Vulnerabilidade dos Aquíferos Caturrita e Passo das Tropas no Munícipio de Santa Maria - RS Rinaldo J. B. Pinheiro UFSM, Santa Maria, Brasil, [email protected] Andréa V. Nummer 2 UFSM, Santa Maria, Brasil, [email protected] Ana Carla Rauber 3 UFSM, Santa Maria, Brasil, [email protected] José Luiz Silvério da Silva 4 UFSM, Santa Maria, Brasil, [email protected] RESUMO: O diagnóstico ambiental urbano visa subsidiar os municípios na tomada de decisão perante a preservação dos recursos naturais. Especificamente este trabalho estuda o aspecto ambiental urbano do meio físico. A área de estudo é a Carta das Unidades Geotécnicas de Maciel Filho (1990) do município de Santa Maria, localizado na Depressão Central do Estado do Rio Grande do Sul. A metodologia de pesquisa teve inicio com estudos de escritório através de pesquisas pré-existentes; da aplicação de ferramentas de geoprocessamento com o uso do software Spring 4.2 para a elaboração dos mapas temáticos e cartogramas; da identificação e caracterização das unidades geotécnicas. O estudo do Índice vulnerabilidade natural dos aqüíferos pelo método “GOD” de Foster e Hirata (1988) e Foster et al. (2003) com a utilização de dados de 36 poços. A espacialização dos poços tubulares e dos locais dos ensaios de condutividade hidráulica na carta das unidades geotécnicas. Avaliou-se a superfície potenciométrica associada aos cartogramas de vulnerabilidade e aos pontos potenciais de contaminação através do programa SURFER 8.0 adotando-se o interpolador Krigagem matemática. Para o Índice de vulnerabilidade natural dos aqüíferos obteve-se 4 classes (insignificante, baixa, média e alta). Do total de poços analisados 11 foram classificados de média a alta vulnerabilidade situados ao sul e norte da carta de unidades geotécnicas de Santa Maria. Foram identificados 35 postos de combustíveis, 6 cemitérios e algumas áreas de depósitos de lixo. A maioria das fontes potenciais de contaminação são pontuais e estão inseridas em áreas bastante susceptíveis a poluição dos solos e dos aqüíferos. A metodologia proposta apresentou-se viável e forneceu subsídios para o estudo do meio físico. PALAVRAS-CHAVE: Vulnerabilidade, unidades geotécnicas, fontes de contaminação 1 INTRODUÇÃO O conhecimento das características geotécnicas e hidrogeológicas de uma determinada região são de fundamental importância para a execução de diagnósticos do meio físico, principalmente em área urbanas, onde situam-se as principais fontes potenciais de poluição, que degradam os recursos naturais devido as atividades antrópicas. A contaminação de aqüíferos tem se tornado um dos problemas mais preocupantes nas questões de gestão dos recursos hídricos subterrâneos, visto que são considerados reservatórios estratégicos para a humanidade (Cutrim e Campos, 2010). Segundo Cutrim e Campos (2010) nos países desenvolvidos para evitar a contaminação dos aqüíferos são tomadas medidas preventivas, pois uma vez contaminado, a recuperação pode ser extremamente difícil e onerosa. No entanto, para adotar medidas preventivas é necessário conhecer a vulnerabilidade à contaminação do aqüífero, o que torna a aplicação de métodos de avaliação de vulnerabilidade uma prática comum e de grande contribuição Existem vários métodos para avaliar ou mapear a vulnerabilidade natural de aqüíferos quanto ao risco de contaminação. Dentre eles destacam-se entre os mais utilizados o modelo “DRASTIC” de Aller et al. (1985), que se constitui num sistema padronizado a partir de dados decodificados em planos de informações e é um dos índices de vulnerabilidade mais difundidos atualmente. Já o modelo “GOD” de Foster e Hirata (1993) e Foster et al. (2002) trata da vulnerabilidade geral. Neste trabalho é aplicada a metodologia GOD. Os principais aqüíferos na região são o Caturrita e o Passo das Tropas. 