Recarga de água subterrânea

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Balanço hídrico

A recarga de água subterrânea ou drenagem profunda ou percolação profunda é um processo hidrológico , onde a água se move para baixo das águas superficiais para as subterrâneas . A recarga é o principal método pelo qual a água entra em um aquífero . Este processo geralmente ocorre na zona vadosa abaixo das raízes das plantas e , muitas vezes , é expresso como um fluxo para a superfície do lençol freático . A recarga de água subterrânea também envolve a movimentação da água do lençol freático para a zona saturada. [1]A recarga ocorre naturalmente (por meio do ciclo da água ) e por meio de processos antropogênicos (ou seja, "recarga artificial de água subterrânea"), onde a água da chuva e / ou água recuperada é encaminhada para o subsolo.

Processos

As águas subterrâneas são recarregadas naturalmente pela chuva e pelo derretimento da neve e, em menor medida, pelas águas superficiais (rios e lagos). A recarga pode ser um pouco impedida por atividades humanas, incluindo pavimentação, desenvolvimento ou exploração madeireira . Essas atividades podem resultar na perda da camada superficial do solo, resultando em infiltração de água reduzida, escoamento superficial aprimorado e redução na recarga. O uso de água subterrânea, especialmente para irrigação , também pode diminuir os lençóis freáticos. A recarga das águas subterrâneas é um processo importante para a gestão sustentável das águas subterrâneas, uma vez que a taxa de volume captada de um aqüífero 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 as camadas mais profundas do solo ou para o sistema de água subterrânea. As raízes das árvores aumentam a saturação da água nas águas subterrâneas, reduzindo o escoamento da água . [2] As inundações aumentam temporariamente a permeabilidade do leito do rio , movendo os solos argilosos rio abaixo, e isso aumenta a recarga do aquífero. [3]

A recarga artificial de água subterrânea está se tornando cada vez mais importante na Índia, onde o bombeamento excessivo de água subterrânea pelos agricultores levou ao esgotamento dos recursos subterrâneos. Em 2007, sobre as recomendações da International Water Management Institute , o governo indiano alocados 1.800 crore (equivalente a 46 bilhões ou US $ 610 milhões em 2020) para escavados poços fundos de projetos de recarga (a escavada bem é uma ampla e rasa em 100 distritos de sete estados onde a água armazenada em aqüíferos de rocha dura foi superexplorada. Outra questão ambiental é o descarte de resíduos por meio do fluxo hídrico, como fazendas leiteiras, industriais e escoamento urbano.

Wetlands

As áreas úmidas ajudam a manter o nível do lençol freático e exercem controle sobre o cabeçote hidráulico. [4] Isso fornece força para recarga de águas subterrâneas e descarga em outras águas também. A extensão da recarga da água subterrânea por uma zona úmida depende do solo , vegetação , local, proporção perímetro / volume e gradiente do lençol freático. [5] A recarga da água subterrânea ocorre através de solos minerais encontrados principalmente em torno das bordas dos pântanos. [6] O solo sob a maioria das terras úmidas é relativamente impermeável. Uma alta proporção de perímetro para volume, como em pequenos pântanos, significa que a área de superfície através da qual a água pode se infiltrar nas águas subterrâneas é alta. [7]A recarga de água subterrânea é típica em pequenas áreas úmidas, como buracos de pradaria , que podem contribuir significativamente para a recarga dos recursos regionais de água subterrânea. [7] Pesquisadores descobriram recarga de água subterrânea de até 20% do volume do pantanal por temporada. [7]

Recarga depressão focado

Se a água cair uniformemente sobre um campo de forma que a capacidade de campo do solo não seja excedida, então a água insignificante se infiltrará nas águas subterrâneas . Se, em vez disso, a água se acumular em áreas baixas, o mesmo volume de água concentrado em uma área menor pode exceder a capacidade do campo, resultando em água que se infiltra para recarregar as águas subterrâneas. Quanto maior for a área de escoamento de contribuição relativa, mais concentrada será a infiltração. O processo recorrente de água que cai de maneira relativamente uniforme sobre uma área, fluindo para as águas subterrâneas seletivamente sob as depressões superficiais, é a recarga focada na depressão. Os lençóis freáticos aumentam sob tais depressões.

Pressão Depressão

A recarga da água subterrânea com foco na depressão pode ser muito importante em regiões áridas . Mais eventos de chuva são capazes de contribuir para o abastecimento de água subterrânea.

A recarga das águas subterrâneas focada na depressão também afeta profundamente o transporte de contaminantes para as águas subterrâneas. Isso é de grande preocupação em regiões com formações geológicas cársticas porque a água pode eventualmente dissolver túneis até os aquíferos ou riachos desconectados. Esta forma extrema de escoamento preferencial acelera o transporte de contaminantes e a erosão de tais túneis . Desta forma, as depressões destinadas a reter a água de escoamento - antes que ela flua para os recursos hídricos vulneráveis ​​- podem se conectar ao subsolo ao longo do tempo. A cavitação das superfícies acima dos túneis resulta em buracos ou cavernas.

