimento da descrição dos métodos principais utilizados na avaliação de risco de contaminação de aquíferos, Visando auxiliar na escolha do método mais adequado a cada situação, tendo como objetivo principal a proteção dos reservatórios de recursos hídricos subterrâneos. Conhecer os principais métodos de análise e suas particularidades permite uma escolha mais adequada do método a ser utilizado. Considerando o ambiente, suas características físicas e, sobretudo, as atividades exercidas na região do reservatório analisado.

11 11 2 OBJETIVOS O objetivo geral deste estudo é engendrar de forma metodológica, um trabalho de levantamento bibliográfico dos principais métodos de estudo da vulnerabilidade de aquíferos existentes e publicados na bibliografia específica. 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Descrever os três principais tipos de aquíferos, destacando suas características geológicas e seus potenciais hidrogeológicos. Discutir o conceito de vulnerabilidade, bem como a importância dos métodos de estudo no modelamento e mapeamento do risco de contaminação. Fazer um estudo de caso utilizando um trabalho de mapeamento de vulnerabilidade de aquífero, destacando a utilização do método e seus resultados.

12 12 3 METODOLOGIA Este trabalho baseou-se num levantamento das principais técnicas de avaliação da vulnerabilidade dos aquíferos e como essas técnicas se aplicam a cada tipo de aquífero. A fase inicial consistiu numa pesquisa bibliográfica, visando obter embasamento teórico e cientifico sobre os três principais tipos de aquífero. Num segundo momento discutiu-se o conceito de vulnerabilidade, como este conceito tem sido abordado ao longo dos anos, por diversos autores. Posteriormente realizou-se uma pesquisa documental, objetivando aprofundar-se e conhecer um exemplo de estudo aplicado na avaliação da vulnerabilidade de um aquífero em determinada região. Em outra fase foi realizado um estudo de caso do trabalho realizado por Nascimento et. al.(2009), intitulado A vulnerabilidade do aquífero freático do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. Em outra fase de estudo será proposta a complementação dos estudos e o desenvolvimento de pesquisas experimentais. Salientando que esta pesquisa restringiu-se aos estudos de vulnerabilidade de aquíferos publicados na literatura cientifica.

13 13 4 ESTUDO DA VULNERABILIDADE DE AQUIFEROS Considera-se aquífero, uma unidade geológica capaz de armazenar e transmitir água, e pode fornecê-la em quantidade economicamente significativa. Quando a unidade aquífera é formada por mais de uma formação geológica, com características hidrogeológicas semelhantes, pode ser considerada como um sistema aquífero. A vulnerabilidade de um aquífero está relacionada a um conjunto de características naturais intrínsecas ao reservatório, que determinam a susceptibilidade deste ser afetado por uma carga contaminante (FOSTER, 1988). Dessa forma o estudo da vulnerabilidade é fundamental para compreender os fatores que determinam a contaminação. E ainda possibilitar o controle dos riscos que as atividades antrópicas oferecem a esses reservatórios. Este tipo de análise serve ainda como parâmetros, para a gestão das águas subterrâneas, por parte do poder público. 4.1 OS AQUÍFEROS E SUAS CARACTERÍSTICAS De toda a água do mundo, apenas 2,50 % é água doce e 97,50 % estão nos oceanos. Entretanto, não é toda a água doce do mundo que está disponível para o consumo, pois, grande parte dela está na forma de neve ou geleiras. Considerando apenas a porção de água doce do mundo, 29,9% está sob a forma de água subterrânea e somente 0,20 % encontra-se em rios e lagos. O restante, 68,90 %, está em estado sólido, como mostra a Figura 4.1. Toda formação geológica em que a água pode ser armazenada e que possua permeabilidade suficiente para permitir que esta se movimente pode denominar-se aquífero. Vê-se, portanto, que para ser um aquífero uma rocha ou sedimento, tem que ter porosidade suficiente para armazenar água, e que estes poros ou espaços vazios tenham dimensões suficientes para permitir que a água possa passar de um lugar a outro, sob a ação de um diferencial de pressão hidrostática.

14 14 Figura 4.1:. Porcentagem de água nos reservatórios naturais. Fonte: Midões (2001) Um aquífero consiste em estrato ou formação geológica que permite a circulação da água através dos seus poros ou fraturas, de modo a que o Homem possa aproveitá-la em quantidades economicamente viáveis tendo em conta um determinado uso (MIDÕES 2001). A classificação dos aquíferos é baseada nas características geológicas destes sistemas. As duas principais classificações são baseadas na posição geológica do aquífero e na porosidade das rochas e ou depósitos sedimentares. Quanto a posição geológica o aquífero pode ser classificado como: confinado ou livre. O aquífero confinado, também conhecido como aquífero sob pressão, é caracterizado por ser limitado no topo e na base por camadas impermeáveis. Possui pressão maior que a pressão atmosférica, consequência dessas camadas. Aquífero livre é aquele cujo limite superior é a superfície de saturação, e possui pressão igual a pressão atmosférica em todos os pontos, como mostra a Figura 4.2.

