Metodologia cartográfica para avaliação de favorabilidade de recarga de aquíferos: estudo de caso para a bacia do rio Paracatu, Brasil

Metodologia Cartográfica para Avaliação de Favorabilidade de Recarga de Aquíferos: estudo de caso para a Bacia do Rio Paracatu, Brasil

Vitor V. VasconcelosI; Paulo P. Martins JuniorII; Renato M. HadadIII I

Doutorando em Geologia, Universidade Federal de Ouro Preto, Mestre em Geografia, Especialista em Solos e Meio Ambiente, Bacharel em Filosofia, Técnico em Meio Ambiente, Técnico em Informática, [email protected] II Universidade Federal de Ouro Preto (Professor), Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - CETEC-MG (Pesquisador Pleno), Geólogo, Doutor em Ciências da Terra, [email protected] III PUC-MG (Pró-Reitor), Programa de Pós-Graduação em Geografia - Tratamento da Informação Espacial (Professor), Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais, CETEC-MG (Pesquisador Pleno), Doutor em Ciência da Computação, Mestre em Ciência da Computação, Bacharel em Engenharia Mecânica, [email protected]

Disponível em: http://pt.scribd.com/doc/176500792/Metodologia-cartografica-para-avaliacao-de-favorabilidade-de-recarga-de-aquiferos-estudo-de-caso-para-a-Bacia-do-Rio-Paracatu-Brasil

Versão para língua portuguesa do original publicado em: Vasconcelos, V.V.; Martins Junior, P.P.; Hadad, R.M. Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil. Boletim do Museu Paraense Emílio Goeldi. Ciências Naturais. V. 8. N. 2. May-Aug. 2013. Available at: http://www.museugoeldi.br/editora/bn/artigos/cnv8n2_2013/cartographic(vasconcelos).pdf, access in 16/10/2013

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Metodologia cartográfica para avaliação de favorabilidade de recarga de aquíferos: estudo de caso para a bacia do rio Paracatu, Brasil Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil Vitor Vieira VasconcelosI, Paulo Pereira Martins JuniorI, Renato Moreira HadadII I Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto, Minas Gerais, Brasil Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil

II

Resumo: Este artigo apresenta a proposta de uma metodologia para delimitação e caracterização das zonas favoráveis à recarga de aquíferos. Toma-se como estudo de caso a bacia hidrográfica de Paracatu (SF-7). Utiliza-se, como fundamento, a inferência hidrogeológica pelas áreas altimetricamente mais elevadas em relação às surgências. A delimitação dessas áreas teve como base a elaboração de um plano de interpolação por krigagem da altitude das surgências. A caracterização quanto à favorabilidade da recarga teve como subsídio estudos de litoestratigrafia, geomorfologia, pedologia, dados climatológicos e a diferença altimétrica em relação às surgências e aos cursos d’água de jusante. Os mapas obtidos apontam que a porção oeste da bacia do Paracatu apresentaria maior potencial de recarga, seguida pelos planaltos e superfícies tabulares mais elevados. Esses produtos cartográficos apresentam-se úteis para integrar a gestão dos recursos hídricos com a gestão da ocupação territorial. Palavras-chave: Hidrogeologia. Recarga de aquíferos. Meio ambiente. Geoprocessamento. Recursos hídricos.

Abstract: This article presents a proposal for a methodology to demarcate and characterize areas that might be conducive to aquifer recharge. The guiding principle is the hydrogeological inference of areas uphill from springs. A kriging interpolation plane of the elevation of the springs is the basis for the delimitation of these areas. The characterization of recharge potential rests on lithostratigraphy, geomorphology, and soil studies, on climatological data, and on altimetric differential of springs and downstream watercourses. The maps suggest that the Western portion of the Paracatu basin would hold greater potential for recharge, followed by highland plateaus and table lands. These cartographic products may be useful to integrate the management of water resources and land use. Keywords: Hydrogeology. Aquifer recharge. Environment. Geoprocessing. Water resources.

____________________________________________ VASCONCELOS, V. V., P. P. MARTINS JUNIOR & R. M. HADAD, 2013. Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil. Boletim do Museu Paraense Emílio Goeldi. Ciências Naturais 8(2): 153-176. Autor para correspondência: Vitor Vieira Vasconcelos. Rua Goitacazes, 201/1402 – Centro. Belo Horizonte, MG, Brasil. CEP 30190-050 ([email protected]). Recebido em 27/03/2013 Aprovado em 30/07/2013 Responsabilidade editorial: Hilton Tulio Costi

153

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

INTRODUÇÃO A recuperação e manutenção do ciclo hidrológico, em

Scanlon et al. (2002, p. 19 e 33) sugerem que seja

termos quantitativos e qualitativos, são dependentes do

relação

correto planejamento sobre os impactos ambientais

hidrogeológicas. Além de permitir uma compreensão

quanto ao solo e à biota. Importante para a preservação

preliminar dos processos hidrogeológicos em curso,

dos recursos hídricos é a manutenção da cobertura

essa modelagem também ajuda na escolha e no

vegetal e do manejo dos solos nas áreas de predomínio

planejamento

de recarga de aquíferos, visto que isso irá viabilizar a

aprofundados de inferência indireta e/ou direta.