2 sedimentação de arenitos eólicos foi seguido, no inicio do Cretáceo, por extensa atividade vulcânica relacionada à abertura do Atlântico Sul, o que recobriu parcialmente essa seqüência sedimentar de forma transgressiva inicialmente com derrames de lavas básicas e posteriormente com lavas acidas (Sartori, 2009). As rochas vulcânicas formam derrames sucessivos de lavas originados durante o mesozóico que recobriu a Bacia Sedimentar Intracratônica do Paraná. As rochas mais antigas encontradas no município correspondem a um pacote de rochas sedimentares Triássicas. ÁREA DE ESTUDO Santa Maria encontra-se situada no centro geográfico do Estado do Rio Grande do Sul, com uma área de 1.780km2, e altitude média de 113m em relação ao nível do mar. Situa-se a aproximadamente 290km da capital do estado Porto Alegre, com 263.403 mil habitantes fixos e 30.000 mil habitantes flutuantes, sendo que, cerca de 95% desta população encontra-se na zona urbana (Figura 1). 2.1 Geologia e Hidrogeologia Santa Maria apresenta seu substrato formado por rochas sedimentares, além de rochas de origem vulcânica em menor quantidade. As rochas sedimentares representam os vários ciclos deposicionais em área continental, com variações definidas pelas diferentes fáceis nas seqüências de mesma idade e por trocas climáticas nas seqüências de idades diferentes (Oliveira, 2004). Esta sequência sedimentar está representada por uma sequência de camadas vermelhas depositadas em ambientes fluvial e lacustre alternados. Após um longo período de erosão continental (Jurássico), o ambiente desértico estabelecido e iniciado com a Figura 1. Localização do munícipio de Santa Maria As unidades estratigráficas que interessam à geologia local são as Formações: Sanga do Cabral, Santa Maria, Caturrita, Botucatu e Serra Geral. A Tabela 1 apresenta uma síntese da história natural de Santa Maria, com as litologias, condições hidrogeológicas e formas do relevo (adaptado de Sartori, 2009). Tabela 1. Síntese da história natural de Santa Maria (adaptado de Sartori, 2009) Formação geológica Litologia Condições hidrogeológicas Areia grossa, média e Aqüífero contínuo, livre, de Depósitos de Aluvião fina. Cascalho na zona de grande extensão, vulnerável encosta a poluição Conglomerado, arenito, Aqüíferos irregulares, livres. Terraços Fluviais e Patamares com silte e argila. Poços de pequena Depósitos de coluvião de profundidade encosta da serra. Seqüência Derrames de vitófiro e Aqüífero de fissura. Fontes Ácida granófiro, de coposição nas zonas de fraturamento Formação Serra Superior riodacítica e riolítica. horizontal, nas vertentes dos Geral morros Seqüência Derrames de basalto e Aqüífero, em zonas de Básica andesito tholeíticos. fratura, constituindo fontes. Inferior Soleiras de diabásio Arenito médio a fino Não se comporta como Formação Botucatu eólico aqüífero. Formação Caturrita Membro Alemoa Formação Santa Maria Membro Passo das Tropas Formação Sanga do Cabral Arenito médio a fino, com camadas de siltito argiloso, em direção ao topo. Siltito argiloso vermelho. Maciço, com lentes arenosas. Arenito fino a médio, conglomerático na base, feldspático, com intercalações de siltito e pelito. Arenito fino, com intercalações de pelito e siltito. Segundo Sutili et al (2009) a análise da rede de drenagem de Santa Maria permite identificar duas peculiaridades. Uma delas é o fato de que o município não é cortado por nenhum curso de água digno de nota. O Vacacaí, maior rio existente na região, não atravessa o território municipal, delimitando apenas sua fronteira sul, enquanto o Vacacaí-Mirim e o Arroio Cadena, ambos situados integralmente na área do município, não têm as características de um grande rio. 2.2 Solos O município de Santa Maria caracteriza-se por apresentar significativa diversidade de solos. Segundo Pedron et al. (2006), os argissolos, planossolos, gleissolos e neossolos são os que mais se destacam na região, tendo uma grande Aqüífero contínuo livre (5m3/h), bastante