Hidrogeologia: Conceitos e Aplicações

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1 Hidrogeologia: Conceitos e Aplicações Módulo 1 - A Água Subterrânea 3 5 Capítulo Evolução Histórica do Conhecimento Introdução A Hidrogeologia no Mundo A Hidrogeologia no Brasil 9 Referências 10 Capítulo Importância da Água Subterrânea Introdução Gestão de Ofertas versus Demandas A Gestão Integrada das Águas Poço Bem Construído versus Buraco O Preço da Água Gratuita As Funções dos Aquíferos na Gestão Integrada Recarga, Armazenamento e Descarga Planejamento e Gestão Potenciais de Águas Subterrâneas no Brasil Considerações Finais 27 Referências 27 Capítulo A Água Subterrânea no Brasil Introdução Mapa Hidrogeológico do Brasil Províncias Hidrogeológicas do Brasil 38 Referências 47

2 Módulo 2 - Água Subterrânea em Meios Porosos Homogêneos 51 Capítulo Ocorrência das Águas Subterrâneas Introdução Origem e Circulação - Ciclo Hidrológico Equação do Balanço Hídrico Distribuição Vertical da Água no Subsolo Geologia da Água Subterrânea Água Subterrânea em Zonas Costeiras 70 Exercícios Propostos 73 Referências 74 Capítulo Movimento das Águas Subterrâneas Introdução Lei de Darcy Equação de Bernoulli e Potencial Hidráulico Anisotropia e Heterogeneidade Equação da Continuidade (Conservação da Massa d Água) Equação Geral do Fluxo Subterrâneo Redes de Fluxo 88 Exercícios Propostos 88 Referências 91 Anexos 91 Módulo 3 - Água Subterrânea em Meios Heterogêneos 95 Capítulo Conceitos de Análise Estrutural Aplicados à Hidrogeologia de Terrenos Cristalinos Introdução Conceitos Clássicos da Hidrogeologia do Cristalino e Problemas Inerentes Conceitos Básicos de Análise Estrutural - A Deformação Frágil Cronologia e Nível Crustal da Deformação O Contexto Tectônico Regional e suas Implicações: o Exemplo da 105

3 Borborema Neotectônica e a Evolução Crustal Holocênica Implicações do Contexto Tectonoestrutural para a Hidrogeologia de Terrenos Cristalinos Efeito da Exumação e do Intemperismo sobre a Permo-Porosidade das Rochas Modelos de Ocorrência de Água Subterrânea em Terrenos Cristalinos Observações Finais Agradecimentos 117 Referências 117 Capítulo Hidrogeologia dos Meios Fissurados Introdução Análise da Fissura Elementar Características do Meio Fatores que Influem nas Características Hidrodinâmicas do Aquífero Fissural Origem e Mecânica da Deformação Ruptural Fluxo em Meio Fissurado Locação de Poços 141 Referências 150 Capítulo Hidrogeologia de Meios Cársticos Introdução Caracterização do Aquífero Cárstico Estudo Hidrogeológico em Aquífero Cárstico Explotação das Águas Subterrâneas em Carste Aspectos Ambientais em Zonas Cársticas 169 Referências Módulo 4 - Pesquisa de Água Subterrânea 177 Capítulo Metodologia Básica de Pesquisa de Água Subterrânea Introdução Tipos de Estudos na Pesquisa de Água Subterrânea Levantamentos Preliminares Caracterização Geológica e Geométrica dos Aquíferos Caracterização Hidrogeológica Quantitativa 185

4 4.1.6 Caracterização Hidrogeológica Qualitativa Produtos e Resultados Aspectos sobre Gestão de Aquíferos 204 Referências 206 Capítulo Métodos Geofísicos Introdução Métodos de Campos Naturais Métodos de Campos Artificiais Levantamentos Aerogeofísicos Quantificação em Geofísica 250 Referências 252 Capítulo Métodos Isotópicos Introdução Fundamentos Teóricos e Definições Isótopos Estáveis Oxigênio-18 e Deutério Isótopos Instáveis Carbono-14 e Trítio Modelos de Interpretação O Uso de Isótopos Ambientais na Hidrogeologia 264 Exercícios Propostos 269 Referências 270 Capítulo Sensoriamento Remoto Introdução Evolução do Conhecimento Conceitos e Fundamentos Básicos Características das Imagens Orbitais Pré-Processamento de Imagens Orbitais Realce de Imagens Digitais Classificação de Imagens Digitais Interpretação de Padrões de Drenagem Considerações Finais Estudo de Caso 290 Referências 292 Capítulo Geoprocessamento em Ambiente SIG Aplicado à Hidrogeologia 293