percolação da água, assegurando uma vazão mais

Todavia, em países em desenvolvimento, com poucas

estável para os corpos d’água superficiais, sobretudo,

bases de dados sistematizados e com poucos recursos

na estação das secas.

financeiros para campanhas de medições de campo,

elaborada uma modelagem conceitual de recarga em aos

atributos

de

fisiográficos

estudos

das

subsequentes

bacias

mais

O reconhecimento do processo hidrogeológico,

essa modelagem conceitual pode frequentemente ser a

portanto, apresenta-se como ummeio eficaz para a

única metodologia viável para trazer um mínimo de

integração entre a gestão de ocupação do solo e a

compreensão dos processos hidrogeológicos de uma

gestão dos recursos hídricos. Em especial, a análise da

região.

relação entre a diferenciação espacial atributos

Para a modelagem conceitual, Scanlon et al.

ambientais da bacia e os processo de recarga e

(2002, p. 19) referendam a classificação de unidades

descarga de aquíferos pode fornecer subsídios para o

hidrogeomórficas, propostas por Tóth (1963) e

planejamento de boas práticas para projetos agrícolas,

implementadas em vários estudos aplicados, tais como

obras de engenharia e outros usos da terra. A

Salama et al. (1994). Uma abordagem análoga, de

compreensão desses processos também é essencial para

unidades de paisagens hidrológicas, foi proposta por

uma gestão integrada dos recursos hídricos superficiais

Winter (2001) e implementada em Wolock et al.

e subterrâneos.

(2004). Tague & Grant (2004) relacionaram diversos

Entre as técnicas mais amplamente utilizadas para

padrões de recarga e descarga de aquíferos com as

análise de recarga de aquíferos, encontram-se os

características geológicas e geomorfológicas.

métodos de campo (com uso de piezômetros,

Lanni et al. (2011) ressaltam a necessidade de que

lisímetros, traçadores, entre outros) e os métodos por

a modelagem fisiográfica da infiltração da água da

inferência indireta (como balanço hídrico e avaliação

chuva inclua a avaliação da conectividade hidráulica

de hidrógrafas). O emprego de métodos de campo para

subsuperficial de forma interescalar (encosta/bacia),

grandes bacias, além de envolver custos elevados

considerando a flutuação do nível freático, umidade

quanto à rede de amostragem necessária, ainda gera

pré-chuva do solo e a descarga hídrica nas surgências e

incertezas em virtude da heterogeneidade espacial dos

cursos de água. Gharari et al. (2011) e Nobre et al.

processos hidrogeológicos. Ao passo que os métodos

(2011) exploram esse conceito em relação a critérios

indiretos, apesar de úteis para uma avaliação da recarga

geomorfométricos de altitude em relação às drenagens,

em bacias hidrográficas, ainda apresentam a lacuna de

obtendo resultados hidrológicos consistentes.

não avaliar as diferenciações dos atributos ambientais

No decorrer da modelagem conceitual preliminar,

(solo, geomorfologia e litoestratigrafia) intrabacia e

uma questão essencial é a delimitação de áreas

interbacias.

prováveis de maior potencial de recarga. Não se

Como uma etapa anterior ao emprego dos

pretende ignorar que, para um aquífero livre, toda a

métodos diretos e indiretos de estimativa de recarga,

superfície de terreno apresenta, em maior ou menor

154

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

grau, potencial de infiltração e percolação. Todavia, em

na manutenção da água disponível, tanto para

bacias de rios perenes, as áreas topograficamente mais

atividades antrópicas quanto para a manutenção dos

elevadas

processos ambientais.

em

relação

às

nascentes

geralmente

apresentam funções hidrogeológicas distintas daquelas à jusante, em especial no que diz respeito à

LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

predominância da função de recarga de aquíferos.

A bacia hidrográfica do rio Paracatu localiza-se quase

Crave & Gascuel-Odux (1997), recorrendo a modelos

integralmente na região noroeste do estado de Minas

integrados de fluxo superficial/subterrâneo e a

Gerais (Região Noroeste), com pequenas áreas de topo

validações de campo, demonstraram que as áreas

adentrando no estado de Goiás e no Distrito Federal

altimetricamente

às

(mapas das Figuras 1 e 2). A bacia possui 45.154 km2,

nascentes usualmente apresentam maior infiltração e

sendo a maior bacia dentre os afluentes diretos do rio

menor escoamento superficial, pois, em decorrência do

São Francisco.

movimento

mais

da

água

elevadas

em

relação

subterrânea/subsuperficial

Desde o ano de 1970, observa-se nessa bacia

direcionado pelo potencial hidráulico-gravitacional,

hidrográfica

constituem-se áreas com menor umidade superficial do

extensivos sistemas de irrigação (Rodriguez, 2004),

solo no momento pré-chuva e com maior profundidade

envolvendo diversos agricultores de forma associada.