poluído. Aquiclude impermeável Aqüífero continuo livre (3,5 a 10m3/h) na área de afloramento, e confinado (30 a 60m3/h) para o norte. Aquiclude com baixas vazões (3m3/h) Forma do relevo Planícies aluviais dos arroios e dos rios Terraços de algumas coxilhas e Patamares. Topo de morro e cerros. Morros e topo de morros Parte média das vertentes e morros testemunhos Coxilhas alongadas mais altas do que as da Formação Santa Maria. Coxillhas, algumas com ravinas e voçorocas nas vertentes Coxilhas ao sul Coxilhas no centrosul variabilidade nas suas características mineralógicas, químicas, físicas e morfológicas. No Rebordo do Planalto encontram-se os neossolos nas áreas de relevo ondulado a escarpado. No topo dos morros ocorrem associações de neossolos, cambissolos, chernossolos e argissolos vermelhos. No terço médio inferior do rebordo, predominam os argissolos. Na Depressão Central, onde situa-se grande parte da área urbana da cidade, predominam nas áreas bem drenadas no terço superior, das coxilhas sedimentates os argissolos vermelho e vermelho-amarelo. Nestas mesmas coxilhas, no terço inferior aparecem os argissolos amarelos, acizentados e Bruno-acinzentados. Nas várzeas fluviais predominam os planossolos, em geral, associados aos gleissolos e neossolos (Dalmolin e Pedron, 2009). 3 MATERIAIS E MÉTODOS Segundo Cutrim e Campos (2010), o método GOD proposto por Foster et al. (2002) é amplamente aplicado nos países da América Latina em virtude do seu bom desempenho, menor custo e maior facilidade de obtenção das informações nele utilizadas. A avaliação da vulnerabilidade da água subterrânea através da metodologia GOD, envolve três etapas, conforme Figura 2. Esta figura representa um diagrama da combinação de três valores atribuídos conforme a situação de cada um dos parâmetros descritos. O tipo de aqüífero (G) considera os tipos de ocorrência de aqüífero (livre, semi-confinado e confinado), e que cada um destes reflete o nível de contanto do aqüífero com a superfície do terreno. Portanto, o modo de ocorrência do aqüífero tem uma forte correlação com o seu grau de vulnerabilidade natural. Este parâmetro avaliado na metodologia aos aqüíferos varia entre zero (surgente) a 1,0 (não-confinado). Sendo o valor 1,0 indicativo de maior risco de contaminação. Neste trabalho este parâmetro foi obtido com base na formação geológica onde localiza-se cada poço e através da análise do perfil litológico disponível dos poços cadastrados no SIAGAS. A litologia e o grau de consolidação da zona vadosa ou camadas confinantes (O) tem a ver com o solo e a litologia acima da zona saturada do aqüífero. Este parâmetro tem a ver com o tempo de deslocamento dos contaminantes e os vários processos de atenuação. O solo corresponde à parte da zona vadosa onde estão localizadas as raízes das plantas. Cada tipo de solo tem uma capacidade de atenuação (Cutrim e Campos, 2010). Os tipos de solos na área de estudo foram identificados através do mapa de solos de Pedron et al (2006). A litologia situada acima da zona saturada do aqupifero contribui com a capacidade de atenuação desse meio. As notas atribuídas a esse parâmetro variam de 0,4 a 1,0, sendo que 0,4 representa a situação de menor risco de contaminação e 1,0 o maior risco. Para atribuir a nota baseou-se no trabalho de Maciel Filho (1990) e Sartori (2009) em suas descrições litológicas. As informações geológicas de subsuperfície foram obtidas de descrições de perfis geológicos da CPRM (1994) e atualizadas no SIAGAS (2008). Também se considerou as informações do Mapa Hidrogeológico da Folha de Santa Maria (1:100.000) do ano de 1994 e do Mapa Hidrogeológico do Estado CPRM (2006). A profundidade da água no aqüífero (D) é o ultimo parâmetro, que corresponde à profundidade que o contaminante terá que percorres para alcançar a zona saturada do aqüífero (Cutrim e Campos, 2010). O valor do nível estático foi obtido