5 4.5.1 Introdução O Que é um SIG? Componentes de um SIG Estrutura de um SIG Como os Objetos do Mundo Real são Representados no SIG Como Funciona um SIG Características Básicas dos Dados Espaciais Tipos de Dados em um SIG Exemplos de Aplicação Considerações Finais 317 Referências 318 Módulo 5 - Qualidade das Águas Subterrâneas 323 Capítulo Noções de Hidroquímica Introdução Análises de Água Caracterização da Qualidade das Águas Princípios de Classificação das Águas Padrões de Qualidade das Águas Padrões de Referência de Qualidade Ambiental 347 Referências 357 Capítulo Geoquímica das Águas Subterrâneas Introdução Conceitos Fundamentais Fundamentos da Hidrogeoquímica Mineralização das Águas Subterrâneas Interpretação dos Dados de Qualidade da Água Hidrogeoquímica de Climas Tropicais 378 Exercícios Propostos 379 Referências 379

6 Capítulo Contaminação das Águas Subterrâneas Introdução Fundamentos Básicos Comportamento Hidroquímico de Contaminantes Transporte de Massa Estudo de Caso 401 Exercícios Propostos 402 Referências 402 Capítulo Vulnerabilidade à Poluição de Aquíferos Introdução Evolução do Conceito de Vulnerabilidade O Comportamento de Contaminantes e a Vulnerabilidade de Aquíferos Os Métodos de Cartografia da Vulnerabilidade Limitações do Uso dos Mapas de Vulnerabilidade de Aquíferos A Vulnerabilidade em um Programa de Gestão de Recursos Hídricos O Futuro dos Métodos de Vulnerabilidade de Aquíferos 422 Referências 423 Módulo 6 - Explotação das Águas Subterrâneas 427 Capítulo Projeto e Construção de Poços Introdução Tipos de Poços Métodos de Perfuração Projeto de Poços Tubulares Reabilitação e Manutenção de Poços Tubulares Contribuições da Indústria do Petróleo à Engenharia de Perfuração 450 Referências 457 Capítulo Perfilagem Geofísica Aplicada à Água Subterrânea Introdução Obtenção dos Perfis Equipamentos Essenciais para a Obtenção de um Perfil A Malha API para Registro das Curvas dos Perfis 460

7 6.2.5 O Meio Ambiente de uma Ferramenta de Perfilagem Propriedades Físicas das Rochas Propriedades Elétricas das Rochas Propriedades Acústicas das Rochas Propriedades Radioativas das Rochas Principais Tipos de Perfis Geofísicos Raios Gama Convencional (RG ou GR) Potencial Espontâneo (SP) Elétricos Convencionais (ES) Indução Micro Elétrico Perfil Sônico Cáliper ou Calibre do Poço Desvio ou Inclinação do Poço Temperatura Interpretação Final dos Perfis Geofísicos de Poços Estudo de Caso de Interpretação Preliminar Estudo de Caso de Interpretação de Detalhe Usos, Limitações e Vantagens dos Perfis Geofísicos de Poços Considerações Finais 504 Referências 505 Capítulo Testes de Bombeamento em Poços Tubulares Introdução Classificação de Testes de Bombeamento Sistemas de Bombeamento Medição de Nível d Água Medição de Vazões Planejamento e Execução dos Testes Controle de Interferências Condições e Normas de Execução Registro dos Dados 521 Referências 522 Anexos 523 Capítulo Análise de Fluxo para Poços em Meios Homogêneos Introdução Características e Parâmetros Físicos de Aquíferos e Poços Fluxo Radial para Poços Fluxo para Poços em Regime Estacionário Fluxo para Poços em Regime Transiente 541