da zona saturada. Dessa forma, o mapeamento focado

Caracteriza-se por uma agricultura que se utiliza de

nessas áreas torna-se um instrumento de gestão,

alto padrão tecnológico, incluindo o emprego frequente

orientando a ação conservacionista dos diversos

de pivôs circulares de irrigação. Em períodos de maior

usuários do solo e da água, planejadores públicos,

estiagem, chegou-se não raras vezes a conflitos locais

comitês de bacia, entre outros atores.

entre os agricultores pelos recursos hídricos escassos

O objetivo deste artigo é propor uma metodologia

o

estabelecimento

progressivo

de

(Pruski et al., 2007).

que exponha, cartograficamente, as áreas mais favoráveis para a recarga de aquíferos. Conseguinte, os

CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA E

objetivos específicos deste artigo são: estabelecer um

HIDROGEOLÓGICA

método de estudo adequado para tratar com os topos do

Com base nos dados das estações pluviométricas e

relevo como uma das formas de se averiguar a

climatológicas

favorabilidade de ocorrência de recarga de aquíferos

(1996) e por Nunes & Nascimento (2004) é possível

subterrâneos em condições de drenagens efluentes;

deduzir uma forte correlação espacial entre os atributos

avaliar o caso do Vale do Paracatu, bacia SF-7, como

climáticos. Essa correlação se dá em concordância com

estudo aplicado; comprovar a utilidade prática desse

os aspectos de gênese climática, especialmente em

método como uma das formas de se tratar a questão das

virtude de a pluviosidade ser controlada pelas correntes

recargas, pesquisando-as qualitativamente em áreas

de ar perturbadas por sistemas climáticos a oeste,

amplas.

originadas

Os

resultados

aplicados

dessa

por

apresentados

linhas

de

por

RURALMINAS

instabilidade

tropical

metodologia

(RURALMINAS, 1996). As linhas de instabilidade se

apresentam utilidade premente para a gestão integrada

formam por depressões barométricas induzidas de

dos recursos hídricos, visto que o manejo de

dorsais de alta pressão (Gamache & Houze Junior,

conservação do solo e da água adquire maior

1982; Dias, 1987), habitualmente sobre os Estados de

relevância na proporção em que se acentua seu papel 155

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Figura 1. Mapa de localização da bacia do rio Paracatu.

Mato Grosso e Goiás, deslocando-se em rajadas de

décimos em João Pinheiro e Bonfinópolis de

vento para o oeste de Minas Gerais. Tais dados

Minas;

condizem com os ventos predominantes na direção E e

- as taxas de evapotranspiração potencial são

NE para a bacia (RURALMINAS, 1996).

crescentes, de 1.000mm para 1.350mm;

Em virtude do número de estações pluviométricas

- as taxas de evapotranspiração real são crescentes,

ser mais bem distribuído que o de estações

com 823,9mm em Cabeceira Grande e com

climatológicas, essa variação especial dos atributos

1.036,2mm em Cachoeira Paredão;

climáticos pode ser observada de forma integrada pelo

- o excesso hídrico diminui (na estação úmida), com

mapa de pluviosidade (Figura 3). Dessa forma,

738,3mm em Guarda-Mor e com 143,5mm em

Vasconcelos et al. (2012), analisando os dados

Porto Alegre (distrito próximo à foz da bacia);

climatológicos de Ruralminas (1996), detectaram que,

- o déficit hídrico aumenta (na estação seca), com

partindo dos limites das cabeceiras a noroeste, oeste e

132,1mm em Guarda-Mor e com 498,5mm em

sudoeste, seguindo na direção das sub-bacias a leste e

Porto Alegre.

da

Apresentam-se, nas figuras 4, 5, 6, 7 e 8, os mapas

foz

a

nordeste,

constatam-se

as

seguintes

tendências:

de altimetria, declividade, solos, geomorfologia e

- a temperatura média anual aumenta em apenas 2ºC

tipologia de aquíferos. A seguir, são explorados os

(de 22°C a 24°C), obedecendo a controle

principais aspectos desses atributos ambientais e suas

topográfico,

relações com os processos hidrogeológicos.

sem

variações

latitudinais

significativas;

Por meio do método gráfico de Barnes (1939), a

- a umidade relativa do ar média anual aumenta, de

Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais

69% para 79,4%;

(CETEC, 1981) estimou que, para a bacia do rio

- a insolação média anual é crescente, com 2.106,8

Paracatu, em diferentes pontos, há uma contribuição de

horas na cidade de Paracatu e com 2.596,1 horas

32% a 48% dos aquíferos para a manutenção da vazão

na cidade de João Pinheiro;

dos cursos d’água. Essa contribuição aumenta na

- a nebulosidade é decrescente; com média de 5,7

medida em que o curso d’água apresenta mais áreas de

décimos de céu descoberto em Paracatu e 5,2

recarga de arenitos cretácicos e de sedimentos de

156

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

cobertura

–

que

reduzida ou praticamente nula, quando comparada aos

a

aquíferos granulares supracitados. Ramos & Paixão

caracterização como áreas favoráveis para recarga. Em

(2004) também destacam a importância dos aquíferos

contrapartida, esses cálculos consideraram que a

sedimentares porosos para a perenização dos rios da

infiltração e contribuição proveniente das formações

bacia do São Francisco.

