HIDROGEOLOGIA AVANÇADA. Reservas e Projetos de Abastecimento de Comunidades

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1 HIDROGEOLOGIA AVANÇADA PARTE II Aula 05 Reservas e Projetos de Abastecimento de Comunidades Prof. Milton Matta

2 1- INTRODUÇÃO O Capítulo de Projetos e Análises de poços tem como principal objetivo transmitir ao estudante de hidrogeologia uma visão geral sobre construção de poços tubulares e suas variadas aplicações. Como objetivos específicos podem ser citados: descrição dos principais métodos de perfuração de poços tubulares; discussão sobre os processos de elaboração de projetos de poços tubulares; construção de poços tubulares de forma correta, sem riscos de contaminação das águas subterrâneas; utilização de poços tubulares e sua relação com a ocupação urbana;

3 desenvolvimento de poços tubulares e otimização de vazões; discussão dos projetos relacionados à manutenção de poços e suas implicações na vida útil dos mesmos. A relevância desse assunto para o estudo das águas subterrâneas é muito grande, sobretudo nos tempos atuais onde a sociedade moderna discute, nos mais variados fóruns, os problemas relacionados com o abastecimento de água potável. Sabe-se que apenas cerca de 1% da água do planeta é doce e que a metade faz parte dos lençóis subterrâneos.

4 2- As obras de Captação em Belém e Adjacências Na região de Belém e adjacências existe uma grande variedade de tipos de obras de captação das águas subterrâneas, que vão desde os conhecidos Poços Amazonas até sofisticadas obras de engenharia hidrogeológica POÇOS OS ESCAVADOS - AMAZONAS A grande maioria dos poços para abastecimento de água subterrânea na área de Belém e adjacências é o poço amazonas. Na verdade, tratam-se de buracos cavados manualmente para captar água do subsolo, feitos sem qualquer preocupação técnica ou higiênica. Os perfuradores são moradores das comunidades que dispõem das ferramentas básicas.

5 Poço escavado (Amazonas) na região de Ananindeua, objeto de medida de nível de água.

6 Poços Escavados

7 Esses poços estão vastamente distribuídos na RMB e normalmente possuem suas águas contaminadas por uma gama muito variada de fontes pontuais de contaminação. As zonas aqüíferas explotadas pelos poços do tipo amazonas são os terraços alúvio-coluvionares. As profundidades variam de 2 a 10 metros, diâmetros de boca na ordem de 0,90 metros a 1,50 metros e níveis estáticos que variam dependendo do período de medida. Valores entre 2,5 a 7,8m foram medidos. A maioria dos poços está associada com bombas submersas ou similares. A maioria desses poços está em propriedades particulares que passam por sérias dificuldades de abastecimento quando, boa parte desses poços, no período de estiagem máxima, seca, obrigando o aprofundamento dos mesmos ou a utilização de outras alternativas para solucionar o abastecimento.

8 Poço escavado (Amazonas) na região de Belém e sua alta vulnerabilidade frente às fontes de contaminação/poluição.

9 Na área existem algumas dezenas de nascentes que estão associadas às mais variadas utilidades desde residências particulares a granjas e balneários. Estas fontes são surgências de água na superfície, como conseqüência do nível freático cortar a superfície topográfica POÇOS OS TUBULARES Os poços tubulares perfurados no âmbito da RMB estão divididos em três grupos distintos quanto aos seus processos construtivos. A) O primeiro deles é constituído por poços rasos, com profundidades que dificilmente ultrapassam 25m. Explotam zonas aqüíferas dos sedimentos Pós-Barreiras, com diâmetros de perfuração de 6 a 8 polegadas e revestidos com tubos de PVC ou similar de 4 ou 3 polegadas. Os níveis estáticos medidos durante um ciclo hidrológico completo variaram de 2,4 a 6,2 metros.