15 15 Figura 4.2: Tipo de aquífero de acordo com a posição geológica. Fonte: Midões (2001) O tipo de porosidade é também utilizado para classificar os aquíferos em: poroso, fissural e cárstico, como mostra a Figura 4.3. Figura 4.3: Modelo esquemático dos tipos de aquífero quanto a porosidade. Fonte: Midões (2001)

16 Aquífero Poroso No aquífero poroso a água circula através dos poros de grandeza milimétrica que constituem o aquífero. O aquífero poroso ocorre em rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados e solos arenosos, decompostos in situ. Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas (MIDÕES, 2001). Estes aquíferos ocorrem nas bacias sedimentares, depósitos eólicos e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentos arenosos. Uma particularidade deste tipo de aquífero é sua porosidade quase sempre homogeneamente distribuída, permitindo que a água flua para qualquer direção, em função tão somente dos diferenciais de pressão hidrostática ali existentes. Esta propriedade é conhecida como isotropia. Poços perfurados nestes aquíferos podem fornecer até 500m 3 por hora de água de boa qualidade (QUARESMA, 2004) Aquíferos Fissurais Os aquíferos fissurais ocorrem em formações geológicas que apresentam fissuras e fendas mais ou menos contínuas. Este tipo de aquíferos ocorre em rochas ígneas e metamórficas. A capacidade destas rochas armazenarem água depende da sua porosidade e permeabilidade, que por sua vez dependem da existência de fissuras ou fendas, da sua quantidade, abertura e intercomunicação. Poços perfurados nestas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora. Ou seja geralmente este tipo de aquíferos não fornece grandes volumes de água, permitindo apenas pequenas extrações locais (MIDÕES, 2001). A possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá, tão somente, do mesmo interceptar fraturas capazes de conduzir a água. Para minimizar o fracasso da perfuração nestes terrenos, faz-se necessário que a locação do poço seja bem estudada por profissional competente. Nestes aquíferos a água só pode fluir onde houver fraturas, que, quase sempre, tendem a ter orientações preferenciais, e, por isto, dizemos que são meios aquíferos anisotrópicos, ou que possuem anisotropia. Um caso particular de aquífero fissural é representado pelos derrames de rochas ígneas vulcânicas basálticas, das grandes bacias sedimentares brasileiras. Estas rochas, apesar de ígneas, são capazes de fornecer volumes de água até dez

17 17 vezes maiores do que a maioria das rochas ígneas e metamórficas (QUARESMA 2004) Aquíferos Cársticos Constituídos em rochas solúveis, geralmente rochaqs calcárias e dolomíticas, os aquíferos cársticos ocorrem onde ações mecânicas e químicas originam cavidades de dissolução (dissolução do carbonato da rocha pela água) que podem atingir grandes dimensões como mostra Figura 4.5. Quando há conexão hidráulica entre as diversas cavidades de dissolução, podem constituir-se verdadeiros cursos de água subterrânea, que permitem a circulação rápida da água. Os aquíferos cársticos são extremamente vulneráveis à contaminação, podendo proporcionar grandes volumes de água, de forma irregular, no espaço e no tempo (MIDÕES 2001). Figura 4.5: Aquífero Cárstico. Fonte: Midões (2001)

18 VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS: CONCEITOS O conceito de vulnerabilidade de aquíferos segundo Hirata (2001) foi inicialmente utilizado por Le Grand (1964), nos EUA, e Albinet & Margat (1970), na França, e mais amplamente nos anos 1980 por vários outros autores (Aller et al, 1985; Bachmat & Collin, 1987, Foster, 1987, Foster & Hirata, 1988). Reunindo alguns conceitos, Tripet et al. (1997) define a vulnerabilidade natural como sendo a intrínseca propriedade de aquífero (características geológicas, geomorfológicas, pedológicas e hidrogeológicas), que determina a sensibilidade à poluição das águas subterrâneas. O conceito de vulnerabilidade tem sido usado para expressar características intrínsecas que determinam a sensibilidade de um aquífero ser adversamente afetado por uma carga poluente antrópica imposta (HIRATA, 2001). A vulnerabilidade é fundamentada com base nas características intrínsecas dos sistemas de água subterrânea que depende da sensibilidade dos aquíferos a impactos humanos e/ou naturais e é função de fatores hidrogeológicos. De acordo com Foster & Hirata (1998) estes fatores são a acessibilidade hidráulica da zona não saturada, à penetração de contaminantes, e a capacidade de atenuação da camada que cobre a zona saturada, resultado da retenção ou reação físico-química de contaminantes (dispersão, retardação e degradação). Para Russo (2009), o termo vulnerabilidade natural de um aquífero pode ser definido como o primeiro passo para a avaliação da susceptibilidade do aquífero a vir a ser contaminado. Dependente de diversos fatores ambientais, a estimativa da avaliação da vulnerabilidade da água subterrânea é caracterizada pelo autor como uma predição do processo que está ocorrendo abaixo da superfície da Terra. Esta depende de diversos fatores como geologia, geomorfologia, espessura da camada não saturada, recarga natural, escoamento superficial, exploração da água, dentre outros (SANTOS, et. al. 2010).