fundamenta

detrito-laterítica a

escolha

dessas

observação áreas

para

fraturadas e cársticas do aquífero Bambuí seria muito

Figura 2. Mapa Hidrográfico da bacia do rio Paracatu

157

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

10m, embora excepcionalmente alcancem 30 metros (RURALMINAS, 1996, R3, v. 3, p. 10), havendo registro de até 80 metros (Mourão, 2001). As áreas de descarga principais situam-se ao sopé das elevações, ao longo do flanco ou rebordo das chapadas (Figura 9), no contato do aquífero poroso com o substrato impermeável. A superfície do aquífero freático obedece a um acentuado controle topográfico, com linhas de fluxo convergentes em direção aos drenos principais, indicando que os cursos d’água principais têm caráter efluente, ou seja, recebem contribuições das águas subterrâneas (CETEC, 1981, p.

Figura 3. Mapa de Isoietas de precipitação anual média na bacia

105).

do Rio Paracatu (em mm).

Os aquíferos sedimentares terciário-quaternários

As unidades geológicas das formações Areado e por

mais recentes, que se localizam nas planícies de

aquíferos livres que fornecem significativa quantidade

baixada da bacia do rio Paracatu (Depressão São

de água por meio de fontes de encosta (CETEC, 1981,

Franciscana),

p. 102). São formadas por arenitos espessos (até 140

permeabilidade do Grupo Bambuí; é observada

metros) e repousam diretamente sobre substrato

frequentemente a exsudação na área de contato entre

impermeável

Eo-

essas duas litologias (CETEC, 1981, p. 104; Mourão,

Cambriano) (CETEC, 1981, p. 102-104). Entretanto, as

2001). Pela geomorfologia predominante de superfícies

mesofraturas subjacentes identificadas na formação

de aplainamento desse sistema aquífero (Andrade,

Bambuí podem aumentar a complexidade desses

2007), pode-se supor a existência de fluxos de base

aquíferos

através

aquíferos

locais e regionais, quando se verifica uma conexão

granulares

com

sotopostos

hidráulica entre esses aquíferos e os rios – dessa forma,

(Martins Junior et al., 2006). A formação Mata da

os aquíferos funcionam como reguladores das vazões

Corda, com até 100 metros de espessura, também

desses cursos d’água (CETEC, 1981, p. 105). Seu

forma aquífero poroso, sobreposto à formação Aerado

potencial de armazenamento de água é menor que nos

(RURALMINAS, 1996).

demais aquíferos porosos da bacia, em virtude da

Urucuia

(Período

do

Cretáceo)

grupo

da

caracterizam-se

Bambuí

combinação

aquíferos

(Período

de

fraturados

pouca

Morfologicamente, os aquíferos porosos de

recobrem

espessura

–

os

em

pelitos

média

de

de

5

baixa

metros

(RURALMINAS, 1996, R3, v. 3, p. 10, 40 e 44).

cobertura terciário-quaternária mais antiga jazem sob

Os

parte dos Planaltos Residuais do São Francisco,

litossomas

fissurados

correspondem

formando superfícies tabulares em cotas acima de

especialmente aos Grupos Bambuí e Canastra; e pelas

900m (Andrade, 2007). Na bacia do rio Paracatu, trata-

formações Paracatu, Vazante e Paranoá. Caracterizam-

se de superfícies tabulares pouco retrabalhadas, com

se por apresentar permeabilidade de fissuras e

praticamente ausência de drenagem, o que caracteriza

diáclases.

uma

armazenamento e circulação hídrica depende da

espessa

camada

sedimentar

com

elevada

A

potencialidade

continuidade

e

destas

rochas

interligação

para

capacidade de infiltração potencial (CETEC, 1981, p.

extensão,

dos

105). Esses aquíferos possuem espessura média de

fraturamentos, bem como da abertura ou volume de vazios no interior dessas estruturas. As possibilidades

158

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

de infiltração direta de água nestas rochas-reservatório

capeamento

a partir das águas pluviais são reduzidas, dado que as

quaternário, bem como pelos pontos de coincidência

descontinuidades

fratura-drenagem, ou seja, através dos leitos dos cursos

de

fraturas

constituem

feições

sedimentar

cretáceo

relativamente localizadas (Mourão, 2001). A recarga se

d’água

dá pela infiltração vertical descendente através da

(RURALMINAS, 1996, R3, v.3, p. 44).

camada de solo ou de infiltração mais profunda do

Figura 4. Mapa altimétrico da bacia do rio Paracatu

159

controlados

por

direções

e

terciário-

de

fratura

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Figura 5. Mapa de declividade na bacia do rio Paracatu

160

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Figura 6. Mapa de distribuição de solos na bacia do rio Paracatu

161

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Figura 7. Mapa geomorfológico na bacia do rio Paracatu

162

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Figura 8. Mapa de tipologia de aquíferos na bacia do rio Paracatu

Figura 9. Áreas de descarga da formação das superfícies tabulares de altitude, na bacia do Paracatu. Projeto de Assentamento XV de Novembro (Ferreira Neto, 2005, p. 14).

