Hidrogeologia Conceitos e Aplicações PDF
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MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA MINISTRO DE ESTADO Edison Lobão SECRETÁRIO EXECUTIVO Márcio Pereira Zimmermann SECRETÁRIO DE GEOLOGIA, MINERAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO MINERAL Cláudio Scliar COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS / SERVIÇO GEOLÓGICO DO BRASIL (CPRM / SGB) DIRETORIA EXECUTIVA Diretor-Presidente Agamenon Sérgio Lucas Dantas Diretor de Hidrologia e Gestão Territorial José Ribeiro Mendes Diretor de Geologia e Recursos Minerais Manoel Barretto da Costa Neto Diretor de Relações Institucionais e Desenvolvimento Fernando Pereira de Carvalho Diretor de Administração e Finanças Eduardo Santa Helena da Silva DEPARTAMENTO DE HIDROLOGIA Chefe do Departamento de Hidrologia Frederico Cláudio Peixinho Chefe da Divisão de Hidrogeologia e Exploração José Emílio Carvalho de Oliveira Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações LABHID LABORATÓRIODEHIDROGEOLOGIA-UFPE/CTG H idrogeologia C a onCeitos e pliCações 3ª Edição - Revisada e Ampliada Organização e Coordenação Científica Fernando A. C. Feitosa João Manoel Filho Edilton Carneiro Feitosa José Geilson A. Demetrio 2008 iii Início_Final_FFI.indd 3 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações © by autores Todos os direitos desta edição reservados CPRM - Serviço Geológico do Brasil Organização e Coordenação Científica Fernando A. C. Feitosa João Manoel Filho Edilton Carneiro Feitosa J. Geilson A. Demetrio Revisão Ortográfica e Gramatical Maria da Graça de Melo Feitosa Revisão de Citações Bibliográficas Tânia Regina B. M. Freire Mônica Cordulina da Silva Arte e Projeto Gráfico Fernando A. C. Feitosa Reginaldo Pereira da S. Rocha Maria da Graça de Melo Feitosa Mônica Cristina Campelo de Souza Sobrecapa baseada no modelo da capa da 1ª e 2ª Edições (DIMARK/CPRM) Coordenação Editorial Fernando A. C. Feitosa Editoração Eletrônica (Centro de Informática da Residência de Teresina do Serviço Geológico do Brasil) Coordenação Reginaldo Pereira da S. Rocha Equipe Robson Williams Carvalho Assunção Veruska Maria Damasceno de Moraes Wesley Melo dos Santos Colaboração Francisco Pereira da Silva Ney Gonzaga de Souza Feitosa, Fernando A.C. Hidrogeologia : conceitos e aplicações / organização e coordenação científica / Fernando A.C. Feitosa ... [et al.] ... – 3. ed. rev. e ampl. – Rio de Janeiro : CPRM : LABHID, 2008. 812 p. 1. Hidrogeologia. 2. Metodologia. I. Feitosa, Fernando A.C., Org. II. Manoel Filho, João, Org. III. Feitosa, Edilton Carneiro, Org. IV. Demetrio, J. Geilson A., Org. V. Título. CDD 551.49 ISBN 978-85-7499-061-3 iv Início_Final_FFI.indd 4 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações ApresentAção Em muitas regiões da Terra, as águas subterrâneas foram, são e continuarão a ser fundamentais para o desenvolvimento sócio-econômico, o que as transforma num bem estratégico que deve ser racionalmente explotado, assegurando-se sua disponibilidade para as populações futuras. Faz-se necessário, portanto, o desenvolvimento de um processo sistemático de organização, análise e conciliação de seus múltiplos usos, dentro de uma visão prospectiva do problema, de modo a promover a sua utilização racional e garantir a sua disponibilidade. Assim sendo, o uso das águas subterrâneas requer o desenvolvimento de estudos que possibilitem o entendimento do comportamento dinâmico dos sistemas físicos de subsuperfície e o estabelecimento de programas de uso e monitoramento desses recursos, tendo como base o acompanhamento e a avaliação constante das ações propostas e dos resultados obtidos com a sua aplicação. No Brasil, verifica-se que a utilização dos recursos hídricos subterrâneos vem sendo feita, normalmente, sem o necessário conhecimento hidrogeológico, gerado através de estudos específicos ou mesmo básicos, o que impossibilita a elaboração de políticas públicas e projetos de natureza conservativa. Na região Nordeste do Brasil, onde existe uma maior carência de água imposta pelas suas condições climáticas, poços produtores são perfurados desde o início do século passado. Entretanto, é notório que apenas a partir de 1960, com a criação da Sudene, a hidrogeologia começou a ser tratada como ciência. Mesmo assim, nessa região, a utilização dos recursos hídricos subterrâneos aumentou vertiginosamente, principalmente nos locais de maior densidade demográfica, em função da necessidade do aumento da oferta hídrica. A demanda por conhecimento hidrogeológico, cada vez mais intensa e em ambiente complexo, impõe um