19 RISCO DE POLUIÇÃO A vulnerabilidade é distinta do risco de poluição. Este depende não só da vulnerabilidade, mas também da existência de cargas poluentes significativas que possam entrar no ambiente subterrâneo (FERREIRA, 1998). O risco de poluição da água subterrânea seria então definido como a probabilidade de que a água subterrânea na parte superior de um aquífero atinja níveis inaceitáveis de contaminação em decorrência das atividades que se realizam na cobertura imediata da superfície do solo (Foster e Hirata, 1988; Adams e Foster, 1992). As atividades antrópicas exercidas dentro do contexto de um aqüífero e as características naturais intrínsecas a este, são os fatores predominantes, na avaliação do risco de contaminação. Segundo Santos et. al. (2010) é importante precisar a diferença entre vulnerabilidade e risco de poluição. O risco é causado não apenas pelas características intrínsecas do aquífero, muito estáveis, mas também pela existência de atividades poluentes, fator dinâmico, que em principio pode ser controlado. Foster et. al. (1998) destaca que, a caracterização mais aproximada da idéia de risco de poluição de água subterrânea consiste na associação e interação entre a vulnerabilidade natural do aquífero e a carga contaminante (vulnerabilidade específica), aplicada no solo ou em subsuperfície sem estar necessariamente associada a desastres naturais. Muitas vezes uma situação de alta vulnerabilidade pode não apresentar qualquer risco de poluição pela ausência de carga poluidora significativa ou vice-versa. A carga poluidora pode ser controlada ou modificada, o mesmo não ocorre com a vulnerabilidade natural que é uma propriedade intrínseca do aquífero. A contaminação ou não de um aquífero vai depender das atividades antrópicas que estão sobre ele localizadas, ou seja, este pode ser altamente vulnerável, mas não correr nenhum risco de ser contaminado por estar localizado numa área distante de fontes poluidoras (SANTOS et.al., 2010).

20 METODOS DE AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE A grande complexidade hidrogeológica, que faz com que cada ambiente seja único, dificulta que métodos de cartografias de vulnerabilidade classifiquem os aquíferos de forma absoluta, ou seja, que cada unidade tenha significado sem a comparação com outras unidades. A grande maioria dos métodos existentes classifica os aquíferos de forma relativa. ( HIRATA 2001) Cientificamente é mais lógico e coerente avaliar a vulnerabilidade para cada contaminante ou cada classe de contaminante (nutriente, microorganismos patogênicos, hidrocarbonetos clorados ou não, metais pesados, etc.) individualmente ou cada grupo de atividade (saneamento in situ, cultivos agrícolas, disposição de efluentes industriais, etc.) separadamente (Seller & Canter, 1980; Le Grand, 1983; Carter et al, 1987). Os principais parâmetros subjacentes à elaboração de mapas de vulnerabilidade à poluição diferem de país para país (Ferreira 1999). Alguns métodos incluem índices de vulnerabilidade formados por parâmetros hidrogeológicos, morfológicos e outras formas de parametrização das características dos aquíferos, de um modo bem definido. A adoção de índices de vulnerabilidade tem a vantagem, em princípio, de eliminar ou minimizar a subjetividade inerente aos processos de avaliação (FERREIRA, 1999). Os componentes que determinam a vulnerabilidade dos aquíferos são resultantes de uma combinação de vários fatores. Entretanto, na prática pode-se simplificar e utilizar apenas os parâmetros tipo de ocorrência da água subterrânea, características e litologia das camadas geológicas acima do aquífero e profundidade do nível d água. Nessa avaliação inicial, a determinação da vulnerabilidade natural de aquíferos deve ser tomada com precaução, devido ao fato de que existem diversos tipos de contaminantes, cada um com suas características definidas (BRAGA, 2008). O mapeamento da vulnerabilidade do aquífero à contaminação normalmente é o primeiro passo na avaliação do perigo de contaminação da água subterrânea e na proteção de sua qualidade.

21 21 Mapas de vulnerabilidade vêm sendo amplamente utilizados, com o objetivo de proteger tanto áreas onde a atividade antrópica ainda é pouco expressiva e o potencial para exploração das águas subterrâneas é elevado, como em áreas densamente povoadas e com intensas atividades de risco Quadro 4.1. Foster (2002), propôs duas questões fundamentais, acerca da vulnerabilidade do aquífero à contaminação: a) estabelecer um índice de vulnerabilidade único e integrado, ou se é melhor trabalhar com a vulnerabilidade específica a determinados contaminantes e condições de poluição. b) fornecer um indicador absoluto da vulnerabilidade à contaminação como um todo, ou restringir-se aos índices de vulnerabilidade relativos, bem menos eficazes. Quadro 4.1: Quadro com os principais métodos de estudo da vulnerabilidade de aquíferos. Método Avaliação Fatores Referência Maia Vulnerabilidade Prof. água, esp. solo, dec. terreno, MAIA (2011) geral cap. específica, rec. potencial, dens. fraturas, transm. aquífero. ΔHT Vulnerabilidade em aquífero Potencial hidráulico e transmissividade vertical AUGE (2001) semiconfinado IS Vulnerabilidade geral Profundidade da água, recarga, litologia, topografia e ocupação do solo FRANCÉS et al. (2001) ; PARALTA et al. (2001) EPPNA Vulnerabilidade geral Características litológicas e hidrogeológicas PLANO NACIONAL DA ÁGUA (1998) EPIK Vulnerabilidade geral Carstificação superficial, cobertura de proteção, infiltração e rede cárstica DOERFLIGER; ZWAHLEN (1997) EKv Vulnerabilidade geral Espessura da zona subsaturada e permeabilidade da zona saturada AUGE (1995) AVI Vulnerabilidade geral Espessura da camada acima do aquífero e condt. Hidráulica VAN STEMPVOORT (1993) SANEAMENTO IN SITU Vulnerabilidade e saneamento in situ Tipo de aquífero, litologia da zona vadosa, prof. E qualidade da água FERREIRA; HIRATA (1993) SEM NOME Vulnerabilidade geral Característica litológica, permeabilidade e profundidade da água ADAMS; FOSTER (1992)