A lagoa mais profunda exerce pressão que força a água para o solo mais rapidamente. O fluxo mais rápido desaloja os contaminantes de outra forma adsorvidos no solo e os carrega. Isso pode levar a poluição diretamente para o lençol freático elevado abaixo e para o abastecimento de água subterrânea . Assim, a qualidade da água coletada nas bacias de infiltração é uma preocupação especial.

Poluição

Poluição em águas pluviais run-off acumula em bacias de retenção. A concentração de contaminantes degradáveis ​​pode acelerar a biodegradação . No entanto, onde e quando os lençóis freáticos são altos, isso afeta o projeto apropriado de tanques de detenção , tanques de retenção e jardins pluviais .

Estimativa métodos

As taxas de recarga da água subterrânea são difíceis de quantificar [8], uma vez que outros processos relacionados, como evaporação , transpiração (ou evapotranspiração ) e processos de infiltração devem primeiro ser medidos ou estimados para determinar o equilíbrio.

Físico

Os 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 radicular. Os métodos físicos indiretos baseiam-se na medição ou estimativa dos parâmetros físicos do solo, que juntamente com os princípios físicos do solo, podem ser usados ​​para estimar a recarga potencial ou real. Depois de meses sem chuvas, o nível dos rios de clima úmido é baixo e representa apenas águas subterrâneas drenadas. Assim, a recarga pode ser calculada a partir deste fluxo de base se a área de captação já for conhecida.

Química

Os métodos químicos usam a presença de substâncias solúveis em água relativamente inertes , como um traçador isotópico ou cloreto , [9] movendo-se através do solo, conforme ocorre a drenagem profunda.

Modelos numéricos

A recarga pode ser estimada usando métodos numéricos , usando códigos como Avaliação Hidrológica de Desempenho do Aterro , UNSAT-H , SHAW , 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 água subterrânea na zona vadosa .

Fatores que afetam a recarga das águas subterrâneas

A mudança do clima

Processos naturais de recarga de águas subterrâneas. Ajustes que afetam o lençol freático irão melhorar drasticamente ou diminuir a qualidade da recarga da água subterrânea em uma região específica.

O futuro das mudanças climáticas apresenta a oportunidade de implicações sobre a disponibilidade de recarga de água subterrânea para a futura bacia de drenagem . Estudos recentes exploram diferentes resultados de taxas futuras de recarga de água subterrânea com base em climas úmidos, médios e áridos teóricos. O modelo projeta uma série de vários padrões de chuva. A partir dos resultados, prevê-se que as taxas de recarga da água subterrânea terão o menor impacto em um clima de umidade e secura iguais . A pesquisa prevê o impacto insignificante das taxas de recarga da água subterrânea em um clima médio devido às previsões de diminuição do tamanho da bacia e da precipitação. [10] PrecipitaçãoPrevê-se que as tendências transmitam mudanças mínimas quantitativamente no futuro próximo, enquanto as taxas de recarga da água subterrânea estão sujeitas a aumentar como consequência do aquecimento global . [10] Este fenômeno é explicado através dos atributos físicos da vegetação. Com o aumento da temperatura como resultado do aquecimento global, o índice de área foliar (IAF) diminui. Isso leva a taxas mais altas de infiltração no solo e menos interceptação dentro da própria árvore. Um resultado direto do aumento da infiltração no solo são as taxas elevadas de recarga das águas subterrâneas. [10] Portanto, com o aumento das temperaturas e mudanças insignificantes nos padrões de precipitação, as taxas de recarga da água subterrânea estão sujeitas a aumentar.

Outras iniciativas de pesquisa também revelam que diferentes mecanismos de recarga das águas subterrâneas têm diferentes sensibilidades em resposta às mudanças climáticas. O aumento das temperaturas globais gera climas mais áridos em algumas regiões, e isso pode levar ao bombeamento excessivo do lençol freático . Quando as taxas de bombeamento são maiores do que a taxa de recarga das águas subterrâneas, há um risco maior de enxerto excessivo . [11] O esgotamento das águas subterrâneas é evidência da resposta do lençol freático ao bombeamento excessivo. As consequências graves do esgotamento das águas subterrâneas incluem a redução do lençol freático e o esgotamento da qualidade da água. [11]A quantidade de água no lençol freático pode mudar rapidamente dependendo da taxa de extração. À medida que o nível da água diminui no aqüífero, há menos água disponível para ser bombeada. Se a taxa de recarga potencial da água subterrânea for menor que a taxa de extração, o lençol freático será muito baixo para o acesso. Uma consequência disso inclui perfurar mais profundamente no lençol freático para ter acesso a mais água. Perfurar o aqüífero pode ser um empreendimento caro e não é garantido que a quantidade de água disponível será exata para as produções anteriores. [11]

