Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE
Modelagem da vulnerabilidade à contaminação de aquíferos livres em região
hidrográfica do semiárido baiano explorada pela agroindústria
Ana Isabel Leite Oliveira 1
Washington de Jesus Sant’Anna da Franca-Rocha2
1
Universidade do Estado da Bahia – UNEB
CEP 48700-000 - Rua Álvaro Augusto, 897 – Ginásio - Serrinha – BA, Brasil
[email protected]
2
Universidade Estadual de Feira de Santana - UEFS
CEP 44.036 – 900 Campus Universitário - Feira de Santana – BA, Brasil
[email protected]
Abstract. The model of vulnerability to groundwater contamination was prepared for the upper basin excerpt
Paraguaçu, Bahia state, using the index GOD, in order to indicate areas suitable for the introduction of
contaminant loads due to the intense use of land by agricultural use, as well as a subsidiary instrument to
generate spatial planning that integrates the groundwater resources. For this purpose, we used data from wells
drilled and geological mapping together raised the state public agencies, and properly processed in the
environment consisted of Geographic Information Systems (GIS) to obtain three Information Plans (IPs): (a ) the
degree of confinement of the aquifer, identified as free by the analysis of stratigraphic profiles, (b) the
occurrence of strata of coverage based on pre-mapped rock units, and (c) distance from the groundwater to the
surface, obtained by analysis of data points adjacent to the static level in drilled wells. The result of modeling
performed by the superposition of these PIs in algebra cumulative indices showed varying from 0.42 to 0.63,
meaning that the aquifer has medium and high vulnerability, the latter corresponding to approximately 96% of its
total length. It is hoped that this research be useful in sustainable environmental management, supporting
policies for conservation of groundwater resources, as provided for in national legislation.
Palavras-chave: GIS, vulnerability, groundwater, SIG, vulnerabilidade, água subterrânea.
1. Introdução
A identificação de áreas vulneráveis, nas quais o uso do solo apresente perigo de
contaminação ao recurso hídrico subterrâneo, é indispensável para o estabelecimento de ações
prioritárias que visem à sustentabilidade. Dentre alguns desses usos destaca-se a atividade
agrícola, cuja introdução de nutrientes, agrotóxicos, fertilizantes, pesticidas pode
comprometer sua qualidade.
O termo contaminação de aqüíferos é compreendido por Hirata e Fernandes (2008) como
sendo a degradação das águas subterrâneas, ocasionada pela perda de qualidade da água
potável, isto é, quando esta apresenta níveis de concentração de substâncias nocivas
superiores aos padrões de qualidade estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde
(OMS).
A investigação da contaminação de aquíferos perpassa pelo estudo de vulnerabilidade
destas unidades geológicas armazenadoras e transmissoras de água. Neste contexto, Aller et
al. (1987) e Foster e Hirata (1993), definem vulnerabilidade como a sensibilidade de um
aquífero, determinada apenas por suas características intrínsecas, de ser afetado por uma carga
contaminante de origem antrópica. Assim, uma maior vulnerabilidade corresponderá à maior
facilidade de acesso hidráulico do contaminante à zona saturada, o que depende das
características do aquífero.
Considerando que os aquíferos, em função de suas características naturais, podem
apresentar diferentes níveis de susceptibilidade à inserção de cargas contaminantes, o objetivo
geral estabelecido foi o de modelar a vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea no
alto trecho da bacia do Paraguaçu.
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O estudo realizado abrange parcialmente três municípios circunscritos no polígono que
delimita o semiárido baiano: Mucugê, Ibicoara e Barra da Estiva, no interior da bacia do
Paraguaçu. A área de estudo situa-se entre as latitudes 12°40’N e 13°40’S e longitudes
41º15’E e 41º39’W, no centro do estado da Bahia, com aproximadamente de 1.765 Km2 de
extensão como mostra a Figura 1.
Figura 1. Localização do alto trecho da bacia do Paraguaçu, estado da Bahia.
Esta área é reconhecida regionalmente como eixo Mucugê-Ibicoara, em função do amplo
uso agrícola do solo, intensificado e diversificado a partir de 1980 (SRH, 2003). Atualmente,
agricultores de médio e grande porte contam com o apoio técnico privado especializado e
tecnologia de ponta, a exemplo dos inúmeros pivôs centrais instalados nas propriedades.