8 6.4.6 Análise de Fluxo para Poços de Grande Diâmetro Penetração Parcial em Poços Fronteiras Hidráulicas - Teoria das Imagens 557 Exercícios Propostos 565 Referências 567 Anexos 569 Capítulo Análise de Fluxo para Poços em Meios Heterogêneos Introdução Conceitos Básicos Modelagem de Sistemas de Fraturas Geometria Fractal Aplicada 588 Exercícios Propostos 595 Referências 595 Capítulo Eficiência Hidráulica de Poços Aspectos Gerais Rebaixamento em um Poço Bombeado Conceito de Raio Crítico Decomposição das Perdas de Carga em Poços Cálculo dos Rebaixamentos Parciais - Aquífero Confinado Eficiência Hidráulica de Poços Análise de Sensibilidade dos Fatores Influentes na Eficiência Determinação da Equação Característica de Funcionamento do Poço através de Teste de Produção Escalonado Determinação da Perda de Carga Laminar na Zona de Transição do Pré- Filtro (B2 Q) Custo da Água Produzida Aplicação do Método de Análise 612 Referências 616 Capítulo Capacidade de Produção de Poços Introdução Conceitos Básicos Avaliação de Vazões de Explotação de Poços Tubulares em Meios Homogêneos Avaliação de Baterias de Poços Avaliação de Vazões de Explotação de Poços Tubulares em Meios Heterogêneos Poços de Grande Diâmetro - Método de Porchet 637 Referências

9 Anexos 641 Capítulo Sistemas de Bombeamento Introdução Conceitos Básicos Tipos de Bombas Dispositivos de Acionamento e Proteção Seleção da Bomba Manutenção 655 Exercícios Propostos 656 Referências 656 Módulo 7 - Planejamento e Gerenciamento das Águas Subterrâneas 659 Capítulo Avaliação de Recursos Hídricos Subterrâneos Introdução Evolução do Conhecimento Reservas versus Recursos de Água Subterrânea Reservas de Água Subterrânea Recursos de Água Subterrânea 662 Referências 669 Capítulo Monitoramento em Água Subterrânea Introdução Conceitos e Objetivos do Monitoramento Implantação de Redes de Monitoramento Monitoramento do Estado Quantitativo Monitoramento do Estado Qualitativo Controle de Qualidade e Interpretação dos Dados Armazenamento dos Dados - Sistemas de Informações Considerações Finais 683 Referências 684 Capítulo Aplicações de Modelos em Hidrogeologia Introdução Tipos de Modelo Modelo Conceitual Obtenção de Dados 691

10 7.3.5 Condições de Contorno Método das Diferenças Finitas Noções de Modelos de Transporte de Poluentes Método de Elementos Finitos Estudo de Caso - Aquífero Cabeças no Vale do Gurgueia-PI Considerações Finais 704 Referências 705 Capítulo Cartografia Hidrogeológica Introdução Conceituação de Mapa Hidrogeológico Escalas e Elementos dos Mapas Hidrogeológicos Tipos de Mapas Legenda para Mapas Hidrogeológicos Exemplos de Mapas Hidrogeológicos 721 Referências 723 Capítulo Uso e Gestão de Água Subterrânea Introdução Os Diversos Tipos de Uso Potencialidade Hídrica Mundial e o Uso da Água Subterrânea Reutilização da Água Recarga Artificial Planejamento e Gestão de Recursos Hídricos Subterrâneos 732 Referências 741 Capítulo Sistemas de Informações em Água Subterrânea Introdução Conceitos Básicos sobre Sistemas de Informações Conceitos em Bancos de Dados Sistemas de Informações sobre Recursos Hídricos Sistema de Informações de Águas Subterrâneas - Siagas O Siagas e a Gestão das Águas Subterrâneas Extração de Conhecimento em Bases de Dados - Processo KDD 758 Referências Apêndices Apêndice 1 - Noções de Cálculo Aplicado 763

11 A.1.1 Funções de Duas ou Mais Variáveis 763 A.1.2 Limites e Continuidade (vizinhança em um espaço de duas ou mais dimensões) A.1.3 Derivadas Parciais 766 A.1.4 Diferenciabilidade e Diferenciais 767 A.1.5 Plano Tangente e Normal a uma Superfície 769 A.1.6 Derivada Dirigida e Gradiente 771 A.1.7 Integrais Duplas (área sob uma curva e a integral definida) 774 A.1.8 Integrais Triplas 777 A.1.9 Elementos de Análise Vetorial 779 A.1.10 Integrais de Linhas 780 A.1.11 Áreas de Superfície e Integrais de Superfície 784 A.1.12 Divergência e Rotacional (CURL) de um Campo Vetorial no R3 787 A.1.13 Equações Diferenciais Elementares e Problemas de Valor de Contorno 789 Referências 792 Apêndice 2 - Noções de Geoestatística Aplicada 793 A.2.1 Introdução 793 A.2.2 Descrição Univariada 793 A.2.3 Descrição Bivariada 798 A.2.4 Descrição Espacial 801 Referências