163

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Os aquíferos cársticos da bacia do Paracatu correspondem

predominantemente

a

em relação aos atributos fisiográficos que conferem

áreas

favorabilidade aos processos de recarga de aquíferos.

geomorfológicas de cristas e vertentes encaixadas

Por fim, são utilizadas

ponderações sobre os

(Andrade, 2007) de declividade acentuada. Como se

parâmetros fisiográficos, para elaborar a mapeamento

distribuem pela Zona de Deformação das Cristas de

de um índice qualitativo da favorabilidade geral de

Unaí, submetida a forte tectonismo (falhamentos de

recarga.

empurrão, falhas transcorrentes e estruturas de

Partiu-se da informação altimétrica dos pontos de

dobramentos), admite-se um alto grau de fraturamento.

surgência, de modo a demarcar a linha de transição

Ademais, a presença de dolinas, cavernas e sumidouros

entre o predomínio dos processos de recarga e os de

indica um desenvolvimento endocárstico. Em vista

descarga de aquíferos. Os pontos de localização das

disso, pressupõe-se que tais aquíferos possam permitir

surgências foram locados a partir da base de

um fluxo hidrogeológico significativo. Todavia, em

cartográfica do IBGE (1971), em escala de 1:100.000,

função da expressividade do escoamento em dutos

sendo um total de 5.413 surgências (8,34 por km2). A

inerentes às formas cársticas evoluídas, seus aquíferos

altimetria de cada ponto foi obtida pela interpolação

apresentariam coeficiente de recessão mais acentuado,

das curvas de nível e pontos altimétricos de um

esgotando-se mais rapidamente e provendo, pois,

Modelo de Elevação Hidrologicamente Consistente -

menos água às nascentes durante o ápice do período de

MEDHC. O MEDHC foi elaborado com base no

estiagem.

tratamento da topografia SRTM (JARVIS et al., 2008)

Os aquíferos de depósitos aluviais do quaternário

e da hidrografia da carta de 1:100.000 do IBGE (1971),

são encontrados de forma generalizada ao longo da

recondicionados com a extensão Hydrotools para

rede de drenagem, nas planícies de inundação e

ArcGis 10 e com os algoritmos de pré-processamento

terraços. Constituem zonas ativas de troca de água,

do software Saga 2.0.8.

recebendo recarga dos rios nos períodos de águas altas,

A altimetria de cada nascente serviu de base para

com restituição nos períodos de estiagem (Mourão,

a elaboração de um plano tridimensional com a

2001).

interpolação geoestatística por krigagem ordinária gaussiana com 2 a 5 vizinhos por quadrante (45o). O

Nas áreas de transição entre os planaltos residuais e a depressão são franciscana, na bacia do Paracatu,

método de krigagem, bem como seus parâmetros,

dominam as feições geomorfológicas retrabalhadas de

foram escolhidos e otimizados interativamente pelo

colinas e vertentes, onde assume-se o papel

algoritmo da extensão Geostatistical Analyst, do

hidrogeológico de áreas de transiência (ou áreas de

programa ArcGis 10.1. Esse plano krigado foi

transporte). Não obstante, cabe lembrar que toda

subtraído do modelo de elevação digital por álgebra de

superfície com manto de intemperismo contribui em

mapas, tendo como produto as áreas altimetricamente

parte para a recarga dos aquíferos freáticos.

mais elevadas em relação às nascentes. O

funcionamento

geral

dos

sistemas

MATERIAIS E MÉTODOS

hidrogeológicos e das principais áreas de recarga

A metodologia proposta compreende três etapas

ocorrentes no vale do São Francisco e do noroeste de

principais. Na primeira etapa, são delimitadas as áreas

Minas Gerais são apresentados nos estudos do

altimetricamente

às

Planoroeste II (CETEC, 1981) e em Ramos & Paixão

nascentes. Em seguida, essas áreas são caracterizadas

(2004). O estudo mais regionalizado das zonas de

mais

elevadas

em

relação

recarga da bacia do Paracatu foi realizado por

164

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

RURALMINAS (1996) e Martins Junior (2009). Esses

Nunes & Nascimento (2004). A cartografia de

estudos foram importantes por indicar quais unidades

pluviometria foi obtida por meio da soma das bases de

geoambientais

litoestratigrafia,

pluviosidade do semestre seco e do semestre chuvoso,

geomorfologia, pedologia e pluviometria) serão mais

de Nunes & Nascimento (2004), interpoladas pelo

importantes para recarga dos aquíferos da bacia do

método do vizinho natural.

(conjugando

Paracatu. Como base nos estudos supracitados, adotou-

A partir das bases cartográficas disponíveis,

se a seguinte tipologia que caracterizaria a maior

elaborou-se um índice ponderado de favorabilidade de

favorabilidade à recarga de aquíferos localizados em

recarga dos aquíferos. O método escolhido foi o da

áreas altimetricamente mais elevadas em relação às

modelagem baseada em conhecimento, consistindo no

nascentes dessa bacia:

acesso a especialistas e à bibliografia consolidada.

- Litoestratigrafia: aquíferos porosos.

Desse modo, a ponderação mescla um ordenamento

- Geomorfologia: áreas tabulares aplainadas formadas

qualitativo a um quantitativo. Foram tomados como

por processos de pedimentação.

base os mapeamentos de litoestratigrafia e pedologia

- Pedologia: neossolos quartzarênicos.

