METODOLOGIAS PARA DETERMINAÇÃO DA VULNERABILIDADE DE AQUÍFEROS GABRIEL MERLINI TISSIANO¹ MAURÍCIO MOREIRA DOS SANTOS² RESUMO A atual sociedade, no anseio de ampliar o domínio sobre os espaços terrestres e o controle absoluto sobre o capital, exerce atividades que produzem inúmeros impactos ambientais e intensifica a exploração insustentável dos recursos naturais, podendo causar a inviabilização permanente dos mecanismos que garantem o equilíbrio do planeta e colocando em risco a própria sobrevivência do ser humano na superfície do globo. As comunidades humanas vêm apresentando taxas elevadas de crescimento populacional associadas ao rápido processo de urbanização e industrialização. No Brasil, este crescimento é geralmente associado à falta de planejamento para o uso e ocupação do solo urbano, culminando com a apropriação de locais inadequados para o estabelecimento humano e trazendo riscos à saúde com queda progressiva da qualidade de vida. O crescimento populacional observado como um fenômeno global, desencadeia uma crescente demanda por água potável e, paralelamente, um aumento do risco de contaminação de corpos d água superficiais e de subsuperfície. As águas subterrâneas representam um recurso natural de grande importância para os seres vivos, visto que sua utilização e conservação são ações estratégicas visando a segurança hídrica para a atual e futuras gerações. A exploração em excesso das águas subterrâneas, em conjunto com a ocupação irregular do solo e o descumprimento de normas legais, põem em risco a qualidade natural de aquíferos. Como resposta a esta situação as autoridades municipais e estaduais devem desenvolver planos estratégicos de gestão e conservação dos recursos hídricos. As águas subterrâneas são uma parte importante destes planos, pois de maneira geral, a sua contaminação é mais difícil de ocorrer em comparação com os recursos hídricos superficiais. Principalmente em áreas onde as águas superficiais encontram-se deterioradas ou são escassas, os estudos hídricos recebem importância especial. Nestas áreas é recomendável que sejam executados estudos de vulnerabilidade de aquíferos para complementar o plano de gestão de águas. O estudo dos sistemas aquíferos, a avaliação da vulnerabilidade e risco a contaminação são de extrema importância para criação de políticas e gestão dos recursos hídricos de uma região. Existem diversas metodologias para se determinar a vulnerabilidade de aquíferos, sendo DRASTIC e GOD as mais utilizadas atualmente. Os sistemas de informações geográficas (SIG) deveriam ser utilizados na determinação da vulnerabilidade dos recursos subterrâneos, pois ocorre uma sobreposição de mapas de parâmetros. Os resultados de um estudo de vulnerabilidade de aquíferos permitem às autoridades municipais e estaduais gerir seus recursos hídricos de maneira mais eficiente, garantindo um desenvolvimento sustentável do meio. A aplicação destes métodos pode fornecer subsídios para a gestão dos recursos hídricos, podendo ser utilizado como ferramenta de política pública visando a conservação e proteção das águas subterrâneas. PALAVRAS-CHAVE Vulnerabilidade, aquífero, água subterrânea ABSTRACT The present society, in its desire to extend its dominion over terrestrial spaces and absolute control over capital, carries out activities that produce innumerable environmental impacts and intensifies the unsustainable exploitation of natural resources, which may cause permanent unfeasibility of the 1- Acadêmico do programa de pós-graduação em Geografia da Universidade Estadual de Londrina. E-mail de contato:gtissiano@gmail.com 2- Docente do programa de pós-graduação em Geografia da Universidade Estadual de Londrina. E-mail de contato: mmsantos.geo@gmail.com
mechanisms that guarantee the equilibrium of the planet and putting at risk the very survival of the human being on the surface of the globe. Human communities have been experiencing high rates of population growth associated with the rapid urbanization and industrialization process. In Brazil, this growth is usually associated with a lack of planning for the use and occupation of urban land, culminating in the appropriation of places that are unsuitable for human settlement and bringing health risks with a progressive decline in quality of life. The observed population growth as a global phenomenon triggers an increasing demand for drinking water and, in parallel, an increased risk of contamination of surface water bodies and subsurface. Groundwater represents a natural resource of great importance for living