diretamente no cadastro de usuários de poços subterrâneos SIAGAS (2008), os poços que não apresentaram valores de nível estático foram descartados. Foram selecionados dentro da área de estudo 36 poços tubulares, os quais apresentavam todos os parâmetros necessários para a execução do método GOD, cuja nota é atribuída de acordo com o nível estático do poço, e confere valores entre 0,6 e 1,0. Sendo 0,6 considerado como menor risco de contaminação (>50m a distância ao nível de água subterrânea ou ao teto do aqüífero) e 0,9 maior risco de contaminação, pois quanto mais raso menor é a espessura de rochas para o contaminante atravessar, logo maior a vulnerabilidade. Para a obtenção do índice de vulnerabilidade foi realizado o produto entre os três valores, ou seja, G*O*D. Após esta fase, classificou-se o índice de vulnerabilidade de acordo com as classes de vulnerabilidades existentes na metodologia, sendo elas: Insignificante (0,0 a 0,1); Baixa (0,1 a 0,3); Média (0,3 a 0,5); Alta (0,5 a 0,7); Extrema (0,7 a 1,0). As fontes potenciais de contaminação na área de Santa Maria foram classificadas de acordo com o método POSH (Pollutant Origin and its Surcharge Hydraulically) de Foster et al. (2002). O método classifica as fontes em três níveis qualitativos de geração de carga contaminante (reduzida, moderada e elevada). Esta classficação leva em consideração o tipo de atividade, sua capacidade geradora de contaminante e a carga hidráulica associada. Figura 2. Avaliação da vulnerabilidade, metodologia GOD (Foster et al., 2002) 4 RESULTADOS A Figura 3 apresenta a espacialização dos 36 poços tubulares na carta de unidades geotécnicas de Santa Maria. Do total de poços cadastrados na área de estudo 18 estão penetrantes na Formação Santa Maria Membro Alemoa, 11 na Formação Caturrita, 3 na Formação Santa Maria Passo das Tropas, 2 na Formação Sanga do Cabral (Rosário do Sul) e 2 em Basaltos e Diabásio Serra Geral. A Formação Santa Maria é que abrange maior superfície exposta dentro da área de estudo, portanto, comporta o maior número de poços. Na área de estudo para o parâmetro grau de confinamento (G), foram encontrados três tipos de aqüíferos (confinados, semi-confinados e livres). Para aqüíferos semi-confinados é atribuído um valor de G = 0,4; para aqüíferos confinados este valor é G = 0,2 e o valor G = 1 para aqüíferos não confinados ou livres. Estes valores foram atribuídos com base na formação geológica penetrada por cada poço, e também com base em alguns perfis de poços disponíveis no SIAGAS. A maioria dos poços estudados encontra-se em aqüíferos semi-confinados. Estes aqüíferos apresentam camadas interdigitadas com composição argilosa-siltosa de baixa permeabilidade e espessuras variáveis em função dos paleoambientes deposicionais. Os valores atribuídos para o substrato litológico (O) foi obtido na análise de cada poço estudado (ocorrência litológicas e grau de consolidação da zona não saturada ou camadas confinantes) com base na formação a qual estão inseridos, e também em perfis de poços disponíveis no SIAGAS. Observa-se que mais de 50% dos poços foi atribuído para O = 0,65, pois os mesmos apresentam frações tanto de silte quanto de areia. Para verificar a distância da superfície do terreno ao nível da água subterrânea (D), baseou-se na informação da altura do nível estático dos poços cadastrados no SIAGAS. Encontrou-se uma variação significativa da altura do nível estático dos poços (<5m e >50m), que ocasionou valores deste parâmetro variando entre D = 0,6 e D = 0,9. Salienta-se que quanto mais raso for o nível da água maior é o risco de contaminação a partir de uma carga imposta na superfície do terreno, portanto nota mais elevada. Figura 3. Espacialização dos poços tubulares e dos ensaios de condutividade hidráulica (Rauber, 2009) A determinação do índice de vulnerabilidade foi obtida pela multiplicação destes 3 parâmetros. Os