Vulnerabilidade de aquífero com SEV: condutância e proteção

A resposta curta

Some h/ρ de cada camada entre a superfície e o topo do aquífero. O resultado, a condutância longitudinal S da cobertura, em siemens, indica a proteção natural: abaixo de 0,1 S, vulnerabilidade extrema; de 5 S para cima, aquífero protegido (escala usada no Rhoa).

• Por que funciona: argila é ao mesmo tempo condutiva e pouco permeável. Uma cobertura com S alto costuma ser argilosa e espessa.
• Onde falha: água salgada e plumas também elevam S; fraturas e poços mal construídos furam a cobertura; S não mede permeabilidade.
• O passo mais delicado: decidir onde começa o aquífero. A soma depende inteiramente desse limite.
• Para conta rápida, use a calculadora de Dar Zarrouk. Este guia trata do método e da interpretação.

O que é vulnerabilidade de aquífero

Vulnerabilidade é a sensibilidade de um aquífero a ser afetado por uma carga contaminante imposta na superfície. Ela depende do que existe entre a superfície e a água: espessura, tipo de material, grau de confinamento.

Na literatura de proteção de águas subterrâneas, como Foster (1987) e Foster et al. (2002), três ideias andam juntas:

• Vulnerabilidade intrínseca: propriedade do meio, independente de haver ou não fonte de contaminação. É o que a SEV ajuda a estimar.
• Carga contaminante: o que é lançado ou pode ser lançado no terreno (fossas, postos, aterros, agricultura).
• Perigo (ou risco) de contaminação: a interação entre as duas. Um aquífero muito vulnerável sem nenhuma fonte por perto corre pouco perigo; um aquífero pouco vulnerável sob um aterro mal operado pode correr bastante.

A cobertura protege de duas formas: retarda a chegada da água infiltrada e dá tempo e superfície para que parte dos contaminantes seja retida, degradada ou diluída. Argilas fazem as duas coisas melhor que areias. Por isso a pergunta prática é: quanta argila existe acima do aquífero, e com que continuidade?

A abordagem geoelétrica: condutância da cobertura

A SEV não vê permeabilidade, mas vê resistividade. Como as argilas têm resistividade baixa, a condutância longitudinal das camadas acima do aquífero funciona como um indicador da quantidade de material fino na cobertura.

S é um dos parâmetros de Dar Zarrouk, junto com a resistência transversal. A ideia de usá-lo para a proteção de aquíferos remonta a Henriet (1976) e foi aplicada em muitos trabalhos desde então, como Oladapo et al. (2004). Três detalhes decidem se a conta faz sentido:

• Onde termina a cobertura. No topo do aquífero que se quer proteger. Num aquífero livre, é o nível d'água; num aquífero sob uma camada argilosa, é a base da argila. O próprio aquífero e o semiespaço ficam fora.
• Quem pesa na soma. Camadas condutivas dominam: 8 m de argila a 25 Ω·m somam 0,320 S, enquanto 2 m de solo a 350 Ω·m somam 0,0057 S. Uma camada arenosa seca quase não conta.
• Por que S é robusto. Numa camada condutora fina, a SEV não separa bem h e ρ, mas determina bem h/ρ, por causa do princípio da equivalência. Modelos equivalentes dão quase o mesmo S. A classe de proteção é, portanto, mais confiável que a espessura da argila.

As classes de proteção

O valor de S é enquadrado numa escala de classes. A escala usada no Rhoa segue a convenção de Oladapo et al. (2004), a partir de Henriet (1976), com cinco classes de vulnerabilidade.

Na literatura, a mesma ideia aparece como capacidade de proteção, que é o inverso da vulnerabilidade: S baixo indica proteção fraca; S alto, proteção boa. Em muitas reproduções da escala de Oladapo et al. (2004), a faixa de 5 S para cima ainda é dividida em “muito boa” e “excelente”; o Rhoa junta as duas como aquífero protegido. Os limiares variam entre autores e regiões, porque a resistividade da argila depende da água que ela contém. Trate a classe como comparação entre pontos da mesma área.

Exemplo resolvido: S de um modelo de três camadas

Modelo: 2 m de solo a 350 Ω·m, 8 m de argila a 25 Ω·m, 15 m de areia a 120 Ω·m (o aquífero) e rocha a 1.200 Ω·m. S da cobertura = 0,326 S, classe Moderada. Valores calculados com darZarrouk, a mesma função do app.

