( PDF ) Hidrogeoquímica e modelo hidrogeológico das águas subterrâneas no baixo curso do Rio Macaé, município de Macaé-RJ

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

CENTRO DE CIÊNCIAS MATEMÁTICAS E DA NATUREZA

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA

HIDROGEOQUÍMICA E MODELO HIDROGEOLÓGICO DAS ÁGUAS

SUBTERRÂNEAS NO BAIXO CURSO DO RIO MACAÉ, MUNICÍPIO DE MACAÉ-RJ

ELISA DE SOUZA BENTO

ORIENTADOR: PROF. GERSON CARDOSO DA SILVA JUNIOR

RIO DE JANEIRO

2006

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ELISA DE SOUZA BENTO

HIDROGEOQUÍMICA E MODELO HIDROGEOLÓGICO DAS ÁGUAS

SUBTERRÂNEAS NO BAIXO CURSO DO RIO MACAÉ, MUNICÍPIO DE MACAÉ-RJ

Dissertação de Mestrado submetida ao Corpo Docente do

Programa de Pós-Graduação em Geologia da Universidade

Federal do Rio de Janeiro como requisito obrigatório à

obtenção do grau de Mestre em Ciências.

Área de Concentração: Geologia de Engenharia e Ambiental

com Ênfase em Hidrogeologia.

ORIENTADOR: PROF. GERSON CARDOSO DA SILVA JUNIOR

Rio de Janeiro

2006

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HIDROGEOQUÍMICA E MODELO HIDROGEOLÓGICO DAS ÁGUAS

SUBTERRÂNEAS NO BAIXO CURSO DO RIO MACAÉ, MUNICÍPIO DE MACAÉ-RJ

ELISA DE SOUZA BENTO

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE PÓS-

GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

COMO REQUISITO OBRIGATÓRIO À OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM

CIÊNCIAS.

ORIENTADOR: PROF. GERSON CARDOSO DA SILVA JÚNIOR

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: GEOLOGIA DE ENGENHARIA E AMBIENTAL

ÊNFASE EM HIDROGEOLOGIA

Aprovada por:

____________________________________________

Professor Gerson Cardoso da Silva Junior, D.Sc. (UFRJ)

____________________________________________

Professor Chang Hung Kiang, D.Sc. (UNESP)

____________________________________________

Professor Cláudio Limeira Mello, D.Sc. (UFRJ)

____________________________________________

Emmanoel Vieira da Silva Filho, D.Sc. (UFF)

Rio de Janeiro

Agosto/ 2006

iii

FICHA CATALOGRÁFICA

Bento, Elisa de Souza

Hidrogeoquímica e Modelo Hidrogeológico das Águas Subterrâneas no Baixo Curso do Rio

Macaé, Município de Macaé-RJ. Elisa de Souza Bento. Rio de Janeiro: UFRJ/ CCMN/

Instituto de Geociências, 2006, 180p.

(Instituto de Geociências – UFRJ, M.Sc., Programa de Pós-Graduação em Geologia, 2006).

Dissertação – Universidade Federal do Rio de Janeiro, CCMN, Instituto de Geociências,

2006.

1. Hidrogeoquímica

2. Aqüíferos Aluvionares

Aprende – humildemente.

Ensina – praticando.

Administra – educando.

Obedece – prestativo.

Ama – edificando.

Teme – a ti mesmo.

Sofre – aproveitando.

Fala – construindo.

Ouve – sem malícia.

Ajuda – elevando.

Ampara – levantando.

Passa – servindo.

Ora – serenamente.

Pede – com juízo.

Espera – trabalhando.

Crê – agindo.

Confia – vigiando.

Recebe – distribuindo.

Atende – com gentileza.

Coopera – sem apego.

Socorre – melhorando.

Examina – salvando.

Esclarece – respeitoso.

Semeia – sem aflição.

Estuda – aperfeiçoando.

Caminha – com todos.

Avança – auxiliando.

Age – no bem geral.

Corrige – com bondade.

Perdoa – sempre.

Imperativos Cristãos

Francisco Cândido Xavier – pelo Espírito André Luiz

Aos meus pais Germano e Denise por minha vida,

meu lar e minha educação. Por tanto amor e pelo apoio

incondicional à realização de meus sonhos profissionais.

Á minha tia e mãe de coração Maria Alice Mirilli

por seu carinho, seus conselhos, sua torcida e seu exemplo

de força. Que a realização de meu sonho seja a certeza de

sua vitória, pois devo a ela muito do que sou.

AGRADECIMENTOS

A Deus, que me deu a vida e que permitiu mais esta jornada de aprendizado e evolução

constantes.

Aos meus pais Germano e Denise pelo amor, educação, incentivo e dedicação de toda a

vida, e pelo apoio financeiro, sem o qual não teria chegado aonde cheguei.

Aos meus irmãos Carolina, Daniela e Alan, que partilharam minhas aflições, meu mau

humor, minhas alegrias e me apoiaram e torceram por mim durante toda essa caminhada. E ao

meu sobrinho João Pedro que, no auge dos seus 6 anos, muitas vezes foi o único capaz de me

mostrar que era hora de relaxar e brincar, literalmente, como uma criança para só então poder

recomeçar com mais força, alegria e perseverança.