(Martins

Junior,

2006),

pluviosidade

(Nunes e

Com o cruzamento (overlay) entre as bases

Nascimento, 2004), declividade, da altimetria obtida

cartográficas de litoestratigrafia, geomorfologia e

por radar do projeto SRTM (JARVIS et al., 2008),

pedologia, é possível mapear todas as formas de

diferença altimétrica em relação ao nível de nascentes e

combinações (sobreposições) entre essas diferentes

altitude em relação ao curso d’água à jusante, com base

características favoráveis à recarga. Dessa forma, os

no SRTM e na hidrografia do IBGE (1971).

locais em que ocorra a favorabilidade concomitante

Foi utilizado o software Saga 2.0.8 para o cálculo

entre as três bases cartográficas seriam as áreas de

da diferença altimétrica em relação ao curso d’água à

maior potencial para a recarga dos aquíferos. Por

jusante, aplicando-se o algoritmo descrito em Rennó et

conseguinte,

al. (2008).

as

áreas

com

sobreposição

de

favorabilidade de duas bases cartográficas (dentre as

As classes de solo foram ordenadas em função de

três utilizadas) teriam um potencial de recarga maior

sua drenagem, de acordo com a tipologia proposta pela

do que as áreas com favorabilidade em apenas uma das

Sociedade Brasileira de Ciência do Solo (Santos et al.,

bases cartográficas. Por fim, as áreas situadas

2005), a partir dos dados primários do levantamento de

altimetricamente

solo da região (CETEC-MG, 1981).

mais

elevadas

em

relação

às

nascentes, e que não apresentam nenhum dos atributos

Desse modo, a ordenação de drenagem dos solos

favoráveis anteriormente citados, seriam as de menor

para a bacia do Paracatu, do mais bem drenado para o

potencial para a recarga dos aquíferos.

menos

Com

a

digitalização

da

litoestratigrafia,

drenável,

foi:

neossolos

quartzarênicos,

latossolos, cambissolos, solos de horizonte B textural,

geomorfologia e pedologia da região por Martins

neossolos

Junior (2006), a partir das bases do Planoroeste II

litoestratigráficas, por sua vez foram agrupadas em

(CETEC, 1981), tornou-se possível a caracterização

aquíferos

cartográfica das áreas de recarga em escala de detalhe

sedimentares rasos, cársticos, cársticos-fraturados e

de 1:250.000. Os produtos cartográficos foram

fraturados, assim ordenadas da mais relevante para a

cotejados aos dados das estações climatológicas e

menos relevante, em relação à capacidade teórica de

pluviométricas, presentes em RURALMINAS (1996) e

recarga do fluxo subterrâneo. 165

litólicos,

gleissolos.

sedimentares

As

profundos,

classes

aquíferos

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Para os tipos de solo, a referência balizadora foi o

altimétrica em relação às nascentes e aos cursos de

sistema Hydrology of Soil Types – HOST – (Boorman

água, com base nos critérios altimétricos utilizados por

et al. 1995), adotado pelo Reino Unido, conjugando

Rennó et al. (2008) e Gharari et al. (2011), classificada

estimativas quantitativas aos critérios de drenagem de

nos termos de recarga, transigência e descarga (Souza e

solos, profundidade permanente ou sazonal do aquífero

Fernandes, 2000). As ponderações tomaram por base

freático e presença de camada impermeável ou

estudos extensivos realizados em encostas, referentes a

semipermeável. Para uso no Brasil, realizamos a

padrões de condutividade hidráulica (Lewis et al.,

correspondência entre a tipologia HOST e o Sistema

2011), umidade superficial pré-chuva (Crave e

Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA,

Gascuel-Odoux, 1997; Famiglietti et al., 1998; Brocca

1999) levando em conta as taxas de infiltração típicas

et al., 2007) e profundidade do nível freático (Nobre et

para essas classes de solo (Rocha & Daltrozo 2008;

al., 2011).

Mendonça et al. 2009; Rawls et al. 1982; Bouwer,

As ponderações são apresentadas no Quadro 1.

1999) e as estimativas de coeficientes que relacionam

Para a pluviosidade, a ponderação se deu diretamente

as taxas de escoamento superficial (Carvalho 2009).

na

Estes últimos coeficientes também foram utilizados

interpolada para cada quadrícula raster.

como referência para a influência da declividade na

da

precipitação

(em metros/ano)

O critério de cálculo de totais parciais se dá por

recarga dos aquíferos.

multiplicação dos índices de cada atributo. A

Quanto à influência do potencial do aquífero (classes

estimativa

consideradas,

recomendações de Clarke (2009), Tucci (2009) e

preliminarmente, as regressões de litoestratigrafia

Naghettini e Pinto (2007) para a modelagem

sobre fluxo de base de Bloomfield et al. (2009),

hidrogeológica e hidrológica. Parte-se do pressuposto

complementadas pelas estimativas de vazão de poços

teórico de que se modela um fluxo contínuo de água

em diversos sistemas de rochas portadoras de aquíferos

(da precipitação à surgência), que será potencializado

(Rebouças 2008, p. 23-26; Mente 2008, p. 38-47).

ou restringido quantitativa e qualitativamente pelas

Foi

litoestratigráficas),

utilizada

a

foram

modelagem multiatributo por multiplicação segue as

abordagem

de

unidades

características ambientais, incluindo efeitos iterativos

hidrológicas de paisagem para tratar a diferença

(USEPA, 1986).