beings, since its use and conservation are strategic actions aiming at water security for current and future generations. Excessive exploitation of groundwater, coupled with irregular soil occupation and non-compliance with legal standards endanger the natural quality of groundwater, which could make them vulnerable to contamination. In response to this situation, the municipal and state authorities must develop strategic plans for the management and conservation of water resources. Groundwater is an important part of these plans because, in general, their contamination is more difficult to achieve compared to surface water resources. Particularly in areas where surface water is deteriorated or scarce, water studies are of particular importance. In these areas it is advisable to carry out aquifer vulnerability studies to complement the water management plan. The study of aquifer systems, the assessment of vulnerability and risk of contamination are of extreme importance for the creation of policies and management of the water resources of a region. There are several methodologies to determine the vulnerability of aquifers, being DRASTIC and GOD the most widely used today. Geographic information systems (GIS) should be used to determine the vulnerability of underground resources, as overlapping of parameter maps occurs. The results of an aquifer vulnerability study allow municipal and state authorities to manage their water resources more efficiently, ensuring a sustainable development of the environment. The application of these methods can provide subsidies for the management of water resources, and can be used as a public policy tool for the conservation and protection of groundwater. KEYWORDS Vulnerability, aquifer, underground water 1 - Introdução O modo de viver do ser humano mudou com o passar do tempo, e a maneira de lidar com os recursos naturais também se alterou. A atual organização da sociedade, visando a ampliação do domínio sobre os espaços, e a pressão exercida pelo capital, resultam em vários impactos ao meio ambiente e a intensificação da exploração desenfreada dos recursos naturais, inviabilizando a permanência dos mecanismos que asseguram o equilíbrio do planeta, fato que pode resultar em risco o modo como vivemos atualmente e até mesmo a sobrevivência humana. O processo de ocupação desordenado do espaço contribui para acentuar o desequilíbrio dos ambientes naturais, pois deve-se respeitar os limites da exploração sustentável dos recursos ambientais para que haja sempre a sua utilização.
As elevadas taxas de crescimento populacional, em consonância com a falta de planejamento urbano e de ocupação do solo, resultam sérios problemas. Dessa maneira, havendo a utilização demasiada dos recursos naturais, sérios problemas, tanto de ordem ambiental quanto socioeconômica, podem-se desencadear. As consequências das ações antrópicas sobre o meio ambiente devem ser estudadas de maneira intensa, devido a importância dos recursos naturais para a manutenção da vida humana. Dentre as agressões antrópicas, que atingem e modificam profundamente o meio ambiente, merece destaque à deterioração frequente dos recursos hídricos. Segundo Teixeira (2008, p. 114): A água é a substância mais abundante na superfície do planeta, participando dos seus processos modeladores pela dissolução de materiais terrestres e do transporte de partículas. Dessa maneira, a conservação da qualidade dos recursos hídricos subterrâneos faz-se extremamente importante, pois devido a melhor qualidade da água em relação aos mananciais superficiais, a sua exploração pode ocorrer de maneira insustentável. De acordo com Fundação Nacional de Saúde - FUNASA (2006 apud MELLO, 2009, p. 14), da quantidade de água presente no planeta, somente 3% é de água doce, sendo que, deste montante, 2,7% faz referência às geleiras, vapor de água na atmosfera e a lençóis presentes em grandes profundidades. Diante destas constatações, aliadas ao fato de que apenas 0,3% do volume total de água existente no planeta pode ser aproveitada para o consumo humano (sendo que 0,29% provém de fontes subterrâneas), é percebida a importância das águas subterrâneas na manutenção da vida no planeta. A contaminação do solo através do descarte incorreto de resíduos sólidos e líquidos podem trazer consequências terríveis para os recursos hídricos, pois a infiltração é uma via de poluição dos recursos hídricos subterrâneos que ocorre de forma lenta e de difícil percepção, mas que pode afetar a vida da população e do ecossistema que estamos inseridos.