22 22 SINTACS GOD SEM NOME POTENTIAL WASTE SITES (PWDS) GROUNDWATER VULNERABILITY MAP FOR NITRATE DRASTIC LANDFILL SITE RANKING SITE RANKING METHODOLOGY WASTE-SOIL INTERACTION MATRIX POLUIÇÃO DOS LENÇÓIS AQUÍFEROS SITE RANKING SYSTEM SURFACE IMPOUNDMENT ASSESSMENT Vulnerabilidade geral Vulnerabilidade geral Vulnerabilidade geral Disposição de resíduos Sólidos Potencial de lixiviação de nitrato Vulnerabilidade geral Aterros sanitários Disposição de resíduos sólidos Disposição de resíduos sólidos e líquidos Vulnerabilidade geral Disposição de produtos Químicos Disposição de águas Servidas Fonte: Modificado de Santos e Cruz (2010). aquífero, cam. Subsaturada, condutividade, topografia Tipo de aquífero, litologia da zona vadosa, prof. da água Condutividade, prof. água, umidade do solo e recarga real Vulnerabilidade, confinamento, prox. da fonte, tipo e quant. do cont., veloc. zona saturada, percolação Tipo de solo, carac. hidráulicas, e litologia do aquífero Prof. água, recarga, aquífero, solo, topografia, impacto, cond. Hidráulica Distância aterro/poço, gradiente, permeabilidade e capac. de atenuação contam., pluv., perm. do solo, carac. do resíduo, menejo e espect. oper. e construt. Efeitos na saúde, caract. e comport. do produto, capac. de atenuação do solo, hidrografia Geologia (litologia e estrutura) Solo, carac. hidráulicas, sorção e tamponam. químico, hidrodinâmica, ar, população Zona não saturada importância do rec, qualidade da água e periculosidade do material CIVITA et al. (1990) FOSTER; HIRATA (1988) MARCOLONGO; PRETTO (1987) BGS (sem data) CARTER et al. (1987) ALLER et al. (1985) LE GRAND (1983) KULFS et al. (1980) PHILIPS et al. (1977) TALTASSE et al. (1972) HARGERTY et al. (1973) LE GRAND (1964) Maia (2011) afirma que os métodos tradicionais para avaliar a vulnerabilidade foram desenvolvidos, de maneira geral, para um tipo particular de aquífero, quase sempre definindo os valores das variáveis por meio de tabelas e aplicando fatores

23 23 de ponderação definidos com bastante subjetividade a cada uma delas, o que compromete seus resultados. Os fatores que influenciam o comportamento hidrogeológico dos aquíferos variam: 1) nos aquíferos Fissurais, dependem da intensidade do fraturamento; 2) nos Cársticos, do grau de carstificação e 3) nos Granulares, de ambientes deposicionais e processos diagenéticos. Esses fatores não são avaliados nas tabelas/ábacos e provocam distorções nos índices dos principais métodos (Maia, 2011). Os métodos que utilizam índices, se destacam entre as principais técnicas de avaliação, esses tem como base a analise de alguns parâmetros do aquífero, classificando-os de acordo com índices, e distribuídos espacialmente. Os parâmetros individualmente classificados são sobrepostos para compor o mapa geral de vulnerabilidade (Tavares et al., 2009). Dentre esses métodos se destacam : GOD (Foster 1987); DRASTIC (Aller et al., 1987); SINTACS (Civitia, 1994) e EPIK (Doerfliger e Zwahlen, 1997) Método GOD O método GOD consiste num método simples e sistemático, e foi desenvolvido em 1987 por Foster. Foi utilizado de forma ampla na América Latina e no Caribe durante a década de Devido a sua pragmática simples, é o primeiro método usado para estimar o risco de contaminação de um aquífero, que é utilizado para estabelecer as prioridades de ação, à luz dos resultados. Para determinar a vulnerabilidade do aquífero à contaminação, são considerados dois fatores básicos: a) o nível de inacessibilidade hidráulica da zona saturada do aquífero. b) a capacidade de atenuação dos estratos de cobertura da porção saturada do aquífero (FOSTER 2002). O índice GOD baseia-se nos seguintes fatores: G tipo de aquífero, com valores estabelecidos entre 0,0 1,0; O classe de aquífero em termos de grau de confinamento e litologia na escala entre 0,3 0,9; D profundidade do nível da água

24 24 Figura 4.5: Diagrama explicativo para metodologia GOD. Fonte: Bovolato subterrânea com valores entre 0,4 1,0. O índice final integral de vulnerabilidade do aquífero é o produto dos três índices desses parâmetros (Figura 4.5). Foster e Hirata (1998), propuseram então que as classes de vulnerabilidade, fossem subdivididas em 5 categorias, assim como mostra o Tabela 4.1.