valores encontrados variaram desde 0,07 a 0,63 (faixa de vulnerabilidade insignificante a alta). Na área de estudo das 5 classes possíveis quanto ao grau de vulnerabilidade natural dos aqüíferos apresentou 4 (Insignificante, Baixa, Média e Alta). Não apresentando nenhum poço com vulnerabilidade extrema. A Figura 4 apresenta a espacialização das classes de vulnerabilidade utilizando o programa SURFER 8.0. Analisando-se esta figura, nota-se que 15 poços estão inseridos na classe de vulnerabilidade insignificante, 10 poços na classe alta e 11 poços na classe de vulnerabilidade baixa. Ao comparar as classes de vulnerabilidade natural dos aqüíferos com a localização dos poços na carta das Unidades Geotécnicas de Maciel Filho (1990), confirmam-se as descrições geológicas e hidrogeológicas da área de estudo. Os poços localizados na classe de vulnerabilidade insignificante apresentam características conforme descritas na Formação Santa Maria - Membro Alemoa, sendo a mesma descrita como uma camada impermeável na parte superior, composta por siltitos argilosos maciços e arenitos argilosos. Devido aos arenitos argilosos a formação também é classificada como semipermeável em sua parte inferior. Segundo Pinheiro et al (2011) os resultados dos ensaios de condutividade hidráulica nesta unidade geotécnica (SMA) também confirmam as características de material praticamente impermeável. Segundo Maciel Filho (1990) esta unidade é considerada um Aquiclude, isto é, reserva água, mas não transmite (baixo coeficiente de permeabilidade). Ao confrontar a classe de vulnerabilidade alta demonstrada na Figura 4, com a carta de unidade geotécnicas (Figura 3), percebe-se que os poços inseridos que apresentam alta vulnerabilidade estão em maior concentração na Formação Caturrita (aquífero Caturrita), e em menor proporção na Formação Santa Maria – Passo das Tropas. A formação Caturrita apresenta-se com um aquífero com camadas semi-permeáveis e impermeáveis, e a formação Santa Maria – Passo das Tropas com um aqúifero livre e permeável, variando de acordo com o material encontrado no depósito sedimentar. Os poços localizados diretamente sobre esta formação apresentam lençol livre, e com uma ocorrência litológica que não protegem o aquífero, tendo uma vulnerabilidade elevada. Os poços enquandrados na classe de vulnerabilidade baixa foram encontrados em várias formações, dentre elas: Caturrita, Santa Maria (Alemoa e Passo das Tropas) e Sanga do Cabral. Figura 4. Cartograma do índice de vulnerabilidade natural dos aqüíferos com as principais fontes de contaminação As fontes potenciais de contaminação urbanas abordadas nesta pesquisa foram: 35 postos de combustíveis, 6 cemitérios e 4 depósitos de lixo. Salienta-se que existem muitas outras fontes no município de Santa Maria, mas optou-se pelo levantamento somente destas três, pois são significativas na área de estudo, e apresentam-se em maior volume. Não se considerou os esgotos, os lavaà-jato, oficinas mecânicas e o distrito industrial Analisando ainda o cartograma (Figura 4) nota-e que 19 postos de combustiveis estão localizados na classe de vulnerabiliade baixa, 8 posto na classe de vulnerabilidade média, 7 postos na classe de vulnerabiliade insignificante e somente 1 na classe de vulnerabilidade alta. Com relação aos 6 cemitérios instalados na Folha de santa Maria, 4 estão sobre a Formação Santa Maria membro Alemoa, portanto, impermeável. Inserem-se nas classes de vulnerabilidade insignificante e baixa, mas em função da carga contaminante imposta, os cemitérios podem representar risco de degradação do meio ambiente. Outra fonte de poluição existente no município de Santa Maria são as áreas clandestinas de depósitos de lixo. O município de Santa Maria possui outras fontes de poluição urbana, além daquelas apresentadas nesta pesquisa. Sugere-se, portanto que sejam realizadas pesquisas sobre as oficinas mecânicas, o distrito industrial, e principalmente saneamento básico (esgoto). Em 2004 no município apenas 30% dos esgotos estavam ligados à rede coletora e eram tratados, tendo o restante um destino incerto. Os frigoríficos e os abatedouros, tanto de bovinos, suínos e aves também merecem destaque, pois, existem 17 estabelecimentos agroindustriais em Santa Maria, alguns com esterqueiras com diferentes graus de eficiência. 