Recarga de águas subterrâneas

A recarga de águas subterrâneas ou drenagem profunda ou percolação profunda é um processo hidrológico , onde a água se move para baixo da água da superfície para a água subterrânea . A recarga é o método primário através do qual a água entra em um aquífero . Este processo geralmente ocorre na zona vadosa abaixo das raízes das plantas e é frequentemente expresso como um fluxo para a superfície do lençol freático . A recarga de águas subterrâneas também abrange a água se movendo para longe do lençol freático para dentro da zona saturada. [1] A recarga ocorre tanto naturalmente (através do ciclo da água ) quanto por meio de processos antropogênicos (ou seja, "recarga artificial de águas subterrâneas"), onde a água da chuva e/ou água recuperada é encaminhada para o subsolo.
Os métodos mais comuns para estimar as taxas de recarga são: balanço de massa de cloreto (CMB); métodos de física do solo; traçadores ambientais e isotópicos; métodos de flutuação do nível das águas subterrâneas; métodos de balanço hídrico (WB) (incluindo modelos de águas subterrâneas (GMs)); e a estimativa do fluxo de base (BF) para os rios. [2]
Processos
Mecanismos difusos ou focados
A recarga de águas subterrâneas pode ocorrer por meio de mecanismos difusos ou focados. A recarga difusa ocorre quando a precipitação infiltra-se através do solo até o lençol freático e é, por definição, distribuída por grandes áreas. A recarga focada ocorre onde a água vaza de fontes de água de superfície (rios, lagos, wadis, pântanos) ou depressões da superfície terrestre e geralmente se torna mais dominante com a aridez. [2]
Recarga natural

A água é recarregada naturalmente pela chuva e pelo derretimento da neve e, em menor extensão, pela água da superfície (rios e lagos). A recarga pode ser impedida de alguma forma por atividades humanas, incluindo pavimentação, desenvolvimento ou exploração madeireira . Essas atividades podem resultar na perda da camada superficial do solo, resultando em redução da infiltração de água, aumento do escoamento superficial e redução da recarga. O uso de água subterrânea, especialmente para irrigação , também pode diminuir os lençóis freáticos. A recarga de água subterrânea é um processo importante para o gerenciamento sustentável de águas subterrâneas, uma vez que a taxa de volume abstraída de um aquífero a longo prazo deve ser menor ou igual à taxa de volume que é recarregada.
A recarga pode ajudar a mover o excesso de sais que se acumulam na zona da raiz para camadas mais profundas do solo ou para o sistema de águas subterrâneas. As raízes das árvores aumentam a saturação de água nas águas subterrâneas , reduzindo o escoamento de água . [3] As inundações aumentam temporariamente a permeabilidade do leito do rio (escalabilidade da terra) ao mover solos argilosos rio abaixo, e isso aumenta a recarga do aquífero. [4]
Zonas húmidas
As zonas húmidas ajudam a manter o nível do lençol freático e a carga hidráulica. [5] [6] Isto fornece força para a recarga das águas subterrâneas e descarga para outras águas também. A extensão da recarga das águas subterrâneas por uma zona húmida depende do solo , vegetação , local, relação perímetro/volume e gradiente do lençol freático. [7] [8] A recarga das águas subterrâneas ocorre através de solos minerais encontrados principalmente na a. [9] O solo sob a maioria das zonas húmidas é relativamente impermeável. Uma alta relação perímetro/volume, como em pequenas zonas húmidas, significa que a área de superfície através da qual a água pode infiltrar-se nas águas subterrâneas é típica em pequenas zonas húmidas, como buracos de pradaria , o que pode contribuir significativamente para a recarga dos recursos hídricos subterrâneos regionais. [8] Os investigadores descobriram uma recarga das águas subterrâneas de até 20% do volume das zonas húmidas por estação. [8]
Recarga artificial de águas subterrâneas
As estratégias de recarga de aquíferos geridos (MAR) para aumentar a disponibilidade de água doce incluem o canal do leito do rio. [10] Uma instalação no Condado de Orange, Califórnia, limpa e injeta 100 milhões de galões por dia; [11] ou 90 mil milhões de galões por ano. [12]
A recarga artificial de águas subterrâneas está se tornando cada vez mais importante na Índia, onde o bombeamento excessivo de águas subterrâneas por fazendeiros levou ao esgotamento dos recursos subterrâneos. Em 2007, seguindo as recomendações do International Water Management Institute , o governo indiano alocou ₹ 1.800 crore (equivalente a ₹ 54 bilhões ou US$ 650 milhões em 2023) para financiar projetos de recarga de poços escavados (um poço escavado é um poço largo e raso, geralmente revestido com concreto) em 100 distritos em sete estados onde a água armazenada em aquíferos de rocha dura foi superexplorada. Outra questão ambiental é o descarte de resíduos por meio do fluxo de água, como fazendas leiteiras, escoamento industrial e urbano.