25 25 Tabela 4.1: Classes de vulnerabilidade do índice GOD. Classes de vulnerabilidade Extrema Alta Moderada Baixa Desprezível Fonte: Foster; Hirata, (1998). Definição prática Vulnerável a muitos poluentes, com rápido impacto em muitos cenários de contaminação Vulnerável a muitos poluentes, exceto aqueles muito pouco móveis e pouco persistentes Vulnerável a alguns poluentes, mas somente quando continuamente lançados Somente vulnerável a contaminantes conservativos em longo prazo, quando continuamente e amplamente lançado Camadas confinadas com fluxo vertical descendente não significativo Índice de vulnerabilidade 0,7 1,0 0,5 0,7 0,3 0,5 0,1 0,3 0 0, Método DRASTIC O DRASTIC é um modelo empírico desenvolvido por Aller et al (1987) para a, EPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos). Este método é usado tanto para a qualificação como para mapeamento e atribuição com base em taxas que variam de 1 (baixa vulnerabilidade) a 10 (mais alta vulnerabilidade), de acordo com as características e comportamento das variáveis consideradas na sigla DRASTIC: D profundidade da superfície freática; R recarga do aquífero; A tipo de aquífero; S tipo de solo; T topografia ou declividade do terreno; I Influência na zona não saturada; C condutividade hidráulica do aquífero (MELO JUNIOR, 2008). Posteriormente esses índices são multiplicados por um peso (entre 1 e 5) (Tabela 4.2). O índice final é obtido somando-se os produtos de cada parâmetro pelo peso respectivo. O índice final varia entre 26 (mínima) e 226 (máxima) (Tabela 4.3).

26 26 Tabela 4.2: Pesos inferidos para os fatores DRASTIC FATOR DRASTIC FATOR DRASTIC Profundidade da água 5 Recarga 4 Meio Áquifero 3 Solo 2 Topografia 1 Impacto da zona vadosa 5 Condutividade hidráulica 3 Fonte: (Aller et al., 1987). Tabela 4.3: Classes de vulnerabilidade do índice DRASTIC Índice DRASTIC Vulnerabilidade Muito Alta Alta Intermediária Baixa Fonte: (Aller et al., 1987). Melo Junior, (2008), considera que um produto cartográfico representado em um mapa, é um produto subjetivo, baseado em dados objetivos, produzido com base na sensibilidade de seus autores em relação aos parâmetros enfocados, logo se nota que, apesar de amplamente divulgado e utilizado mundialmente, o método DRASTIC algumas vezes apresenta incompreensão e má interpretação de seus índices finais, em decorrência da ausência de uma escala que defina a vulnerabilidade intrínseca de uma região. Este fato pode ser observado em trabalhos de autores como Babiker et al. (2005), Nobre (2006) e Lobo Ferreira e Oliveira (2004), que divergem em relação à escala final de vulnerabilidade para os índices DRASTIC. A principal crítica ao DRASTIC se dá, com relação à subjetividade dos parâmetros R e C, ambos relacionados com o processo de recarga do aquífero (AUGE, 2004).

27 Método SINTACS O método SINTACS, desenvolvido por Civita et. al. (1990), baseou-se no método DRASTIC e utiliza os mesmos parâmetros. Ele foi adequado as características hidrogeológicas da Itália, e ao requerimento de um mapeamento de maior detalhe. Os parâmetros desse método são os seguintes: S: Profundidade do aquífero. Equivalente a D no DRASTIC. I: Infiltração. Equivalente a R no DRASTIC. N: Impacto da zona vadosa. Equivalente a I no DRASTIC. T: Tipo de solo. Equivalente a S no DRASTIC. A: Litologia do aquífero. Equivalente a A no DRASTIC. C: Condutividade hidráulica. Equivalente a C no DRASTIC. S: Declive. Equivalente a T no DRASTIC. O método SINTACS atribui a cada parâmetro um índice de 1 a 10. O resultado final é um cálculo do índice de vulnerabilidade (Tabela 4.4),que resulta do somatório dos sete parâmetros, cada um multiplicado por um peso respectivo (Tabela 4.5). Tabela 4.4 : Classes de vulnerabilidade do índice SINTACS. Índice Vulnerabilidade > 210 Muito alta Alta Moderadamente Alta Média Baixa < 80 Muito Baixa Fonte: Civita e De Maio (2000).