A formação e constituição dos estratos geológicos influenciam em maior e menor permeabilidade/porosidade, alterando a velocidade e deslocamento do poluente. Quando as águas subterrâneas entram em contato com uma fonte poluidora, o seu transporte ocorre ao longo do seu deslocamento, gerando assim uma "pluma" poluente. 2 Vulnerabilidade dos sistemas hídricos subterrâneos A vulnerabilidade de um sistema aquífero depende das suas propriedades físicas bem como de sua sensibilidade a impactos naturais e àqueles causados por seres humanos. A ideia da vulnerabilidade baseia-se no fato de que o contexto físico dos aquíferos oferece um certo grau de proteção às águas subterrâneas contra contaminações de diversas origens. Desta forma, algumas áreas são mais vulneráveis à contaminações que outras. A quantificação da vulnerabilidade é apenas relativa e com critérios muitas vezes subjetivos, já que os resultados apresentados nos mapas de vulnerabilidade mostram apenas valores relativos uns aos outros e não valores absolutos, fazendo com que comparações entre áreas distintas seja às vezes difícil. A vulnerabilidade é determinada a partir das características de um dado sistema aquífero. Os primeiros conceitos relativos à vulnerabilidade natural à poluição das formações aquíferas vêm sendo aplicados desde a década de 60, mas é a partir da década de 80 que começaram a ter uma maior divulgação (PUERARI et al. 2003). A conferência Internacional "Vulnerability of Soil and Groundwater to Pollutants", realizada nos Países Baixos em 1987, definiu que a vulnerabilidade natural é a sensibilidade da qualidade das águas subterrâneas a uma carga poluente em função apenas das características intrínsecas do aquífero. A agência reguladora norte-americana ASTM (American Society for Testing Materials, define vulnerabilidade nas águas subterrâneas como a facilidade com a qual um dado contaminante pode migrar para as águas subterrâneas ou para um
aquífero de interesse em determinadas situações de uso do solo, características do contaminante e condições da área. Portanto, a vulnerabilidade depende tanto das características do aquífero (litologias, porosidade, etc.), da área (uso do solo, topografia, etc.) e do contaminante (mobilidade e densidade). Foster e Hirata (1988), definiram a vulnerabilidade natural como a susceptibilidade que um sistema aquífero tem de vir a ser degradado por uma carga contaminante. É um processo relativo, adimensional e sua avaliação ocorre admitindo-se que a contaminação é um processo dinâmico e interativo. Assim, a vulnerabilidade pode ser intrínseca (condicionada pelas características hidrogeológicas da área) e específica (quando se considera o fator externo, como o clima e o próprio contaminante) segundo estes autores à vulnerabilidade é em função da inacessibilidade hidráulica de penetração do contaminante e capacidade de atenuação dos estratos acima da zona saturada do aquífero, como resultado de retenção física e reações químicas com o contaminante. Dessa forma, conclui-se que a definição de vulnerabilidade natural dos recursos hídricos subterrâneos é distinta de risco de poluição, pois é possível existir um aquífero com um alto índice de vulnerabilidade, mas sem risco de poluição, caso não haja carga poluente disponível, ou de haver um risco de poluição excepcional apesar do índice de vulnerabilidade ser baixo, pois o risco depende não só da vulnerabilidade, mas também da existência de cargas poluentes significativas que possam entrar no ambiente subterrâneo, fato que a urbanização desordenada pode acentuar. 3 Métodos de avaliação da vulnerabilidade dos aquíferos Existem vários sistemas de avaliação da vulnerabilidade natural de aquíferos existentes. Alguns desses sistemas 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 subjetividades inerentes aos processos de avaliação. Segundo Artuso et al. (2004), além desses índices que se baseiam no sistema paramétrico, (utilizam valores numéricos, integrando-os para gerar formas relativas ou absolutas de índices de vulnerabilidade), existem outros três grupos de métodos. 