166

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Quadro 1 – Ponderação dos atributos utilizados para avaliar a Drenagem de Solos e o Potencial de Recarga de Aquíferos Neossolos Quartzarênicos

6 Aquíferos porosos profundos 3 Plano 0-3% 2,5

Abaixo de -5 metros Descarga 0,7 Abaixo de 10 metros Descarga 0,7

Solos (drenagem) Cambissolos Neossolos litólicos Solos de horizonte B textural ou plíntico 2,5 1 0,6 Litoestratigrafia (recarga do aquífero) Aquíferos porosos Carste Cárstico/fissurado rasos 2,2 1,4 1,1 Declividade (infiltração) Suave-Ondulado Ondulado Forte-Ondulado 3-8% 8-20% 20-45% 1,5 1 0,5 Pluviosidade Metros de chuva / ano. Altitude em relação ao nível de nascentes De -5 a 5 metros De 5 a 20 metros Flutuação do contato freático Transiência 0,85 1,6 Altitude em relação ao curso d’água de jusante De 10 a 20 metros De 20 a 40 metros Flutuação do contato freático Transiência 0,85 1,6 Latossolos

Solos hidromórficos e aluviais 0,3 Fissurado 0,7 Escarpado > 45% 0,25

Acima de 20 metros Recarga 2,25 Acima de 40 metros Recarga 2,25

Os mapas das unidades de paisagem hidrológica

RESULTADOS E DISCUSSÃO O resultado da delimitação da favorabilidade de

referentes à diferença altimétrica relacionada às

recarga de aquíferos pode ser observado na Figura 10.

nascentes e aos cursos d’água estão nas Figuras 11 e

Essa

parâmetros

12. A classificação da diferença altimétrica em relação

otimizados pela interpolação por krigagem, junto aos

aos cursos d’água mostrou-se mais adaptada ao

mapas da interpolação e de seu desvio-padrão de

microrrelevo da bacia, enquanto a diferença altimétrica

predição, bem como um mapa auxiliar que extende a

em relação às nascentes mostrou-se mais adaptada ao

caracterização para toda a área da bacia.

macrorrelevo da bacia. O pareamento dos valores

figura

também

apresenta

os

A caracterização da favorabilidade de recarga da

ponderados dos dois critérios topográficos está na

Figura 10 apresenta apenas o potencial dos atributos de

Figura 13, transmitindo a informação pareada das duas

solo, rocha e geomorfologia. Para uma noção mais

formas de abordagem.

acurada da recarga efetiva dos aquíferos, é preciso

A análise do potencial conjugado das diferenças

contrapor esse mapa à distribuição espacial dos

altimétricas relativas com os fatores de solo, geologia,

parâmetros climáticos da bacia hidrográfica. Nesse

relevo, pluviosidade pode ser avaliado pelo índice de

aspecto, apesar de as características pedológicas,

favorabilidade de recarga, da Figura 14. Os resultados

geomorfológicas e geológicas indicarem que as áreas

ainda mostram a maior favorabilidade da recarga nas

mais favoráveis encontrar-se-iam a leste da bacia, os

bordas da metade leste da bacia, embora se destaquem

parâmetros climáticos são mais favoráveis à recarga

também os potenciais nas chapadas ao sul da bacia e

dos aquíferos na região oeste da bacia.

nos planaltos a noroeste.

167

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Figura 10. Mapa de caracterização de áreas com Favorabilidade de Recarga na bacia do Rio Paracatu. As cores das classes de favorabilidade se aplicam tanto ao mapa com as áreas mais elevadas em relação às nascentes quanto ao mapa geral para toda a área da bacia. 168

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Figura 11. Mapa de distribuição das unidades hidrológicas de paisagem com referência à diferença altimétrica em relação às nascentes.

169

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Figura 12. Mapa de distribuição das unidades hidrológicas de paisagem com referência à altitude em relação ao curso d’água de jusante.

170

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Figura 13. Mapeamento do Índice resultante da ponderação entre as unidades hidrológicas de paisagem de diferença altimétrica em relação ao nível das nascentes e ao curso d’água de jusante.

171

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

Figura 14. Mapa de potencialidade de recarga dos sistemas aquíferos nas áreas altimetricamente mais elevadas em relação às nascentes da bacia do rio Paracatu. As cores das classes de favorabilidade se aplicam tanto ao mapa com as áreas mais elevadas em relação às nascentes quanto ao mapa geral para toda a área da bacia.