2. Materiais, métodos e técnicas
A modelagem da vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, apoiando-se no
levantamento de referenciais teóricos, partiu da compilação de dados cartográficos, seguidos
da escolha do método e das técnicas, bem como na organização da base de dados
georeferenciados para sua implementação.
Com base nos relatórios de mapeamento das folhas SD.25-V-A-V (Lençóis) e SD-24-VC-II (Mucugê), executado pela Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM),
verifica-se ser esta uma área totalmente sedimentar, de natureza terrígena (Bomfim e Pedreira,
1990). Com aproximadamente 1.765 Km2, cerca de 72,88% , há ocorrência de formações
superficiais, de idade Quaternária. Os depósitos aluvionares, sedimentos originados do
trabalho da água sobre a superfície durante o Holoceno, são encontrados em 10,09% da
região. Já os arenitos, descritos como bem selecionadas, intercalados por lentes de pelito,
ocorrem em 4,26 % da área, enquanto que sequência metasiltítica-arenítica encontra-se
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representada em 9,81%, sendo ambos os depósitos do Grupo Paraguaçu, datados do
Paleoproterozóico-Mesoproterozóico.
Quanto ao contexto hidrogeológico, apresentando como base principal as características
litológicas das rochas, o Mapa de Domínios/Subdomínios Hidrogeológicos do Brasil (CPRM,
2007), classifica os aquíferos existentes na região hidrográfica do Alto Paraguaçu como
aquíferos porosos e aquífero misto.
2.1 O método
Os princípios do GOD, proposto por Foster e Hirata (1988) e aperfeiçoado por Foster et
al. (2002), nortearam os procedimentos práticos. O método GOD considera a sensibilidade de
contaminação do aquífero através da avaliação de três parâmetros referentes à capacidade de
atenuação e inacessibilidade hidráulica dos poluentes (FOSTER et al., 2003). Cada parâmetro,
conforme Figura 2, corresponde à letra inicial que denomina o método, como segue:
a) Groundwater hydraulic confinement, corresponde ao grau de confinamento do
aquífero;
b) Overlaying strata, refere-se ao tipo de litologia encontrada na zona não saturada;
c) Depth to groundwater table, corresponde à profundidade do nível d’água.
Figura 2. Sistema para avaliação do índice de vulnerabilidade do aquífero: método GOD.
FONTE: Foster et al. (2002).
A indexação de cada um dos parâmetros é definida pelo cenário natural hidrogeológico.
Para obtenção do índice de vulnerabilidade multiplicam-se os valores de indexação dos três
parâmetros, cuja variação dos resultados demonstrará as classes de vulnerabilidade do
aquífero investigado. Quanto mais próximo a 1, maior é a sua vulnerabilidade. As classes
geradas são qualificadas como: insignificante, baixa, moderada, alta e extrema.
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2.2 As técnicas
Quadro 1. Descrição das técnicas, materiais e procedimentos executados nas etapas
metodológicas.
ETAPAS
TÉCNICAS
a) - Modelagem
hidrográfica.
MATERIAIS
a) - Modelo Digital de
Elevação (MDE): folhas 12-42 e
13-42 do Projeto TOPODATA
(INPE, 2008);
b) - Rede de drenagem da
cartografia sistemática estadual
(SEI, 2001).
PROCEDIMENTOS
a) - Mosaicagem do MDE;
b) Recondicionamento e correção do
MDE;
c) - Obtenção da direção e acúmulo
de fluxo superficial;
d) - Extração da rede de drenagem e
divisão por trecho;
e) - Identificação do exutório da
região hidrográfica de interesse e
discretização da área.
a) - Captura de dados
por digitação e scanner;
b) - Georeferenciamento;
c) Representação de
dados raster;
d) - Validação
topológica dos dados
vetoriais.
a) - Dados de poços perfurados
(CERB, CPRM e SRH);
b) - Geologia (GIS BRASIL,
2003);
c) Hidrogeologia (CPRM,
2007);
d) - Cartografia Estadual
Sistemática (SEI, 2001);
e) - Folha Livramento do
Brumado (CPRM, 1984);
f) - Folha Seabra (CPRM,
1999).