10 Esses poços são mal construídos, sem qualquer preocupação técnica e por pessoas não habilitadas. Normalmente são elementos que possuem algum equipamento de perfuração manual ou mesmo sondas elétricas e se dizem especialistas em perfuração de poços. Nesse caso o processo de perfuração é rotativo-manual. Normalmente a rotação é feita por três indivíduos que manipulam o equipamento e, dependendo do material que está sendo atravessado, a sondagem é bastante lenta. Nessas obras de captação o fator determinante é o custo do poço. Para tanto, os sondadores utilizam-se de tubos PVC que são serrilhados a mão para funcionarem como filtros, sem qualquer controle granulométrico do material aqüífero. Os revestimentos são precários e os cuidados com o desenvolvimento do poço inexistem. Os poços desse conjunto constituem uma importante fonte de contaminação dos aqüíferos confinados ou semi-confinados por romperem as camadas confinantes e permitirem a condução dos agentes poluidores aos níveis aqüíferos inferiores.

11 Poços tubulares com proteção sanitária e ligação para caixa d água. Região de Belém.

12 É desnecessário mencionar que esses sondadores estão totalmente fora da regulamentação vigentes e não são cadastrados no CREA-PA nem suas obras. O segundo conjunto de poços tubulares é aqueles construídos por firmas estabelecidas no mercado e que possuem técnica um pouco mais elaborada. Ainda assim, essas firmas não estão legalmente registradas nos órgãos legais (CREA-PA) e, normalmente não se responsabilizam tecnicamente por suas obras. Diversos são os casos que tem chegado aos órgãos fiscalizadores, através de denuncias de consumidores que tiveram seus poços perfurados por firmas não habilitadas e sem geólogos em seus quadros, como exige a legislação em vigor. As principais reclamações tem sido associadas (i) às bombas que queimam com facilidade em função da entrada de areia nos poços, causadas por mal dimensionamento das aberturas dos filtros e falta de cuidado com a compactação dos pré-filtros e (ii) falta de qualidade nas águas captadas ou contaminações nas mesmas associadas à falta de cimentação nos poços e outros erros construtivos.

13 Poço tubular com ligação para caixa d` água, abastecendo escola pública em Ananindeua.

14 Esses poços explotam os aqüíferos da unidade Barreiras e chegam a atingir profundidades de até 100 m. Os diâmetros de perfuração são de 12 ¼ na maioria das vezes e revestidos por tubos e filtros de 6 polegadas. Essas obras, na sua grande maioria, estão em condomínios residenciais e pequenas comunidades. Os processos construtivos são rotativos através de sondas elétricas. O terceiro grupo de poços tubulares é construído por firmas regularmente registradas nos órgãos competentes, com vasta experiência no mercado e que constroem obras de engenharia geológica que vêm sendo espalhadas na região de Belém e Ananindeua. Vários desses poços têm mais de uma dezena de anos de construção e não tem apresentado qualquer problema. Esses poços explotam os aqüíferos da Formação Pirabas em profundidades de até 280 metros, sendo que o nível ideal (melhor qualidade e quantidade) acha-se entre 180 m e 270 m. Os diâmetros de perfuração variam de 22 a 17 ½ e são revestidos com 14 e 8, respectivamente.

15 Tanques de lama associados à perfuração de poços profundos em Belém (Poço da UFPA) Equipamento de perfuração de poços profundos na região de Belém (Poço da UFPA).

16 Normalmente nos revestimentos são utilizados tubos de aço carbono schedulle 40 e filtros de aço inoxidável AISI 304, com aberturas de 0,50 mm a 0,75 mm. Para profundidades menores, até 200 m, em alguns poços são utilizados tubos geomecânicos e filtros inox com ranhura de 0,5mm a 0,75mm. Os métodos de perfuração normalmente são rotativos com circulação de fluido a base de bentonita e água doce, com amostragem de calha em intervalos de 2 em 2 metros ou 3 em 3 metros. Perfuração do Poço o Campus UFPA. Foto 01- Testemunhos de sondagem.

17 Foto 03- Acampamento montado às margens do rio Guamá. Foto 02- Aspectos do fluido de perfuração. Foto 05- Equipamento de Geofísica para perfilagens. Foto 04- Perfilagens geofísicas.