grande esforço para produzir pesquisa e estudos, formar profissionais e produzir material técnico-científico que preserve e perpetue este conhecimento. Neste sentido, o Serviço Geológico do Brasil, em parceria com o Laboratório de Hidrogeologia da Universidade Federal de Pernambuco, lança esta publicação que resume o estado da arte da hidrogeologia no Brasil e poderá ser um importante instrumento, na cadeia de valor que envolve o processo de geração e difusão do conhecimento hidrogeológico. Agamenon Sergio Lucas Dantas Diretor Presidente CPRM - Serviço Geológico do Brasil v Início_Final_FFI.indd 5 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações prefácio A água começa a ser percebida pela humanidade como um recurso estratégico, que condiciona o desenvolvimento e a qualidade de vida dos povos, refletindo, globalmente, nas condições de sobrevivência do nosso planeta. Desta constatação aflora a necessidade de geração de dados, informações e conhecimentos sobre o comportamento dos processos hidrológicos e de suas interações com os demais componentes do meio ambiente, de modo a permitir uma maior eficácia nas decisões que envolvam o aproveitamento e a gestão deste valioso recurso. Emerge, ainda, um interesse cada vez maior pela abordagem integrada do ciclo hidrológico, por meio da análise e interpretação conjugadas das diferentes fases do ciclo da água, envolvendo a atuação de equipes interdisciplinares. Dentro deste contexto, a água subterrânea representa uma importante fase deste ciclo, que deve merecer um maior aprofundamento no campo da pesquisa e da geração do conhecimento, exigindo a participação cada vez mais ampla de especialistas nesta matéria, bem como a produção de publicações que lhe dêem o embasamento científico necessário. No plano acadêmico, pouca ênfase foi dada, ao longo do tempo, à formação de profissionais de hidrogeologia e à divulgação de estudos científicos nessa área de conhecimento, o que resultou numa carência muito grande de profissionais voltados para a investigação hidrogeológica. O Serviço Geológico do Brasil, ciente desta demanda, produziu em 1997 a publicação intitulada Hidrogeologia – Conceitos e Aplicações, a qual teve grande aceitação no meio acadêmico e profissional e, agora, resolve patrocinar, uma versão atualizada e ampliada desta obra, que irá contribuir, indubitavelmente, para enriquecer o acervo desta importante área do conhecimento. Frederico Cláudio Peixinho Chefe do Departamento de Hidrologia CPRM – Serviço Geológico do Brasil vii Início_Final_FFI.indd 7 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações introdução Originalmente restrita às suas raízes geológicas e aos seus experimentos hidráulicos, a Hidrogeologia, nos últimos 150 anos, vem tendo crescente abrangência interdisciplinar e cada vez mais se consolida como uma ciência ambiental, assumindo, por isso, importância decisiva, principalmente porque trata de um bem vital - a água. No mundo globalizado de hoje, o estudo da água subterrânea assume uma importância cada dia maior como instrumento capaz de prover solução para os problemas de suprimento hídrico e de controle de poluição, intrínsecos às atividades humanas. De fato, tem sido observado, nos últimos anos, que o crescimento populacional, além de aumentar as necessidades hídricas, responde pelo aumento da poluição ambiental. Nesse contexto, o aproveitamento criterioso da água subterrânea, como fator essencial para o desenvolvimento, enfrenta pelo menos três desafios, no tocante à necessidade de conhecimentos. O primeiro, nos campos hidrogeológicos da exploração, avaliação e explotação. O segundo, nos domínios da proteção e da conservação. Sob esse aspecto, a contaminação da água subterrânea pelo homem, nunca imaginada em tempos mais remotos, começou há cerca de 30 anos nos países mais desenvolvidos e já ocorre em muitos locais do Brasil. Nos últimos 20 anos, a literatura hidrogeológica vem tratando e destacando o assunto como algo preocupante, na medida em que nada parece indicar a redução na tendência de crescimento da poluição dos aqüíferos pela atividade humana. Ao contrário, principalmente nos aqüíferos freáticos, que são mais facilmente acessíveis ao homem e, por isso mesmo, mais utilizados e muito vulneráveis, a poluição não cessa de crescer. O terceiro desafio, portanto, é um corolário dos dois primeiros e está associado à necessidade de conhecimentos para bem planejar e administrar, tanto os diversos usos quanto a proteção da água subterrânea. No Brasil, o desenvolvimento da Hidrogeologia teve início na década de 60, na região Nordeste, através da atuação