172

Bol. Mus. Para. Emílio Goeldi. Cienc. Nat., Belém, v. 8, n. 2, p. 153-176, maio-ago. 2013

Sem embargo, os mapeamentos das Figuras 10 e

evidenciar a variabilidade espacial dos fatores que

14 demonstram uma diversidade da favorabilidade da

envolvem a favorabilidade da recarga dos aquíferos no

recarga em toda a bacia, tornando possível selecionar

estudo de caso proposto. A delimitação das áreas

as áreas mais favoráveis para cada região, inclusive as

altimetricamente

localizadas nas áreas onde ocorram os maiores

nascentes, pelo método de krigagem, seguida de sua

conflitos pelo uso da água, conforme as demandas para

caracterização por atributos de favorabilidade de

a gestão dos recursos hídricos. Em uma perspectiva de

recarga de aquíferos, cotejada ainda pelos dados

planejamento territorial, empreendimentos com maior

climatológicos, evidencia que a recarga de aquíferos

uso de água subterrânea poderiam ser instalados

não pode ser encarada como indistinta em sua

preferencialmente

recarga,

distribuição espacial na bacia hidrográfica.Em virtude

assegurando a sustentabilidade das reservas hídricas.

da cobertura extensiva de hidrografia e altimetria do

No caso da bacia do Paracatu, as áreas de maior

IBGE e da altimetria SRTM para o território brasileiro,

recarga que estejam localizadas sobre aquíferos

a delimitação das áreas altimetricamente mais elevadas

porosos profundos também são a que apresentariam,

em relação às nascentes pela técnica de krigagem

teoricamente, a maior capacidade de armazenamento.

apresenta-se com fácil replicabilidade para as demais

Nessas áreas de maior favorabilidade de recarga,

bacias

também potencializam-se os efeitos das ações de

identificar as áreas de provável maior recarga. Destaca-

manejo do solo e das águas, tais como barragens de

se a inovação da análise conjugada da altimetria em

retenção e infiltração de águas pluviais, plantio direto

relação às nascentes e aos cursos d'água, criando um

e/ou em nível, terraceamento, entre outros.

indicador topográfico unificado dos processos de

nas

áreas

de

maior

Salienta-se que o trabalho de identificação e delimitação dessas áreas foi baseado em estudos de

mais

hidrográficas,

elevadas

como

em

passo

relação

inicial

às

para

recarga e descarga que incorpora as informações dos dois critérios de diferença altimétrica relativa.

referência, dados secundários, análise cartográfica e

A caracterização dos atributos favoráveis à

técnicas de geoprocessamento. Para uma caracterização

recarga emprega mapeamentos temáticos básicos

mais precisa das áreas de recarga seriam necessários

usualmente

estudos hidrogeológicos mais detalhados, com maior

hidrográficas, especialmente as que já possuem plano

abundância de dados primários, provenientes de

diretor

estudos de perfuração de poços, traçadores e análises

favoráveis, a serem utilizadas para destaque no

químicas das águas superficiais e subterrâneas (Arraes,

mapeamento, podem ser readaptadas conforme a

2008). Esses dados necessitariam ser conjugados a

cartografia disponível e o contexto hidrogeológico de

estudos mais detalhados de geologia estrutural, linhas

cada bacia. Neste exemplo, a base de declividade,

de potencial piezométrico, identificação de fácies

extraível da topografia, pôde ser usada em substituição

hidrogeoquímicas de águas superficiais e subterrâneas,

ao mapeamento geomorfológico. Essa flexibilidade

bem como balanços hidroclimatológicos. Tais estudos

apresenta-se como um dos pontos fortes para potencial

poderiam identificar e quantificar melhor os prováveis

replicabilidade da metodologia aqui proposta.

fluxos das águas subterrâneas.

de

disponíveis

bacia.

para

Inobstante,

diversas

as

bacias

características

O método cartográfico proposto também é valido para aplicação em diversas escalas de análise,

CONCLUSÕES

bastando, como pressuposto, a existência de bases

A metodologia apresentada mostrou-se capaz de

cartográficas planialtimétricas e temáticas em escala

173

Cartographic methodology for assessing aquifer recharge potential: a case study of the Paracatu river basin, Brazil

compatível com a área de estudo proposta, seja para

JUNIOR, 2012) que possibilitaram a realização deste

perspectiva regional, seja para perspectiva de detalhe.

artigo. Este artigo vincula-se aos trabalhos de

Os resultados obtidos para a bacia do rio Paracatu demonstraram

que,

embora

ressalve-se

que

doutoramento do Programa de Pós-Graduação em

as

Evolução

Crustal

e

Recursos

Naturais,

do

características climatológicas mais favoráveis à recarga

Departamento de Geologia da Escola de Minas da

encontrem-se a oeste, a favorabilidade dos atributos de

Universidade Federal de Ouro Preto. Agradecimentos

recarga é mais acentuada na porção leste da bacia –

pessoais a Prof. Dra. Leila Nunes Menegasse

legando às chapadas ao sul da bacia e aos planaltos a

Velásquez,

noroeste uma posição de importância intermediária.

Universidade Federal de Minas Gerais, pela revisão

Os produtos cartográficos servem como subsídio relevante

para

a

gestão

territorial

do

Departamento

de

Geologia

da

prévia e sugestões de aprimoramento ao artigo.

sustentável,

abarcando a gestão hídrica, ambiental e econômica em

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relação

Disponível

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fluviométricas

elevadas

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