A argila responde por 98% do S da cobertura. O solo superficial quase não conta, e a areia do aquífero não entra na soma. Repare num detalhe: pela regra do app, o nível d'água estimado cai em 2 m, no topo da argila. Isso é um contato litológico, não necessariamente a água, e mostra por que o nível d'água automático precisa ser conferido (veja nível d'água na SEV). Aqui a cobertura não muda, porque o aquífero foi reconhecido pela faixa de resistividade.

Quanto a argila precisa ter

A mesma conta com a argila mais fina ou mais espessa, mais condutiva ou menos, mantidos o solo, a areia e a rocha:

Dobrar a espessura ou dividir a resistividade por dois tem o mesmo efeito em S. Por isso uma argila fina e muito condutiva pode proteger tanto quanto uma argila espessa e menos condutiva, pelo critério elétrico.

Três casos que enganam

• Sem argila: se a areia vem logo abaixo do solo, S cai para 0,0057 S e a classe é Extrema. É a situação típica de planícies arenosas costeiras.
• Água salobra no lugar da argila: a mesma camada de 8 m com 3 Ω·m, por água salobra numa areia, dá S = 2,67 S e classe Baixa. A conta diz “bem protegido”; a geologia diz que é areia permeável com água ruim. A condutância não distingue as duas coisas sozinha (veja argila ou água salgada).
• Cobertura siltosa: com a camada do meio a 60 Ω·m, ela entra na faixa de aquífero poroso da regra do Rhoa (45 a 400 Ω·m). O app passa a tratá-la como aquífero, a cobertura vira só o solo (2 m) e a classe é Extrema. Pode ser o certo, se a camada for de fato aquífera, ou não, se for um silte argiloso. Quem decide é você, com poços e amostras.

Comparação com GOD e DRASTIC

GOD e DRASTIC são métodos de vulnerabilidade completos, baseados em parâmetros hidrogeológicos. A condutância é um indicador geoelétrico de um desses parâmetros, a natureza da cobertura. Eles não competem: a SEV alimenta os dois.

• GOD: o nome vem dos três fatores em inglês (groundwater occurrence, overall lithology of the overlying strata, depth to groundwater). É simples, pede poucos dados e é muito usado em estudos de proteção de poços e de aquíferos, inclusive no Brasil. A SEV ajuda a estimar a profundidade da água (D) e se a cobertura é argilosa ou arenosa (O), e pode indicar uma camada argilosa contínua que confina o aquífero (G).
• DRASTIC: o nome é o acrônimo dos sete parâmetros em inglês. Cada um recebe uma nota e um peso, e o índice é a soma ponderada. É mais detalhado e exige mais dados, inclusive recarga e condutividade hidráulica, que a SEV não mede.
• Condutância: usa um único número por ponto, medido, e é barata de obter onde já há SEVs. Em troca, ignora recarga, topografia e condutividade hidráulica, e depende de uma relação entre argila e resistividade que nem sempre vale.

Na prática: use a condutância para ordenar e mapear a proteção geoelétrica de uma área, e use GOD ou DRASTIC quando o resultado for para planejamento, licenciamento ou definição de perímetros de proteção de poços.

Limitações do método da condutância

• S não é permeabilidade. A relação “condutivo = argiloso = pouco permeável” é estatística. Uma argila arenosa pode ser condutiva e ainda deixar passar água; um silte pouco condutivo pode ser bem impermeável.
• Água salgada e plumas elevam S. Uma cobertura condutiva por sal ou por chorume não protege nada. Onde há suspeita de contaminação, leia o guia de plumas e chorume antes de tratar S alto como proteção.
• Fraturas e caminhos preferenciais. A SEV supõe camadas horizontais e contínuas. Fraturas, raízes, janelas sem argila, poços abandonados e poços sem selo sanitário criam atalhos que nenhum S mostra. Em rocha cristalina, a vulnerabilidade é dominada pelas fraturas.
• Escala. Cada SEV representa uma área com o tamanho da abertura. Uma lente de argila local dá S alto num ponto e não protege o aquífero ao lado. A continuidade só aparece com várias SEVs ou com tomografia elétrica.
• Depende do topo do aquífero. Se o limite da cobertura estiver errado, S está errado. Esse limite vem do nível d'água ou da base da camada argilosa, e os dois têm incerteza.
• Limiares regionais. A resistividade de uma argila depende da salinidade da água dos poros. A mesma argila numa área com água mais mineralizada terá S maior sem proteger mais.

Das inversões de SEV ao mapa de vulnerabilidade

Um mapa de proteção geoelétrica se faz com várias SEVs bem distribuídas, o mesmo critério de topo do aquífero em todas, um S por SEV e uma interpolação em escala logarítmica, conferida com poços.

