A água subterrânea encontra-se nos poros dos grãos do material que define o aqüífero (e.g., os grãos de areia da Formação Pirambóia/Botucatu no caso), fraturas de rochas (e.g., Formação Serra Geral) e cavidades comuns em terrenos cársticos. A água pode, então, preencher todo o espaço, definindo um meio saturado. Em cada ponto do meio saturado, desde que o fluido esteja em equilíbrio, a água exerce uma pressão, de modo que um piezômetro, equipamento tubular que penetra o aqüífero, instalado em qualquer ponto do meio, registra a posição do nível de água.
A água se movimenta somente com um potencial hidráulico diferencial (∆h), no sentido do maior para o menor. Esse diferencial de potencial hidráulico é também chamado de perda de carga e representa a dissipação de energia pela resistência do meio à passagem do fluido.
O potencial hidráulico assume um valor em cada ponto da superfície potenciométrica, representada pelo limite entre a zona saturada e não-saturada em água. Superfície potenciométrica é o lugar geométrico dos pontos que marcam as
alturas potenciométricas, ou de energia mecânica da água, de um aqüífero, referenciadas a uma dada profundidade (datum vertical). Se as superfícies equipotenciais são verticais, o potencial ou carga hidráulica é o mesmo em qualquer ponto. Seu conhecimento é indispensável para qualquer estudo da situação e dinâmica das águas subterrâneas.
Optou-se pela designação de superfície potenciométrica pois este termo é uma generalização, mais descompromissada com as condições de confinamento do aqüífero. Se um aqüífero é livre, i.e., desprovidos de condição de confinamento ou elementos que exerçam uma pressão sobre ele, pode-se chamar a superfície definida pela altura do nível d’água de superfície freática. Para aqüíferos confinados, por exemplo, com um pacote de rochas sobrepostas a esse aqüífero, pode-se adotar o nome de superfície piezométrica.
O termo nível potenciométrico (freático ou piezométrico) é geralmente utilizado para definir a altura do nível da água em um perfil, enquanto superfície define um plano horizontal (em planta).
Quando um poço tubular é instalado e uma bomba hidráulica retira água desse poço, o nível d’água baixa e define uma superfície cônica ao redor do poço, chamada cone de depleção. A diferença entre o nível d’água antes do bombeamento do poço e durante a abstração de água, geralmente dada em metros, define o rebaixamento.
Outros conceitos não tão relevantes para esse trabalho, tais como zona de influência, contribuição e transporte, usados para definição de áreas ou perímetros de proteção de poços podem ser encontrados na Portaria no 231, de 31 de julho de 1998 do DNPM, publicada no DOU de 07-Ago-1998 e no item IX. Glossário.
1.1. Dados Hidrogeológicos
Os dados hidrogeológicos têm algumas características que são ressaltadas por Rouhani e Myers (1990):
1. Agrupamentos: os pontos amostrais encontram-se pouco dispersos, com longas séries temporais em cada ponto (quando existe um programa de monitoramento adequado), dado o alto custo de instalação de uma nova estação de monitoramento (poço de observação, piezômetro, estação metereológica etc.) guiando para uma amostragem mais freqüente nos pontos já instalados;
2. Periodicidade e não-estacionaridade temporal: a periodicidade no tempo se reflete geralmente na média e pode ser modelada por funções que incluam ciclos diários
ou sazonais com períodos relativamente estáveis, mas variando em amplitude e fases. Ciclos climáticos representam uma segunda deriva temporal quase-periódica, nos períodos, amplitudes e fases. Um terceiro tipo de tendência reflete mudanças climáticas de longo-termo ou causadas pelo homem, como o uso intensivo do aqüífero.
3. Heterogeneidade espacial: condicionantes geográficas e topográficas geralmente promovem uma não-homogeneidade na variável geohidrológica. Nem sempre a não homogeneidade está limitada ao primeiro momento estatístico (média dos valores da variável em questão), mesmo quando se pode assumir uma homogeneidade local para a média, grandes diferenças nas variâncias podem ser observadas. Em porções do aqüífero próximas a um contato hidráulico, freqüentemente se encontra uma ampla variação em relação a zonas confinadas.
Segundo Yevjevich (1993) a qualidade dos dados hidrológicos, bem como análise de aleatoriedade na amostragem, erros sistemáticos e amostrais, não-homogeneidade e não-estacionariedade nos dados, têm sido deixada às margens, dificultando o uso desses dados para modelagens.