1. Métodos probabilísticos - dedicam-se ao problema da incerteza dos dados, focando apenas a zona saturada; 2. Métodos estocásticos - trata-se de um tipo de aproximação que utiliza informação estatística para identificar combinações de fatores que determinam a vulnerabilidade; 3. Métodos analógicos: utilizam parâmetros-chave, aplicando expressões matemáticas que resultam nos índices de vulnerabilidade (Meaulo, 2002). Dentre as metodologias disponíveis, duas serão descritas a seguir. A metodologia DRASTIC foi desenvolvido pela agência de Proteção Ambiental norteamericana, EPA. A segunda é o GOD, que considera o tipo de aquífero analisado, a litologia e a profundidade do lençol freático. A metodologia DRASTIC é um índice que relaciona seus diversos parâmetros com os mecanismos que envolvem os transportes dos contaminantes no meio subterrâneo. A simplicidade na aplicação é fator importante em conjunto com o baixo custo de aplicação. Embora seja mais oneroso se comparado com o índice GOD, uma vez que se utilizam de menos variáveis, entretanto, este índice possui nível de subjetividade maior no processo de avaliação. Segundo Aller et al. (1987), o índice DRASTIC corresponde à média ponderada de sete valores correspondentes aos seguintes sete parâmetros ou indicadores hidrogeológicos:
D - Profundidade da zona não-saturada do solo (Depth to groundwater); R Recarga do aquífero (Recharge); A Característica do aquífero (Aquifer media); S - Solos (Soil media); T - Topografia (Topography); I - Impacto na zona não saturada (Impact of the insaturate zone); C - Condutividade hidráulica (Condutivity hydraulic). A partir de Lobo Ferreira e Oliveira (1993), a aplicação do método DRASTIC pode ser assim sintetizada: Atribuem-se valores de 1 a 10 a cada parâmetro, em função das condições locais; valores elevados correspondem a uma maior vulnerabilidade; os valores a atribuir são obtidos de condicionantes correspondentes entre as características hidrogeológicas locais e o respectivo parâmetro; em seguida, o índice local é calculado multiplicando-se o valor atribuído ao parâmetro pelo seu peso relativo; cada parâmetro tem um peso pré-determinado que reflete sua importância relativa na quantificação da vulnerabilidade; os parâmetros mais importantes têm peso 5, os menos importantes possuem peso 1; por último, adicionam-se os sete produtos parciais obtendo-se o valor do índice final DRASTIC; o valor mínimo possível é 23 e o máximo é 226. Na metodologia GOD não são necessários tantos dados como no DRASTIC, esse fato pode ser interpretado como algo negativo por alguns pesquisadores, porém, em algumas localidades não existe uma abundância de informações, logo o GOD é o mais indicado para determinar a vulnerabilidade nesse local. Segundo Cutrim e Campos (2010), o método GOD proposto por Foster et al. (2002; 2006) é amplamente aplicado nos países da América Latina em virtude do seu bom desempenho, menor custo e maior facilidade de obtenção dos dados nele utilizados.
A metodologia foi desenvolvida pela Organização Mundial de Saúde atende justamente a este requisito, o de utilizar informações frequentemente disponíveis em países em desenvolvimento. As informações utilizadas nesta metodologia são: 1. Ocorrência do lençol freático (livre, confinado, semi-confinado) 2. Litologia da zona vadosa e camadas confinantes 3. Profundidade do lençol freático (espessura da zona vadosa) Nesta metodologia um índice é atribuído a cada um destes tipos de informação, sendo que o valor 1 é atribuído no caso da vulnerabilidade ser a maior. Estes índices são multiplicados entre si para produzir a classificação final, que é então transformada em vulnerabilidade de aquíferos, variando entre extrema (por exemplo aquíferos livres, rasos e de litologia grosseira) a baixa (aquíferos confinados ou aquíferos livres profundos com solos impermeáveis). A Figura 1 mostra os componentes da metodologia GOD.