a) - Conversão de dados
alfanuméricos e analágicos para o
formato digital;
b) - Atribuição do sistema de
coordenada UTM e datum SIRGAS
2000;
c) - Atribuição do mesmo número
de colunas (5147), o mesmo número de
linhas (3751) e mesma resolução
espacial (30 metros) aos dados raster;
d) - Análise das conexões entre os
objetos espaciais.
c) - Análise visual do
perfil de poços
perfurados.
a) - Análise visual do
perfil de poços
perfurados;
b) - Reclassificação.
a) - Fichas cadastrais de
perfuração de poços da CERB.
a) - Investigação da presença ou
ausência de camadas confinantes.
a) - Fichas cadastrais de
perfuração de poços da CERB;
b) - Folha Livramento do
Brumado (CPRM, 1984) e Folha
Seabra (CPRM, 1999).
a) - Investigação do material de
cobertura em perfis estratigráficos;
b) - Atribuição do índice GOD por
unidade litológica.
a) - Análise de
contiguidade;
b) - Reclassificação.
a) - Dados de poços perfurados
(CERB, CPRM e SRH).
a) - Interpolação por krigagem
ordinária e ajuste do modelo
experimental à função exponencial;
b) - Atribuição do índice GOD por
classe de profundidade do NE.
a) - Álgebra de
Mapas.
a) - Planos de Informações
derivados em SIG.
b) - Multiplicação ponderada dos
PIs.
DELIMITAÇÃO
DA ÁREA DE
ESTUDO
ORGANIZAÇÃO DA
BASE DE DADOS
G
OBTENÇÃO DOS
PIs
O
D
INTEGRAÇÃO DOS
MODELOS
3. Discussão e análise dos resultados
A implementação da modelagem depende da elaboração de todos os PIs ou mapas
temáticos, correspondentes ao grau de ocorrência da água subterrânea (G), ocorrência de
estratos de cobertura (O) e distância do nível freático em relação à superfície (D), os quais
foram posteriormente superpostos com uso de operadores aritméticos.
Como pode ser observado, o grau de confinamento da água subterrânea, o qual indica o
nível de acessibilidade hidráulica da zona saturada, na região hidrográfica do Alto Trecho da
Bacia do Paraguaçu foi considerado não confinado, conforme indicado pela interpretação dos
dados dos poços perfurados.
Destacamos que diante desta constatação não houve necessidade de gerar um plano de
informação para inserção deste parâmetro na álgebra de mapas, visto que seu valor de
indexação é igual a um (1), o que não atribui variações ao resultado.
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Quanto a atribuição do índice para o material localizado na zona não saturada, o método
considera a variação do teor de argila nos estratos de coberturas, por possuir capacidade de
atenuação dos contaminantes, bem como características de permeabilidade e porosidade,
primária e secundária, assim como a importância conferida ao grau de fissuração. Isto porque,
a existência de tais estruturas facilita a condução de contaminantes para o aquífero. Nestas
condições, o ambiente torna-se ainda mais susceptível quando a zona fraturada possui
descontinuidades interconectadas.
Uma análise dos dados de perfuração existentes e a representação destas unidades em
escala 1:250.000, permitiu utilizar com segurança mapeamentos pré-existentes. As unidades
litológicas foram então reclassificadas, recebendo cada pixel valor o índice GOD
correspondente às características do material litológico, como demonstrado na Figura 3.
Figura 3. Unidades geológicas indexadas conforme proposta do método GOD.
A indexação das unidades litológicas indicou alta vulnerabilidade para este parâmetro. O
menor índice foi atribuído aos pelitos, de baixa ocorrência na área, enquanto que, no outro
extremo, as coberturas sedimentares, predominantes na região hidrográfica do Alto
Paraguaçu, conferem alta suscetibilidade.
No que se refere a distância do nível freático em relação à superfície, assim como as
propriedades da camada não saturada, influencia no tempo necessário para que um
contaminante alcance o aquífero. A análise dos dados de poços perfurados para captação de
água em subsuperfície conduziu ao uso do estimador de krigagem ordinária, com ajuste do
modelo experimental à função exponencial (Oliveira et al., 2011).