A poluição no escoamento de águas pluviais se acumula em bacias de retenção . Concentrar contaminantes degradáveis pode acelerar a biodegradação . No entanto, onde e quando os lençóis freáticos estão altos, isso afeta o projeto apropriado de lagoas de detenção , lagoas de retenção e jardins de chuva .
Recarga focada na depressão
Se a água cai uniformemente sobre um campo de modo que a capacidade de campo do solo não seja excedida, então água insignificante percola para águas subterrâneas . Se, em vez disso, a água se acumula em áreas baixas, o mesmo volume de água concentrado em uma área menor pode exceder a capacidade de campo, resultando em água que percola para baixo para recarregar águas subterrâneas. Quanto maior for a área de escoamento contribuinte relativa, mais focada será a infiltração. O processo recorrente de água que cai relativamente uniformemente sobre uma área, fluindo para águas subterrâneas seletivamente sob depressões superficiais é a recarga focada em depressões . Os lençóis freáticos sobem sob tais depressões.
A recarga de águas subterrâneas focada na depressão pode ser muito importante em regiões áridas . Mais eventos de chuva são capazes de contribuir para o suprimento de águas subterrâneas.
A recarga de águas subterrâneas focada em depressões também afeta profundamente o transporte de contaminantes para as águas subterrâneas. Isso é uma grande preocupação em regiões com formações geológicas cársticas porque a água pode eventualmente dissolver túneis até aquíferos ou riachos desconectados. Essa forma extrema de fluxo preferencial acelera o transporte de contaminantes e a erosão desses túneis . Dessa forma, depressões destinadas a reter água de escoamento — antes que ela flua para recursos hídricos vulneráveis — podem se conectar ao subsolo ao longo do tempo. A cavitação de superfícies acima dos túneis resulta em buracos ou cavernas.
A formação de poças mais profundas exerce pressão que força a água a entrar no solo mais rápido. O fluxo mais rápido desaloja contaminantes que de outra forma seriam adsorvidos no solo e os carrega consigo. Isso pode levar a poluição diretamente para o lençol freático elevado abaixo e para o suprimento de água subterrânea . Assim, a qualidade da água coletada em bacias de infiltração é uma preocupação especial.
Métodos de estimativa
As taxas de recarga de águas subterrâneas são difíceis de quantificar. [13] [2] Isso ocorre porque outros processos relacionados, como evaporação , transpiração (ou evapotranspiração ) e processos de infiltração devem primeiro ser medidos ou estimados para determinar o equilíbrio. Não há métodos amplamente aplicáveis disponíveis que possam quantificar direta e precisamente o volume de água da chuva que chega ao lençol freático. [2]
Os métodos mais comuns para estimar as taxas de recarga são: balanço de massa de cloreto (CMB); métodos de física do solo; traçadores ambientais e isotópicos; métodos de flutuação do nível das águas subterrâneas; métodos de balanço hídrico (WB) (incluindo modelos de águas subterrâneas (GMs)); e a estimativa do fluxo de base (BF) para os rios. [2]
As estimativas regionais, continentais e globais de recarga derivam geralmente de modelos hidrológicos globais . [2]
Físico
Métodos físicos usam os princípios da física do solo para estimar a recarga. Os métodos físicos diretos são aqueles que tentam realmente medir o volume de água que passa abaixo da zona da raiz. Métodos físicos indiretos dependem da medição ou estimativa de parâmetros físicos do solo, que juntamente com os princípios físicos do solo, podem ser usados para estimar a recarga potencial ou real. Após meses sem chuva, o nível dos rios sob clima úmido é baixo e representa apenas água subterrânea drenada. Assim, a recarga pode ser calculada a partir deste fluxo base se a área de captação já for conhecida.
Químico
Os métodos químicos utilizam a presença de substâncias relativamente inertes e solúveis em água, como um traçador isotópico [14] [15] [16] ou cloreto , [17] movendo-se através do solo, à medida que ocorre a drenagem profunda.