18 Foto 06- Hastes da coluna de perfuração. Foto 07- Broca de perfuração. Foto 09 -Operação de colocação de hastes. Foto 08 Material para ser usado como pré-filtro.

19 3 - Reservas Hídricas H Subterrâneas As principais terminologias, segundo Matta, 2002, são as seguintes: a) Reservas Reguladoras - Reservas Renováveis; veis; b) Reservas Permanentes c) Reservas Totais d) Reservas de Explotação Recurso Explotável; e) Potencialidade Hídrica; H f) Disponibilidade HídricaH

20 Reservas Renováveis (R r ) R r = A. Δh. ηe, onde: A= área de ocorrência do aqüífero (L 2 ); Δh = variação do nível d água (L); ηe = porosidade efetiva (adimensional) Rr = A. Δh. ηe, onde A = 1240 km 2, Δh = 1,8m e ηe = 10%, obtém-se para as reservas renováveis um volume de 223,2 milhões de m 3 /ano. Reservas Permanentes Sistema Barreiras Pós-Barreiras Aluviões VS = A. b. ηe, onde: A = Área de ocorrência do sistema aqüífero (L2 ) b = espessura média saturada (L) ηe = porosidade efetiva (adimensional) Vs = A. b. ηe, onde A= 1240 km2 ; b = 30,8 ; ηe = 10%, obtém-se para o volume de saturação o valor de 3,8 bilhões de m3.

21 Sistema Aqüífero Pirabas V P = A. h. S, onde: A = área de confinamento do aqüífero (L 2 ) h = carga hidráulica média (L) S = coeficiente de armazenamento (adimensional VP = A. h. S, onde A= 1240 km2 ; h = 280m ; S = 1,01 x 10 4, obtém-se para o volume sob pressão o valor de 35,1 milhões de m3. Vs = A. b. ηe, onde A= 1240 km2 ; b = 220m (PEHRMB, 2001) ; ηe = 8 %, obtém-se para o volume de saturação o valor de VS + VP = 35,1 milhões de m3 + 21,83 bilhões de m3 21,83 bilhões de m3. = 21,86 bilhões de m3. As reservas permanentes dos sistemas aqüíferos da área totalizam 25,66 bilhões de m3, valor obtido pela soma das reservas do sistema livre (3,8 bilhões de m3) com o sistema confinado (21,86 bilhões de m3).

22 Reservas Hídricas H Subterrâneas dos Sistemas Hidrogeológicos gicos Reservas Sistema Barreiras Pós-Barreiras Aluviões Sistema Pirabas Dois Sistemas Renováveis 223,2 milhões de m 3 /ano. Permanentes 3,8 bilhões de m 3 21,86 bilhões de m 3 25,66 bilhões de m 3 TOTAIS 4,02 bilhões de m 3 21,86 bilhões de m 3 25,88 bilhões de m 3

23 4- Proposta Alternativa de Abastecimento Referência = Projeto PEHRMB/CPRM, 2002 Base da Proposta = Demanda de Água da População População dos 02 (dois) Municípios Barcarena: hab. + (3.91% Pop.) X 25 anos = hab. Abaetetuba: hab % Pop. x 25 anos = hab. População Total = = habitantes Assim, o consumo diário no âmbito da área estudada seria: População estimada: habitantes Consumo per capta considerado: 150 L/dia Consumo Diário de Água = 150 l/dia X = l/dia ( m3/dia)

24 Dados Técnicos T para a Construção dos Poços os Tubulares para atender a Demanda 1 - Profundidade = 200 m; 2 - Método de perfuração = método m rotativo com circulação direta de fluido de perfuração; 3 - O diâmetro da câmara de bombeamento = 14 com a sua base localizada a 70m do solo; 4 - Revestimento = tubos geomecânicos e nas zonas com potenciais para a produção de água seriam utilizados filtros inoxidáveis, com vazões médias m de 8 a 10 m3/metro linear; 5 - Espessura de aqüí üíferos necessária: 70m, com utilização de 65% da metragem linear resultando em cerca de 45m de filtro 08 polegadas, sinalizando uma expectativa de vazão de teste em torno de 400 m3/h, o que sinaliza uma capacidade de vazão de produção para o poço o de 250 m3/h; 6 - Vazão média m de 250 m3/h. Preço do Poço Unitário = R$ ,00