O modelo obtido, como mostra a Figura 4, conserva o mínimo e o máximo dos valores
amostrais. A menor distância do nível freático para a superfície é de 0,2 metros, enquanto que
a maior não ultrapassa 20 metros. Na área é predominante a profundidade do nível estático
entre 5 metros e 10 metros. À medida que se avança para o sul da área a litologia sofre
variação, passando das coberturas recentes para rochas do Grupo Paraguaçu, variando
consequentemente a profundidade do lençol freático.
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Figura 4. Modelo de predição da superfície freática do alto trecho da bacia do Paraguaçu.
A superposição dos planos de informação realizada por análise algébrica cumulativa
resultou no modelo de vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, apresentado na
Figura 5. No qual, cerca de 1.692 Km2, o que corresponde à 96% do total da área possui alta
vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, enquanto que apenas 73 Km2, o que
representa 4%, possui média vulnerabilidade.
Figura 5. Modelo da Vulnerabilidade à contaminação de aquífero no alto trecho da bacia do
Paraguaçu.
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Constatou-se assim, que esta é uma área de alta permeabilidade, cujo constituinte
preponderante do material de cobertura é arenoso e o lençol freático, com profundidade
máxima de 20 metros, minimiza o tempo de percurso de uma eventual carga contaminante até
a área saturada. Embora, também ocorra material argiloso, com variação de teor a depender
do local, a proporção é baixa para oferecer boa atenuação de contaminantes.
Como na atividade agrícola um dos principais contaminantes é o nitrato e este, segundo
Filho (2008), apresenta alta mobilidade, constata-se que esta é uma área que desperta
preocupação, pois conjuga predominantemente aquíferos de alta vulnerabilidade com
atividade agrícola intensiva. De tal forma, se faz necessário, e mesmo urgente, maior controle
de uso do solo.
4. Considerações finais
Procedimento amplamente difundido, que vem agilizando e facilitando os estudos
hidrogeológicos, as técnicas de geoprocessamento em ambiente SIG foram aplicadas para
modelar a vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea, no Alto Trecho da Bacia do
Paraguaçu, na qual a expansão da atividade agrícola conduziu à percepção da necessidade de
elaboração de instrumentos que subsidie a inserção dos aquíferos na gestão ambiental.
A partir dos dados de poços perfurados e mapa de unidades litológicas, devidamente
consistidos, três planos de informação foram gerados: a condição de ocorrência da água
subterrânea, a ocorrência de estratos de cobertura e a distância do nível da água em relação à
superfície, segundo parâmetros estabelecidos pelo método GOD.
O grau de ocorrência da água subterrânea foi reconhecido como não confinando, a
ocorrência de estratos de cobertura manteve-se dentro do intervalo correspondente à alta
vulnerabilidade e a distância do lençol freático em relação à superfície terrestre apresentou
níveis variando, predominantemente, entre 5 a 10 metros.
A integração destes parâmetros GOD, efetuada por álgebra de mapas, resultou em um
modelo de vulnerabilidade à contaminação com duas categorias: (a) média vulnerabilidade,
abrangendo cerca 73 Km2, ou seja, 4% do total da área e (b) alta vulnerabilidade,
aproximadamente 1.692 Km2, o correspondente à 96% do Alto Trecho da Bacia do
Paraguaçu.
A predominância da alta vulnerabilidade à contaminação do aquífero impõe restrições
para a o uso do solo. Essa é uma área com alto potencial de inserção de cargas contaminantes
pela atividade agrícola, as quais devem ser investigadas quanto a natureza dos produtos
utilizados, suas propriedades de mobilidade e persistência, gerando mapas de perigo e
prioridade de ação para controle de contaminação.
Pode-se avaliar que esta investigação deve integrar propostas de ordenamento territorial,
considerando os usos atuais e futuros, orientar o licenciamento ambiental para a instalação de
novas atividades e continuidade dos empreendimentos já instalados, promover a fiscalização e
monitoramento ambiental, a orientação quanto ao manejo sustentável do solo visando a não
inserção de cargas poluentes para o meio aquífero, subsidiando assim, a gestão dos recursos
hídricos na região.
5. Agradecimentos
Os autores agradecem à CAPES concessão de bolsa de mestrado ao primeiro autor, ao
PPGM e ao INGÀ pelo apoio à execução do projeto. Referências especiais são registradas a
CBPM e CPRM, aos órgãos estaduais que gentilmente cederam os dados para execução da
pesquisa.
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6. Referências bibliográficas
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