5 CONCLUSÕES Neste trabalho, pode-se demonstrar, através dos mapas temáticos apresentados, que o uso de ferramentas de geoprocessamento, como os sistemas de informações geográficas (SIGs) tornaram-se uma ferramenta básica de planejamento, facilitando a análise espacial de dados e auxiliando na tomada de decisões. O método “GOD” para a verificação do índice de vulnerabilidade natural dos aqüíferos, foi bastante eficiente, possibilitando a verificação da vulnerabilidade em toda a área da Folha de Santa Maria. A faixa de vulnerabilidade variou de insignificante (0,07) a alta (0,63). Observou-se no cartograma de vulnerabilidade que a classe de vulnerabilidade alta compreende a área da Formação Santa Maria - Passo das Tropas, a qual é caracterizada como permeável. Assim conclui-se que os objetivos da pesquisa foram atingidos obtendo-se uma espacialização de vários parâmetros os quais servirão de subsídios aos órgãos gestores ambientais. REFERÊNCIAS Aller, L, Bennet, T., Lehr, J.H., Petry, R.J., Hacket, G. (1985) DRASTIC: A standalized system for evaluating groundwater using hydrological settings. US EPA Office of Research and Development, Ada, USA, COMPANHIA DE PESQUISAS E RECURSOS MINERAIS. CPRM. (1994) Mapa hidrogeológico da Folha de Santa Maria. Escala 1:100.000. COMPANHIA DE PESQUISAS E RECURSOS MINERAIS. CPRM. (2006) Mapa hidrogeológico do Estado do Rio Grande do Sul. Escala 1:750.000 Cutrim, A.O., Campos, J.E.G. (2010) Avaliação da vulnerabilidade e perigo à contaminação do aqüífero Furnas na cidade de Rondonópolis (MT) com aplicação dos métodos GOD e POSH. Geociências, UNESP, São Paulo. V39, p. 401-411. Dalmolin, R.S.D., Pedron, F.A. (2009) Solos do município de Santa Maria. Ciência & Ambiente, Universidade Federal de Santa Maria . UFSM, n. 38, jan./jun. 2009. p. 59-77. Foster, S. S. D.; Hirata, R. C. A. (1993) A determinação do risco de contaminação das águas subterrâneas: um método baseado em dados existentes. São Paulo: Instituto Geológico, 1993, 92 p. Foster, S.; Hirata, R.; Gomes, D.; D’elia, M.; Paris, M. (2002) Groundwater quality protections: a guide for water service companies, municipal authorities and environment agencies. Word Bank, GWMATE. Washington, 101p. Maciel Filho, C. L. (1990) Carta de unidades geotécnicas de Santa Maria – RS. Escala 1:25.000. Imprensa Universitária, FINEP/UFSM, Santa Maria. Oliveira, E. L. A. (2004) Áreas de risco geomorfológico na bacia hidrográfica do Arroio Cadena, Santa Maria/RS: Zoneamento e Hierarquização.. Dissertação (Mestrado em Geografia) – UFSM, Santa Maria, 141f Pedron, F.A., Dalmolin, R.S.D., Azevedo, A.C. (2008) Solos do perímetro urbano de Santa Maria: características, classificação e potencial de uso. Santa Maria: Orium, 143p. Rauber, A.C.C. (2005) Diagnóstico ambiental urbano do meio físico de Santa Maria – RS. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – UFSM, Santa Maria,154f. Sartori, P.L.P. (2009) Geologia e geomorfologia de Santa Maria. Ciência & Ambiente, n. 38, jan./jun. p. 19-42 SISTEMA DE INFORMAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS. SIAGAS (2008) – Sistema de Informação de Águas Subterrâneas. Disponível em: <http://www.siagas.cprm.gov.br>. Acesso em: 10 Out. 2008. SURFER 8. Contouring and 3D surface mapping for scientists and engineers. User’s Guide. Golden Software Inc. 2004. Versão 8. Colorado - U.S.A. Sutili, F.J., Durlo, M.A., Bressan, D.A. (2009) Hidrografia de Santa Maria. Ciência & Ambiente, n. 38, jan./jun. 2009. p. 79-92.