25 População atual = menor demanda de água exigida = proposta mais barata População Total = = habitantes O consumo diário no âmbito da área estudada seria de: População estimada: habitantes Consumo per capta considerado: 150 L/dia Consumo Diário de Água = 150 l/dia X = l/dia ou m 3 /dia Q= 250 m3/h (Vazão média por poço) Regime de Bombeamento: 18 h/dia Vazão diária p/ um regime de bomb. de 18h = 250 m3/dia X18 h/dia = 4.500m3/dia

26 Número de Poços = m3/dia (demanda diária)/ 4500 m3/dia =6,85 poços= 7 poços + 2 poços extras = 9 poços necessários Valor dos 9 poços = R$ ,00 X 9 poços = R$ ,00 O sistema de bombeamento ficaria em torno de R$ ,76, considerando-se, se, apenas, a colocação de uma bomba em cada poço. o. Valor Total da Obra Poços + Sistema de Bombeamento R$ , ,76 = R$ ,76 Preço per capita = R$ ,76 / = R$ 10,16/ per capita Isso implica que se o abastecimento atual de água potável da população dos dois municípios fosse paga pela população atual, cada individuo pagaria R$ 10,16.

27 Avaliação Econômica Para a realização desse cálculoc Consideraram-se se alguns fatores que interferem no custo final da captação da água subterrânea aquisição e instalação da bomba preço o do poço manutenção do poço consumo de energia

28 Gastos financeiros anuais referentes a amortização do poço (Gfap) Gfap = P x i (1+i) n / (1 + i) n 1 P = Custo inicial I = taxa de juros ao ano n = vida útil do poço G fap fap = ,00 x 0,12 (1+ 0,12) 25 (1+ 0,12) 25-1 Gfap= R$ ,94/ano Gastos financeiros anuais referentes ao investimento e instalação da bomba (Gfb( Gfb) Gfb= = F/(1+i) n F= custo inicial ( R$ ,64) i= taxa de juros (12% ao ano) n= vida útil da bomba (05 anos) Gfb= R$ ,64/(1+0,12)5 Gfb= = R$ ,41/ano

29 Gastos financeiros anuais referentes à energia Q = 250 m 3 /dia = 6,94 x 10-2 m 3 /s P (KW) = 15 Q.H = Custo da energia para a Bomba Submersa H = 70 m (Altura manométrica) P = 15 x Q x h Energia Consumida em 1h de Bombeamento P 1h = 15 x 6,94 x 0,01x 70 P 1h = 72,87 kw P 18 h = 72,87 X 18 h P 18 h = 1 311,66 kw Energia Consumida em 1h de Bombeamento

30 Tarifa anual de Energia Te = P18 x 1KW/h x n (Tarifa de Energia) Onde: Te - tarifa anual de energia 1KW/h = 0,45 centavos de reais (Fonte: Rede Celpa dez de 2004) n = Número N de dias do ano Te = 1.311,66 x 0,45 x 365 dias Te = R$ ,15/ano

31 Gastos financeiros anuais referentes a manutenção do poço o (Gm( Gm) Gm (5% Gpf) ) = 0,05 x Gm = R$ ,00/ano Custo de produção do m 3 de água subterrânea (Cp( Cp) Cp = Gfap + Gfb + Te + Gm / Pa Cp = , , , , ,00 GAp = anual valor da amortização GAb = fator de recuperação das gerações de bombas Te = tarifa anual de energia Gm = manutenção do poço Cp = R$ 0,164 / m 3 (Custo final do m 3 de água) Va (Produção anual) = Q x h/d Va = ,00 m3 Quantidade anual de água necessária para abastecer a população Va = volume anual previsto = Q x h/d Va = m 3 (quant./anual de água necessária para abastecer a população)