Modelos numéricos
A recarga pode ser estimada usando métodos numéricos , usando códigos como Hydrologic Evaluation of Landfill Performance , UNSAT-H, SHAW (forma abreviada de Simultaneous Heat and Water Transfer model), WEAP e MIKE SHE . O programa 1D HYDRUS1D está disponível online. Os códigos geralmente usam dados de clima e solo para chegar a uma estimativa de recarga e usam a equação de Richards de alguma forma para modelar o fluxo de águas subterrâneas na zona vadosa .
Fatores que afetam a recarga das águas subterrâneas
Mudanças climáticas
Os impactos das mudanças climáticas nas águas subterrâneas podem ser maiores por meio de seus efeitos indiretos na demanda de água para irrigação por meio do aumento da evapotranspiração . [18] : 5 Há um declínio observado no armazenamento de águas subterrâneas em muitas partes do mundo. Isso se deve ao uso de mais águas subterrâneas para atividades de irrigação na agricultura, especialmente em terras secas . [19] : 1091 Parte desse aumento na irrigação pode ser devido a problemas de escassez de água agravados pelos efeitos das mudanças climáticas no ciclo da água . A redistribuição direta de água por atividades humanas, totalizando ~24.000 km 3 por ano, é cerca do dobro da recarga global de águas subterrâneas a cada ano. [19]
As alterações climáticas provocam alterações no ciclo da água que, por sua vez, afectam as águas subterrâneas de várias formas: pode haver um declínio no armazenamento de águas subterrâneas e uma redução na recarga das águas subterrâneas e na deterioração da qualidade da água devido a eventos meteorológicos extremos. [20] : 558 Nos trópicos, os eventos de precipitação intensa e de cheias parecem levar a uma maior recarga das águas subterrâneas. [20] : 582
No entanto, os impactos exatos das alterações climáticas nas águas subterrâneas ainda estão sob investigação. [20] : 579 Isto porque ainda faltam dados científicos derivados da monitorização das águas subterrâneas, tais como alterações no espaço e no tempo, dados de abstração e "representações numéricas dos processos de recarga das águas subterrâneas". [20] : 579
Os efeitos das alterações climáticas podem ter impactos diferentes no armazenamento de águas subterrâneas: os eventos de precipitação mais intensos (mas em menor número) esperados podem levar ao aumento da recarga das águas subterrâneas em muitos ambientes. [18] : 104 Mas períodos de seca mais intensos podem resultar na secagem e compactação do solo, o que reduziria a infiltração nas águas subterrâneas. [21]Urbanização
Outras implicações da recarga de águas subterrâneas são uma consequência da urbanização . Pesquisas mostram que a taxa de recarga pode ser até dez vezes maior [22] em áreas urbanas em comparação com regiões rurais . Isso é explicado pelas vastas redes de abastecimento de água e esgoto suportadas em regiões urbanas nas quais as áreas rurais provavelmente não obterão. A recarga em áreas rurais é fortemente suportada pela precipitação, [22] e isso é o oposto para áreas urbanas. Redes rodoviárias e infraestrutura dentro das cidades impedem que a água da superfície percole no solo, resultando na maior parte do escoamento superficial entrando em bueiros para abastecimento local de água. À medida que o desenvolvimento urbano continua a se espalhar por várias regiões, as taxas de recarga de águas subterrâneas aumentarão em relação às taxas existentes da região rural anterior. Uma consequência de influxos repentinos na recarga de águas subterrâneas inclui inundações repentinas . [23] O ecossistema terá que se ajustar ao excedente elevado de águas subterrâneas devido às taxas de recarga de águas subterrâneas. Além disso, as redes rodoviárias são menos permeáveis em comparação ao solo, resultando em maiores quantidades de escoamento superficial. Portanto, a urbanização aumenta a taxa de recarga das águas subterrâneas e reduz a infiltração, [23] resultando em cheias repentinas à medida que o ecossistema local acomoda as mudanças no ambiente circundante.
Fatores adversos
Veja também
- Armazenamento e recuperação de aquíferos
- Bioswale
- Valas de contorno
- Recarga focada na depressão
- Poço seco
- Modelo de águas subterrâneas
- Recuperação de águas subterrâneas
- Recarga de águas subterrâneas na Califórnia
- Hidrologia (agricultura)
- Infiltração (hidrologia)
- Comércio internacional e água
- Pico de água
- Captação de água da chuva
- Controle da salinidade do solo por drenagem subterrânea
- Dique subterrâneo
- Controle do lençol freático
Referências
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