da Sudene, sendo, portanto, uma prática relativamente recente. Como reflexo disso, profissionais, técnicos e estudantes ligados ao setor de água subterrânea, indubitavelmente, ressentem-se da falta de livros e publicações didáticas editados em português, que orientem suas atuações e aprendizado. Além disso, o Brasil, como país em desenvolvimento, muito rico em águas subterrâneas, certamente clama por soluções práticas, nos diversos campos desta ciência não exata. Dentro deste panorama e percebendo esta necessidade, a CPRM lançou em 1997, em parceria com o LABHID - Laboratório de Hidrogeologia da Universidade Federal de Pernambuco, a primeira edição do livro Hidrogeologia: Conceitos e Aplicações, como uma contribuição ao preenchimento desta lacuna. O livro respondeu positivamente às expectativas, obtendo ótima aceitação na comunidade técnico-científica e sendo adotado em diversas universidades como texto para cursos de graduação e pós-graduação. Os mil exemplares da 1a edição esgotaram-se antes do final de 1998, ficando uma demanda não atendida materializada por inúmeras e sistemáticas solicitações de aquisição feitas à CPRM. Assim, para atender essa demanda, a CPRM, apoiada pela ABAS - Associação Brasileira de Águas Subterrâneas, Núcleo Ceará, lançou a segunda edição em 2.000, no I Congresso Mundial Integrado de Águas Subterrâneas, realizado em Fortaleza. ix Início_Final_FFI.indd 9 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações O conteúdo dessas primeiras edições baseou-se em apostilas apresentadas pelos autores em cursos intensivos de especialização, ministrados pelo LABHID a técnicos da CPRM. Esse conteúdo contemplava uma ampla gama de aspectos da Hidrologia Subterrânea, tais como os conceitos e princípios fundamentais da Hidrogeologia, da Geologia, da Física, da Química e da Matemática, julgados necessários ao entendimento dos temas apresentados. Não menos importante, além disso, foi a experiência profissional dos autores, desenvolvida no Brasil, na lide diária, e que permeou toda a obra. Em 2002, com o esgotamento da 2ª edição, a CPRM resolveu não imprimir, simplesmente, uma nova tiragem das edições anteriores, mas produzir um livro de maior envergadura. Iniciou, assim, o projeto Hidrogeologia: Conceitos e Aplicações - 3ª Edição Revisada e Ampliada. Além de uma ampla revisão e reformulação da estrutura de apresentação, foi incluída uma série de novos temas, em parte, por conseqüência do avanço do conhecimento na última década, e, também, em função de demandas emanadas de estudantes, técnicos e pesquisadores do setor. A edição atual é composta por 31 capítulos distribuídos em sete módulos: A Água Subterrânea (capítulos 1.1, 1.2 e 1.3); Água Subterrânea em Meios Porosos Homogêneos (capítulos 2.1 e 2.2); Água Subterrânea em Meios Heterogêneos (capítulos 3.1, 3.2 e 3.3); Pesquisa de Água Subterrânea (capítulos 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5); Qualidade das Águas Subterrâneas (capítulos 5.1, 5.2, 5,3 e 5.4); Explotação das Águas Subterrâneas (capítulos 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7 e 6.8) e Planejamento e Gerenciamento das Águas Subterrâneas (capítulos 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5 e 7.6). Por fim, como suporte ao entendimento de muitos temas, são apresentados, ainda, os Apêndices Noções de Cálculo Aplicado e Noções de Geoestatística Aplicada. O conteúdo deste livro, portanto, aumentou muito, cobrindo praticamente todos os aspectos inerentes à água subterrânea, desde a sua importância e ocorrência até as ferramentas de gerenciamento. Como destacado na primeira edição, contudo, uma publicação com essa abrangência há de padecer, naturalmente, de limitações e imperfeições. O material apresentado não pretende, portanto, ser a palavra final nem, muito menos, tenciona esgotar o tema. Assim sendo, os organizadores sentir-se-ão muito agradecidos, se lhes forem apontadas oportunidades de melhorias e, por outro lado, recomendam aos mais interessados, leituras adicionais que podem ser encontradas nas referências bibliográficas indicadas na presente obra, em cada um de seus capítulos. Por fim, os organizadores esperam que esta obra sirva de fonte de informações tanto para cursos de graduação, especialização e pós-graduação em Geologia e Hidrogeologia, como para referência de técnicos e pesquisadores da área e acreditam na sua importância e repercussão dentro do panorama atual dos recursos hídricos do país, em face do que representa em escala global a água subterrânea para a humanidade. Fernando A. C. Feitosa João Manoel Filho Edilton Carneiro Feitosa J. Geilson