1.2. Cartografia Hidrogeológica
A cartografia hidrogeológica é formada por um conjunto de técnicas de amostragem e representação de dados hidrogeológicos. Tem grande importância como ferramenta de síntese da informação hidrogeológica. Seus principais objetivos podem ser sintetizados em:
9
9 amostragem e interpretação de dados;
9
9 elaboração do modelo conceitual;
9
9 base de estudos integrados de gestão; e
9
9 planejamento de projetos em geral (engenharia, ambiental, sócio- econômico, ...).
Suas principais características são: conteúdo, apresentação, escala, formato e preparação técnica. Tem expressão como mapas, seções verticais e blocos diagramas.
Mente (1997) apresenta uma matriz para a classificação dos mapas hidrogeológicos e a tabela seguinte (Tab. 10) apresenta essa síntese com algumas modificações:
Tab. 10: Classificação de mapas hidrogeológicos
Nível de Informação Possível Uso
Baixo
(dados escassos e heterogêneos de diversas fontes)
Avançado
(+ programas de investigação sistemática, dados mais confiáveis)
Alto
(+ análise de sistemas hidrogeológico e modelos matemáticos)
Reconhecimento e Exploração
Mapas hidrogeológicos gerais (mapas de aqüíferos)
Mapas hidrogeológicos paramétricos (conjunto de mapas,
atlas)
Mapas de sistemas de águas regionais (representações de modelos
conceituais)
Planejamento e Desenvolvimento
Mapas do potencial de recursos de água subterrânea
Mapas hidrogeológicos especiais (mapas de planejamento)
Derivação de SIG’s (mapas seções, diagramas em perspectivas, cenários)
Gerenciamento e Proteção
Mapas de vulnerabilidade de sistemas aqüíferos
Mapas de risco de contaminação dos aqüíferos
Mapas de fluxo de água e transporte de poluentes Parâmetros de Apresentação estática baixa baixo grande pequena dependência do tempo confiabilidade custo por unidade real
área representada escala dinâmica alta alto pequena grande
fonte: modificado de Mente (1997)
Nas ciências naturais, em geral, é comum a observação discreta do fenômeno estudado. Daí é necessário a definição de uma malha de amostragem (regulares ou irregulares, com ou sem agrupamento e duplicação de amostras) que passará por um processo de interpolação, e por vezes também de extrapolação, para a geração de uma imagem contínua da variável. No caso da hidrogeologia, temos normalmente a medida de dados em poços (discreta) e queremos estudar o comportamento em mapa, por exemplo, a superfície potenciométrica (contínua) do aqüífero. Em alguns casos pode-se contar com o apoio de uma outra variável contínua, como a geofísica, que pode auxiliar no mapeamento da nossa variável.
O reconhecimento de alguns pontos da superfície potenciométrica pode permitir a representação dessa superfície por uma imagem, no formato matricial (raster), que são
pixels onde uma escala de cor pode indicar os valores assumidos pela variável no ponto,
ou por linhas equipotenciais, no formato vetorial (vector), que são linhas de mesmo potencial hidráulico (isopotenciais), permitindo o traçado de linhas de fluxo de água e divisores de águas subterrâneas.
Os mapas potenciométricos permitem ainda a determinação provável de áreas de recarga (máximo potencial hidráulico) e descarga (menor potencial hidráulico). Diversos estudos hidrogeológicos fazem uso do mapa da superfície potenciométrica para identificar o fluxo da água subterrânea, mas muitas vezes sem utilizar critérios adequados na elaboração desses mapas, levando à geração de imprecisões e artefatos que podem ser decisivos no desenvolvimento de um projeto.
resposta não é tão simples, dependem da natureza da variável, da malha de amostragem (ou pontos), da precisão, acurácia e tempo de elaboração exigidos na confecção desse mapa. Mais adiante serão discutidas algumas técnicas de mapeamento.
Existem algumas propriedades que facilitam a estimativa da superfície potenciométrica, como a alta correlação entre a superfície potenciométrica e a superfície topográfica (STURARO, 1988). A flutuação da superfície potenciométrica pode ser dada por diversos fatores, tais como a explotação de água do aqüífero, a vazão de rios com os quais o aqüífero esteja conectado, uso e ocupação do espaço em áreas de recarga (principalmente pela agricultura e seu manejo, mais especificamente irrigação e drenagem), a precipitação pluviométrica (inclusive relacionada com a flutuação da temperatura da superfície oceânica - TANCO; KRUSE, 2001), além de outros fatores. Esses e outros dados podem tornar-se informações a serem utilizadas como variáveis auxiliares (ou secundárias) para estimar a variável de interesse (ou primária). Mas isso será discutido mais adiante.