Figura 1 Avaliação da vulnerabilidade pela metodologia GOD. Fonte: FOSTER et al., 2002; 2006 4 - Resultados Dentre as metodologias acima mencionadas, a DRASTIC é a que apresenta maior número de elementos a serem explorados para a determinação da vulnerabilidade, onde são considerados 7 parâmetros. A principal desvantagem é o fato dela não ser muito flexível, fazendo com que os usuários muitas vezes alterem os pesos dos parâmetros e executem outras adaptações. Nesta metodologia as variáveis são fatorizadas a um único valor, e, se aplicada sem modificações, pode acontecer que parâmetros mais críticos não influenciem o resultado de maneira apropriada ressaltando os outros que não tem tanta importância numa dada região de estudo.
A metodologia GOD apresenta características de simplicidade, devido ao menor número de parâmetros. É uma metodologia cuja principal vantagem encontrase na facilidade de sua utilização e no fato de utilizar os parâmetros mais importantes, como profundidade do lençol freático, litologias da zona vadosa e de camadas confinantes e condição do aquífero. É a única metodologia que diferencia um aquífero livre de um confinado. Uma das principais desvantagens da metodologia GOD é o fato de não utilizar a recarga nos cálculos. Nenhuma metodologia considera conexões a corpos de água superficiais (curto circuito hidráulico) ou variações do nível do lençol freático. Também não são consideradas características específicas dos contaminantes, umidade específica do solo, taxas de precipitação e sua composição química. Desse modo, percebe-se que cada metodologia possui sua especificidade, suas vantagens e desvantagens de acordo com a localidade a ser investigada. Ambas são extremamente valiosas, pois os resultados gerados a partir da sua utilização, podem ser empregados na geração de políticas públicas e na tentativa de preservação dos recursos subterrâneos. Os resultados das metodologias apresentadas permitem ao gestor de recursos hídricos tomar decisões baseadas no risco de contaminação de aquíferos da região considerada. Estas decisões podem ser por exemplo: onde instalar um poço municipal, zoneamento de uso e ocupação do solo, ou instalação de uma rede de monitoramento de qualidade das águas subterrâneas. A maioria dos métodos foram desenvolvidos para avaliar áreas a nível regional auxiliando autoridades municipais, estaduais e federais na definição das áreas que necessitam receber um tratamento prioritário quanto à sua proteção ou a possíveis investigações adicionais. No entanto, alguns podem ser aplicados independentemente do tamanho da área considerada. 5 Conclusões
A avaliação de vulnerabilidade deve ser efetuada caso a caso, integrandos e as características químicas e físicas de cada contaminante, o tipo de fonte e a quantidade, meios e taxas de recarga de contaminante para a área e conexões com outros corpos d água. No caso de estudos regionais deve-se, no entanto, utilizar metodologias como as descritas anteriormente, considerando as vantagens e desvantagens de cada uma. A escolha de uma determinada metodologia vai depender do volume de informações disponíveis, do objetivo de trabalho, da escala e dos recursos disponíveis. Cada região possui características próprias de maneira que as metodologias propostas precisam às vezes sofrer modificações para fornecer resultados de vulnerabilidade confiáveis para uma dada área. Para se efetuar uma boa avaliação da vulnerabilidade de aquíferos é necessário que, na medida do possível, todos fatores hidrogeológicos sejam acessados, mapeando os poços para identificar as áreas que merecem uma atenção especial na elaboração do plano de desenvolvimento de uma região. O risco de contaminação causado pelas diversas possíveis fontes de contaminação, como postos de gasolina, indústria química entre outras também precisa ser determinado. Sobrepondo mapas de vulnerabilidade, perímetros de proteção de poços e mapas de localização de possíveis fontes de contaminação, o administrador tem informações em mãos, que lhe permitirão planejar a exploração dos recursos hídricos existentes e sua proteção de maneira mais eficiente, visando o bem estar da população e a efetividade das políticas públicas em conformidade com a preservação dos recursos hídricos subterrâneos, devido a sua importância para a manutenção do equilíbrio natural, para o planejamento socioeconômico municipal e regional, devido a potencialidade exploratória sustentável de suas reservas reguladoras.
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