A. Demetrio Organização e Coordenação Científica x Início_Final_FFI.indd 10 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações AgrAdecimentos À diretoria executiva do Serviço Geológico do Brasil - CPRM, nas pessoas de seu diretor-presidente, geólogo Agamenon Sergio Lucas Dantas, e seu diretor de Hidrologia e Gestão Territorial, geólogo José Ribeiro Mendes, pela confiança e apoio dispensados, sem os quais esta edição não poderia ter sido realizada e publicada. À Universidade Federal de Pernambuco, representada pelo seu Laboratório de Hidrogeologia – LABHID/CTG, pelos cursos de aperfeiçoamento ministrados a técnicos da CPRM em 1994, 1995 e 1996, que constituíram a semente que germinou na presente obra. Aos mentores e grandes incentivadores da 1ª edição desta obra, Humberto J. T. R. de Albuquerque e Frederico Cláudio Peixinho, bem como a Thales de Queiroz Sampaio e Clodionor Carvalho de Araújo, pelo forte apoio franqueado em sua elaboração. A todos os autores desta 3ª edição, pelo empenho, não apenas na elaboração de seus textos, mas também na sua atualização e refinamento, em que as experiências pessoais foram vertidas com entusiasmo. A todos os colaboradores que devotaram um imenso esforço nas tarefas de editoração e revisão, em especial à Maria da Graça de Melo Feitosa pela sua valorosa participação e dedicação voluntária. Aos funcionários do Serviço Geológico do Brasil, em Teresina, nas pessoas do chefe da Residência, Antônio Reinaldo Soares Filho e do Coordenador Executivo, Frederico José Campelo de Souza, pelo apoio incondicional fornecido, o qual foi decisivo para o sucesso da fase final de edição. E, por fim, os organizadores desta obra deixam aqui registrada, uma homenagem histórica aos idealizadores e primeiros dirigentes da Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste – Sudene, instituição que se constituiu, nas décadas e 1960 e 1970, em berçário e celeiro dos hidrogeólogos pioneiros do Brasil. A essas pessoas, portanto, a presente obra deve muito da sua origem, da sua trajetória e da contribuição que certamente trará à comunidade hidrogeológica do Brasil. xi Início_Final_FFI.indd 11 9/12/2008 20:38:42 Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações orgAniZAção e coordenAção cientÍficA Fernando A. C. Feitosa Geólogo (1982) e Mestre em Hidrogeologia (1990) pela Universidade Federal de Pernambuco – UFPE. Doutorando em Hidrogeologia pela UFPE. Atuou na Conesp, Atepe, Acquaplan, Emater-PE e Funceme. Foi chefe da Divisão de Hidrogeologia (2001-2007) e atualmente é coordenador executivo do Departamento de Hidrologia do Serviço Geológico do Brasil. Coordenador da rede de pesquisa de estudos hidrogeológicos do semi-árido brasileiro, FINEP/CPRM-UFBA-UFC-UFCG-UFRN-UFPE (2005-2008). Linhas de atuação: avaliação e gestão de aqüíferos; estudos hidrogeológicos; construção e avaliação de poços. CPRM – Serviço Geológico do Brasil. ([email protected]) João Manoel Filho Geólogo pela Escola de Geologia de Pernambuco (1962), Mestre em Hidrogeologia (Diplôme d’Ètudes Superieures) pela Université Louis Pasteur, Strasburg, França (1965) e Doutor em Recursos Minerais e Hidrogeologia pela Universidade de São Paulo – USP (1996). Linhas de atuação: avaliação, gestão e modelagem de aqüíferos; aqüíferos anisotrópicos. UFPE- LABHID. ([email protected]) Edilton Carneiro Feitosa Geólogo pela Escola de Geologia de Pernambuco (1964) e Mestre em Hidrogeologia (Diplôme d’Ètudes Superieures) pela Université Louis Pasteur, Strasbourg, França (1967). Professor aposentado da Universidade Federal de Pernambuco – UFPE. Consultor de instituições e empresas públicas e privadas. Linhas de atuação: estudos hidrogeológicos, hidrodinâmica de poços, modelagem analítica de baterias de poços, pesquisa de mananciais subterrâneos, levantamentos geofísicos (eletroresistividade) na pesquisa de água subterrânea. UFPE- LABHID. ([email protected]) J. Geilson A. Demetrio Geólogo (1982) e Mestre em Hidrogeologia (1990) pela Universidade Federal de Pernambuco – UFPE. Doutor em Hidrogeologia pela Universidade de São Paulo – USP (1998). Atuou na Planat – Consultoria em Recursos Naturais, Companhia de Águas e Esgoto do RN - Caern e Associação Tecnológica de PE - Atepe. Professor Adjunto do Departamento de Geologia da UFPE. Coordenador do Laboratório de Hidrogeologia - Labhid do Degeo/UFPE. Linhas de atuação: hidráulica e modelagem numérica de aqüíferos; projeto e hidráulica de poços e geofísica aplicada à hidrogeologia. UFPE-LABHID. ([email protected]) xiii Início_Final_FFI.indd 13 9/12/2008 20:38:43
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