28 28 Tabela 4.5: Pesos em função de parâmetros e vulnerabilidade. Parâmetro Normal Rigoroso Infiltração Carste Fissurado Nitratos S I N T A C S Fonte:Civita e De Maio( 2000). Assim como no método DRASTIC, a necessidade de muitos parâmetros, dificulta a aplicação do método SINTACS. Para medição de todas as variáveis, é necessário um aporte financeiro considerável Método EPIK O método EPIK foi desenvolvido especificamente para a avaliação da vulnerabilidade de aquíferos cársticos (Doerfliger & Zwahlen 1997). O índice e construído com base nos seguintes parâmetros: E Epicárstico (zona carstificada próxima a superfície); P - Cobertura de proteção I - Condições de infiltração K - Grau de desenvolvimento da rede cárstica A cada parâmetro e atribuído um valor segundo uma classificação em que se toma em conta o impacto potencial da poluição (Tabela 4.6 a 4.9). Após a classificação dos vários parâmetros (E,P, I, K) e efetuada a soma ponderada, para o cálculo do índice (Tabela 4.10).

29 29 Tabela 4.6: Parâmetros do método EPIK. Epicárstico Aspectos da geomorfologia Classificação cárstica E1 Sumidouros, dolinas, afloramentos muito 1 fraturados E2 Zonas intermediarias no alinhamento de 3 dolinas, vales secos, afloramentos com fraturação media E3 Ausência 4 Tabela 4.7: Parâmetros do método EPIK. Cobertura de proteção Espessura do solo acima Classificação do aquífero cárstico P cm 1 P cm 2 P3 1m 8 m 3 P4 >8m 4 Tabela 4.8: Parâmetros do método EPIK. Infiltração Tipo Classificação I1 Cursos de água de caráter perene 1 ou temporário que alimentam sumidouros e dolinas. I2 Áreas em bacias hidrográficas com 2 inclinação > 10% em áreas cultivadas e >25% em prados e pastagens. I3 Áreas em bacias hidrográficas com 3 inclinação <10% em áreas cultivadas e <25% em prados e pastagens. I4 A restante área da bacia hidrográfica. 4 Figura 4.9: Parâmetros do método EPIK. Rede cárstica Grau de desenvolvimento Classificação K1 Moderado a muito 1 desenvolvido K2 Fraco 2 K3 Aquíferos sem carsificação 3 Fonte: Ribeiro e Mendes, 2010).

30 30 Tabela 4.10: Classes de vulnerabilidade do índice EPIK. Classe de Vulnerabilidade Valor Atribuído Muito Alta < 9 Alta 9 19 Média Baixa Muito Baixa >34 Fonte: Doerfliger; Zwahlen,( 1997) Método Maia Maia (2011), buscou evitar o uso de fatores de ponderação, procurou-se tratar os valores das variáveis e colocá-los em uma escala equivalente adequada, sem que esses percam a relação com os valores medidos e permitir que esses índices possam ser aplicados na equação sem o uso de fatores de compensação de impactos. A partir da decomposição e análise dos métodos mais utilizados, foram selecionadas somente as variáveis passíveis de serem medidas para utilizar na dedução da equação do novo método que descrever a vulnerabilidade intrínseca dos aquíferos (Maia 2011). Maia (2011) avaliou as variáveis com a finalidade de selecionar as mais indicadas para compor as equações do método para o cálculo da vulnerabilidade dos aquíferos em escala regional. Para tanto, elas foram descritas, de maneira mais ou menos uniforme, com o objetivo de facilitar o entendimento do papel que cada uma delas exerce sobre os fatores de proteção naturais e seu rebatimento na vulnerabilidade dos aquíferos, são elas: a. Profundidade da Água (PA). b. Espessura do solo (ES). c. Declividade do Terreno (DT). d. A Capacidade específica (CE). e. Recarga potencial (RE). f. Densidade de Fraturas (DF). g. Transmissividade do Aquífero (TA). O modelo utilizado para descrever a vulnerabilidade do aquífero está ancorado em uma formulação matemática elementar, no qual cada termo da

31 31 equação apresenta uma relação direta ou inversa com a vulnerabilidade. O somatório desses parâmetros resulta em índices que foram, subdivididos em quatro classes de vulnerabilidade, como mostra o Tabela Tabela 4.11: Índices de vulnerabilidade do método Maia. Índice Vulnerabilidade > 25,5 Extrema 18,0 25,5 Alta 10,5 18,0 Média < 10,5 Baixa Fonte: Maia (2011). Maia (2011), observou que todas as variáveis aplicadas no método proposto, são medidas diretamente nos aquíferos e apresentam uma relação matemática com a vulnerabilidade. São características intrínsecas dos aquíferos que se relacionam de forma direta ou inversa com a vulnerabilidade.