Urbanização

Outras implicações da recarga das águas subterrâneas são uma consequência da urbanização . A pesquisa mostra que a taxa de recarga pode ser até dez vezes maior [12] nas áreas urbanas em comparação com as regiões rurais . Isso é explicado pelas vastas redes de abastecimento de água e esgoto apoiadas em regiões urbanas nas quais as áreas rurais provavelmente não conseguirão. A recarga em áreas rurais é fortemente apoiada pela precipitação [12]e isso é oposto para áreas urbanas. A rede de estradas e a infraestrutura dentro das cidades evitam que a água de superfície se infiltre no solo, resultando na maior parte do escoamento superficial que entra nos bueiros para abastecimento de água local. À medida que o desenvolvimento urbano continua a se espalhar por várias regiões, as taxas de recarga de água subterrânea aumentarão em relação às taxas existentes da região rural anterior. Uma consequência de influxos repentinos na recarga de águas subterrâneas inclui inundações repentinas . [13] O ecossistema terá que se ajustar ao elevado excedente de água subterrânea devido às taxas de recarga da água subterrânea. Além disso, as redes rodoviárias são menos permeáveisem comparação com o solo, resultando em maiores quantidades de escoamento superficial. Portanto, a urbanização aumenta a taxa de recarga da água subterrânea e reduz a infiltração, [13] resultando em enchentes à medida que o ecossistema local acomoda as mudanças no ambiente circundante.

Fatores adversos

Veja também

Referências

  1. ^ Freeze, RA, & Cherry, JA (1979). Groundwater, 211 pp. Acessado em: http://hydrogeologistswithoutborders.org/wordpress/1979-english/
  2. ^ "Árvores urbanas aumentam a infiltração de água" . Fisher, Madeline . The American Society of Agronomy. 17 de novembro de 2008. Arquivado do original em 2 de junho de 2013 . Recuperado em 31 de outubro de 2012 .
  3. ^ "Grandes inundações recarregam aquíferos" . University of New South Wales Science. 24 de janeiro de 2011 . Recuperado em 31 de outubro de 2012 .
  4. ^ O'Brien 1988; Inverno 1988
  5. ^ (Carter e Novitzki 1988; Weller 1981)
  6. ^ Verry e Timmons 1982
  7. ^ a b c (Weller 1981)
  8. ^ Reilly, Thomas E .; LaBaugh, James W .; Healy, Richard W .; Alley, William M. (14/06/2002). "Fluxo e Armazenamento em Sistemas de Água Subterrânea". Ciência . 296 (5575): 1985–1990. Bibcode : 2002Sci ... 296.1985A . doi : 10.1126 / science.1067123 . ISSN 0036-8075 . PMID 12065826 . S2CID 39943677 .   
  9. ^ Allison, GB; Hughes, MW (1978). "O uso de cloreto e trítio ambientais para estimar a recarga total para um aquífero não confinado". Australian Journal of Soil Research . 16 (2): 181–195. doi : 10.1071 / SR9780181 .
  10. ^ a b c Crosbie, Russell S .; McCallum, James L .; Walker, Glen R .; Chiew, Francis HS (01-11-2010). "Modelagem dos impactos das mudanças climáticas na recarga das águas subterrâneas na Bacia Murray-Darling, Austrália". Hydrogeology Journal . 18 (7): 1639–1656. Bibcode : 2010HydJ ... 18.1639C . doi : 10.1007 / s10040-010-0625-x . ISSN 1435-0157 . S2CID 128872217 .  
  11. ^ a b c Wakode, Hemant Balwant; Baier, Klaus; Jha, Ramakar; Azzam, Rafig (março de 2018). "Impacto da urbanização na recarga de águas subterrâneas e balanço hídrico urbano para a cidade de Hyderabad, Índia" . Pesquisa Internacional de Conservação de Solo e Água . Elsevier. 6 (1): 51–62. doi : 10.1016 / j.iswcr.2017.10.003 .
  12. ^ a b "Esgotamento do lençol freático" . Escola de Ciências da Água da USGS . Pesquisa Geológica dos Estados Unidos. 09-12-2016.
  13. ^ a b "Efeitos do desenvolvimento urbano em inundações" . pubs.usgs.gov . Página visitada em 22/03/2019 .
  • Allison, GB; Nossa, GW; Tyler, SW (1994). "Técnicas da zona Vadose para estimar a recarga da água subterrânea em regiões áridas e semi-áridas". Jornal da Sociedade de Ciências do Solo da América . 58 (1): 6–14. Bibcode : 1994SSASJ..58 .... 6A . doi : 10.2136 / sssaj1994.03615995005800010002x . OSTI  7113326 .
  • Bond, WJ (1998). Métodos Físicos do Solo para Estimativa de Recarga . Melbourne: Publicação CSIRO.

Leitura adicional