1. Planeje a malha. SEVs cobrindo a área nas duas direções, não só ao longo de uma estrada, com AB/2 máximo suficiente para passar do topo do aquífero com folga. Ponha ao menos uma perto de um poço com perfil. Veja como planejar várias SEVs.
2. Inverta e revise cada SEV. Mesmo número de camadas onde a geologia for parecida, equivalência testada, RMS conferido.
3. Defina o topo do aquífero com um critério único. Calibre com os poços e aplique o mesmo critério em todas as SEVs. Não deixe uma SEV usar o nível d'água e a vizinha usar a base da argila sem motivo geológico.
4. Calcule S da cobertura por SEV e monte uma tabela com coordenadas, cota, profundidade do topo do aquífero, S e classe.
5. Interpole log₁₀(S), não S. S varia em ordens de grandeza, e interpolar o valor linear exagera os pontos altos. Krigagem ou inverso da distância num SIG servem. Não extrapole para fora da área coberta pelas SEVs; com poucos pontos, mostre as SEVs como pontos classificados em vez de uma superfície contínua.
6. Classifique e valide. Aplique as faixas de classe ao mapa interpolado e compare com os perfis de poços. Onde houver discrepância, o mapa está errado ali.
7. Cruze com as fontes. Sobreponha o mapa às cargas contaminantes (fossas, postos, aterros, áreas agrícolas) para passar de vulnerabilidade a perigo de contaminação.

O que o Rhoa calcula (e o que não calcula)

O Rhoa calcula S da cobertura e a classe de vulnerabilidade de cada SEV invertida, automaticamente. O mapa de vulnerabilidade entre SEVs ainda não é feito no app.

• Por SEV: a tela de inversão mostra S e T de cada camada, a cobertura considerada, o S da cobertura e a classe. O cálculo é refeito na hora quando você edita o modelo. O laudo traz a tabela de Dar Zarrouk e a escala de classes, com a classe obtida destacada.
• Topo do aquífero automático: o app toma como aquífero a primeira camada com 45 ≤ ρ < 400 Ω·m no nível d'água estimado ou abaixo dele. É uma regra heurística, com as falhas mostradas no exemplo acima e no guia de nível d'água na SEV. Na calculadora de Dar Zarrouk do site, você marca à mão quais camadas formam a cobertura.
• Exportação: o JSON Estrato Perfis de cada SEV inclui as coordenadas e os parâmetros de Dar Zarrouk com a classe, o que facilita montar a tabela para o SIG.
• Cubo 3D: interpola a resistividade dos modelos entre as SEVs e tem um atalho para destacar os condutores, útil para ver se a camada argilosa é contínua. Ele não calcula S nem classes de vulnerabilidade. Veja modelo 3D de resistividade.

Para ler o resultado num laudo pronto, veja como ler um laudo geofísico. Para testar na sua área, crie uma conta grátis e inverta as suas SEVs.

Referências

• ALLER, L.; BENNETT, T.; LEHR, J. H.; PETTY, R. J.; HACKETT, G. DRASTIC: a standardized system for evaluating ground water pollution potential using hydrogeologic settings. Ada (Oklahoma): U.S. Environmental Protection Agency, 1987. EPA/600/2-87/035.
• BRAGA, A. C. O. Geofísica aplicada: métodos geoelétricos em hidrogeologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2016.
• FOSTER, S. S. D. Fundamental concepts in aquifer vulnerability, pollution risk and protection strategy. In: VAN DUIJVENBOODEN, W.; VAN WAEGENINGH, H. G. (ed.). Vulnerability of soil and groundwater to pollutants. The Hague: TNO Committee on Hydrological Research, 1987. (Proceedings and Information, 38).
• FOSTER, S.; HIRATA, R.; GOMES, D.; D'ELIA, M.; PARIS, M. Groundwater quality protection: a guide for water utilities, municipal authorities, and environment agencies. Washington, DC: World Bank, 2002.
• HENRIET, J. P. Direct applications of the Dar Zarrouk parameters in ground water surveys. Geophysical Prospecting, v. 24, n. 2, p. 344–353, 1976. doi:10.1111/j.1365-2478.1976.tb00931.x.
• OLADAPO, M. I.; MOHAMMED, M. Z.; ADEOYE, O. O.; ADETOLA, B. A. Geoelectrical investigation of the Ondo State Housing Corporation Estate, Ijapo, Akure, southwestern Nigeria. Journal of Mining and Geology, v. 40, n. 1, p. 41–48, 2004.
• ORELLANA, E. Prospección geoeléctrica en corriente continua. Madrid: Paraninfo, 1972.