32 32 5 ESTUDO DE CASO Foi realizado um estudo de caso baseado no artigo intitulado : A vulnerabilidade do aquífero freático do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. Escrito por: Sérgio A. de Morais Nascimento, Johildo Salomão Figueiredo Barbosa e Manuel Jerônimo Moreira Cruz. Publicado pela Revista de Geologia, vol. 22, nº 1, 75 85, LOCALIZAÇÃO O município de Salvador está situado no Estado da Bahia entre as coordenadas geográficas 12º53 54 e 13º00 59 de latitude sul e 38º18 31 e 38º32 20 de longitude oeste, limitando-se ao sul e leste com o Oceano Atlântico e a oeste com a Baia de Todos os Santos. Ele abrange uma área de 308,15 km 2, sendo que 244 km 2 formam o Horst ou Alto Cristalino de Salvador, Figura 5.1. Figura 5.1: Localização da área de trabalho. Fonte: Nascimento et al (2009)

33 HIDROLOGIA As principais bacias hidrográficas da porção continental são: Rio Camarujipe com 52km², Rio Cobre com 17km², Rio Ipitanga com 59km², Rio Jaguaribe com 58km², Rio Lucaia com 18km² e Rio das Pedras/Pituaçu com 28km². Em escala regional o sistema de drenagem é dendrítico, tendo as suas nascentes situadas no alto cristalino, com o fluxo de água dos rios migrando em direção ao Oceano Atlântico, com exceção das águas da bacia do Cobre que correm em direção a Baia de Todos os Santos. 5.3 GEOLOGIA O Alto Cristalino de Salvador é formado por rochas metamórficas ortoderivadas compostas de granulitos charnoenderbíticos e tonalíticos que contêm enclaves ultramáficos (metapiroxenitos) e máficos (metagabros), sendo cortadas por monzosienogranitos e diques máficos. Ocorre também, um grupo de rochas metamórficas paraderivadas alumino-magnesianas, granulitos básicos e quartzitos que ocorrem associadas. A leste da Falha do Iguatemi, onde as elevações do embasamento cristalino são menores, ocorrem rochas monzoníticas-monzodioríticas e um conjunto de rochas gnáissicas, graníticas, anfibolíticas e migmatíticas com predominância da fácies anfibolítica sobre a fácies granulítica (BARBOSA et al., 2005). Sobre o Alto Cristalino de Salvador encontram-se as coberturas regolíticas que apresentam geralmente cor avermelhada, dominantemente argilosas. Além dos regolitos, essas coberturas podem ser constituídas também por sedimentos terciários da Formação Barreiras e depósitos fluviomarinhos e eólicos de idade quaternária (Figura 5.2) Os sedimentos da Formação Barreiras são constituídos de materiais arenoargilosos não consolidados de coloração vermelha, violeta, branca e amarela, com estratificações plano-paralelas e cruzadas. Os depósitos fluviomarinhos são

34 34 arenosos e argilo-arenosos encontrados no litoral atlântico, em zonas baixas que margeiam os rios próximos à foz. Os depósitos eólicos, caracterizados pelas dunas, Figura 5.2: Geologia da cidade de Salvador- Ba Fonte: Barbosa et al (2005).

35 35 constituem as feições mais conspícuas da faixa litorânea que se estendem desde o bairro da Pituba até Stella Mares. 5.4 METODOLOGIA Para o mapeamento da vulnerabilidade do Alto Cristalino de Salvador foi utilizado o método DRASTIC que tem uso muito difundido em todo mundo ocidental. Baseia-se no estabelecimento de índices que vão de 1 a 10, de acordo com as características e o comportamento das variáveis respectivamente. Para a aplicação do método Drastic foram utilizadas informações de 98 poços tubulares que capturam água subterrânea, distribuídos na cidade alta de Salvador, georreferenciados com coordenadas UTM e compatibilizados com o mapa geológico de Salvador (Barbosa et al. 2005), na escala 1: O índice DRASTIC para a região do Alto Cristalino de Salvador foi calculado multiplicando-se o valor atribuído ao parâmetro pelo seu peso relativo (w). Cada parâmetro tem um peso pré determinado que reflete a sua importância relativa na quantificação do índice de vulnerabilidade. 5.5 RESULTADOS OBTIDOS O índice DRASTIC para a área do Alto Cristalino de Salvador variou entre 79 e 168, podendo-se classificar as diversas faixas mapeadas nas seguintes condições de vulnerabilidade: 79 a 106 (insignificante); 106 a 120 (muito baixa); 120 a 127 (baixa); 127 a 141 (moderada) e, 141 a 168 (alta). O modelamento dos índices de vulnerabilidade encontrados em cada poço tubular mostra a distribuição das áreas com maior e menor vulnerabilidade. 5.6 CONCLUSÕES Este trabalho mostrou que o método DRASTIC apresentou bons resultados no estudo da vulnerabilidade do aquífero do Alto Cristalino de Salvador, sobretudo porque foi aplicado em uma zona urbana com grande ocupação populacional e, portanto com alto risco de contaminação das suas águas subterrâneas.a variação

36 36 sazonal da profundidade do nível estático se constitui num importante parâmetro no estabelecimento dos índices de vulnerabilidade. Os resultados obtidos permitem também concluir que, no Alto Cristalino de Salvador a distribuição espacial dos índices de vulnerabilidade aumentam a partir do compartimento morfológico situado a oeste da Falha do Iguatemi em direção à Planície Costeira Atlântica. Esse aumento da vulnerabilidade é devido a menor profundidade do nível estático (NE) e a existência da Planície Costeira formado por sedimentos recentes, principalmente o cordão de dunas que apresentam alta condutividade hidráulica. Ficou evidenciada através da matriz de correlação linear (Pearson) que a amônia e o ortofosfato apresentam coeficientes de correlação ( r ) positivos e significativos com os índices de vulnerabilidade, com r = 0,62 e r = 0,64 respectivamente. Isto pode ser uma indicação da existência de um processo inicial de contaminação nas áreas mais vulneráveis da Planície Costeira Atlântica A amônia e o ortofosfato quando acrescidos às águas subterrâneas são indicadores da utilização pela população de detergentes, saponáceos, inseticidas e pesticidas, além da participação dos esgotos domésticos preferencialmente em áreas sem saneamento básico. 5.7 AVALIAÇÃO DO ESTUDO O estudo apresentado demonstra a importância dos métodos de avaliação da vulnerabilidade de aquíferos, e como esta ferramenta pode ser decisiva no gerenciamento dos recursos hídricos subterrâneos. A utilização do método DRASTIC foi satisfatória, tendo em vista que demonstrou a variação da vulnerabilidade em pontos determinados. Sendo possível referenciar as variações com parâmetros como sazonalidade e consequente variação da profundidade do nível estático. E ainda com o compartimento morfológico, nesse caso a área que fica a oeste da Falha do Iguatemi em direção à Planície Costeira Atlântica, onde a distribuição espacial dos índices de vulnerabilidade aumenta.

37 37 Outro método recomendado na avaliação do aquífero estudado, é o Método Maia. Este método utiliza um número de variáveis próximo ao número de variáveis do método DRASTIC, entretanto o método sugerido evita o uso de fatores de ponderação, pois não usa parâmetros com intervalos de valores de diferentes amplitudes.

38 38 6. CONCLUSÃO Este trabalho mostrou, que os métodos de estudo da vulnerabilidade de aquíferos são essenciais para avaliação e controle da qualidade dos recursos hídricos subterrâneos. O conhecimento das características físicas e hidrológicas dos aquíferos, apresentadas neste trabalho, foram determinantes para compreender a aplicação dos métodos e as variáveis utilizadas por estes. Os principais métodos que foram descritos nesse trabalho, têm sido bastante utilizados em diversos países e regiões, no intuito de preservar a qualidade da água armazenada nos aquíferos. A apresentação de um método recente desenvolvido por Maia (2011), auxilia na difusão do mesmo, possibilitando uma nova forma de avaliar a vulnerabilidade de aquíferos. O estudo de caso baseado no trabalho escrito por Nascimento et al (2009), serviu como bom exemplo de utilização dos métodos de estudo da vulnerabilidade de aquíferos, tendo vista os resultados obtidos no trabalho citado, que mostraram o mapeamento da vulnerabilidade, bem como a influência das características intrínsecas do aquífero e as atividades humanas exercidas sobre este.

39 39 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBINET, M. & MARGAT, J. Cartographie de la vulnerabilite a la pollution des nappes d eau souterraine. Bull BRGM 2 ed. Series 3(4): p.13-22, ALLER, L.et al. DRASTIC: a standardized system for evaluating groundwater pollution potential using hydrogeologic settings. US, BACHMAT, Y. & COLLIN, M.. Mapping to assess groundwater vulnerability to pollution. In: Vulnerability of soil and groundwater to pollutants (W. van Duijvenbooden and H.G. van Waegeningh, eds.), TNO Committee on Hydrological Research, The Hague, Proceeding and Information No. 38, 1987 p BRAGA, A. C. O. Estimativa da vulnerabilidade natural de aquíferos: uma contribuição a partir da resistividade e condutância longitudinal. Revista Brasileira de Geofísica, 26 ed. nº1, 2008 p Sociedade Brasileira de Geofísica. ISSN X. CIVITA, M.; DE MAIO, M. Valutazione e cartografia automatica della vulnerabilità degli acquiferi all inquinamento con il sistema parametrico. SINTACS R5 a new parametric system for the assessment and automatic mapping of groundwater vulnerability to contamination. Pitagora Editrice, Pubbl. n 2200 del GNDCI-CNR, CIVITTA, M. La carte della vulnerabilità deli aquiferi all inquinamento: teoria e pratica. Bologna: Pitagora Editrice, 1994, 325p. DOERFLIGER, N.; ZWAHLEN, F. EPIK: a new method for outlining of protection areas in karstic environment. In: Günay, G.; Jonshon, A.I. (Ed). International symposium and field seminar on karst waters and environmental impacts. Antalya, Turkey, Balkema, Rotterdam, 1997, p. FOSTER, S.; et. al. Proteção da qualidade da água subterrânea: um guia para empresas de abastecimento de água, órgãos municipais e agências ambientais. Banco Internacional de Reconstrução e Desenvolvimento/Banco Mundial, Disponível em: < portugese.pdf> Acesso em: 02 fev FOSTER, S.; HIRATA, R. Groundwater pollution risk evaluation: a ethodology basead on available data. CEPIS/PAHO Techinical Report Lima/Peru, 1998, 78p. Foster, S Fundamental concept in aquifer vulnerability pollution risk and protection strategy. Proc. Intl. Conf. Vulnerability of soil and groundwater to pollution. Nordwijk, The Netherlands, 1988.

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