As minhas avós Maria Thereza e Maria Clara (in memorian) pelo amor e paciência com

que cuidaram de mim desde minha infância. Em especial a minha avó Denise que até hoje me

prova a cada dia que sempre vale a pena lutar para aprender e se superar, e que a força e a

alegria de viver só dependem de nosso coração e de nossa visão positiva em relação à vida.

Gratidão eterna a Rodrigo Fernandes Silva que me aturou nos momentos de desespero,

me ajudou em questões computacionais, me incentivou no dia a dia com seu positivismo e

confiança, e me apoiou em todos os momentos, por mais difíceis que fossem para nós. Sem

seu afeto e sua presença consoladora o caminho seria bem mais difícil.

Ao meu orientador o professor Gerson Cardoso da Silva Jr. pela oportunidade de

aprender mais a cada dia e pela confiança depositada em minha capacidade profissional.

Ao Departamento de Geologia da UFRJ e ao setor de Geologia de Engenharia e

Ambiental: professores e funcionários; em especial a professora Helena Polivanov pelas

dúvidas esclarecidas e sugestões.

Ao Programa de Pós-Graduação em Geologia pelo apoio administrativo e financeiro

através da verba PROAP – CAPES.

A Hidrogeóloga Ana Beatriz Barreto, uma grande incentivadora, pelo apoio logístico e

dúvidas esclarecidas.

A minha grande amiga e irmã de alma Giselle Ramalho Barbosa que passou junto a

mim os melhores e piores momentos desta caminhada. Nossas experiências, encontros e

vii

desencontros da vida profissional e pessoal neste período valeram mais que toda uma vida.

Obrigada pelo ombro amigo e pelos momentos inesquecíveis.

Aos grandes amigos Felipe Fonseca e Josiane Damázio, fundamentais nos momentos de

desânimo, com sua alegria e exemplo de luta por seus ideais. Sempre conseguiram me

arrancar sorrisos preciosos me dando o ânimo para recomeçar.

Aos amigos do laboratório de Hidrogeologia da UFRJ: Alexandre Cruz, por termos

caminhado lado a lado no mestrado, crescendo juntos e partilhando conhecimentos, alegria e

também decepções; Rosemari Fabianovicz, por sua amizade, serenidade, carinho e seu

exemplo de seriedade e profissionalismo; as meninas Luana Lima, Ana Carolina Lisboa e

Gislaine Almeida, pelo apoio na parte de laboratório, pela ajuda nos pequenos e grandes

detalhes da tese e por toda alegria e risadas dadas ao longo destes anos; Juliana Menezes,

Rodrigo Stutz, Cauê Bielchowski, Ana Luíza Vettorazzi e Cynthia Augusto pelos

conhecimentos partilhados e pela descontração; e Vinícius Seabra por sua grande paciência e

bom humor em ensinar e ajudar na confecção dos mapas.

Ao apoio técnico do DRM através dos setores de Hidrogeologia, Geoprocessamento,

Ambiental e Cartografia. Em especial ao amigo Luís Gomes pela realização do

georreferenciamento para o nivelamento dos poços e Francisco Dourado pela ajuda na

confecção dos mapas. À Kátia Mansur e ao Aderson Marques pelo apoio técnico e financeiro.

Ao Wilson da SERLA pelo apoio nos trabalhos de campo.

À Lídia Motta e Marilene Ramos da Fundação Getúlio Vargas pelo apoio logístico de

campo, e presteza na resolução de problemas.

À Usina Termelétrica Norte Fluminense, em especial a Cláudia Dias, pela rápida

disponibilização dos dados solicitados.

Seria impossível descrever todos que me ajudaram de maneira direta ou indireta, e que

tiveram um papel importante e indispensável em minha caminhada pessoal e profissional. A

estes não citados, porém jamais esquecidos, o meu muito obrigado por fazerem parte de

minha vida.

viii

RESUMO DA DISSERTAÇÃO APRESENTADA AO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM

GEOLOGIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO REQUISITO PARCIAL

NECESSÁRIO À OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M.Sc.).

HIDROGEOQUÍMICA E MODELO HIDROGEOLÓGICO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

NO BAIXO CURSO DO RIO MACAÉ, MUNICÍPIO DE MACAÉ-RJ

ELISA DE SOUZA BENTO

AGOSTO/2006

ORIENTADOR: PROFº. GERSON CARDOSO DA SILVA Jr

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: GEOLOGIA DE ENGENHARIA E AMBIENTAL

ÊNFASE EM HIDROGEOLOGIA

A presente dissertação teve como objetivo caracterizar e modelar o comportamento

hidrogeoquímico das águas subterrâneas do aqüífero aluvionar do rio Macaé, Bacia

Hidrográfica do rio Macaé. Foram realizadas medições mensais dos parâmetros físico-

químicos pH, temperatura e condutividade elétrica em 23 piezômetros e 20 poços cadastrados

(poços cacimba e poços tubulares rasos), além de amostragem de água em 36 destes poços.

Em seguida as águas subterrâneas foram classificadas quanto ao tipo hidroquímico; avaliadas

em relação à qualidade; e também foram determinadas as espécies químicas dominantes e os

índices de saturação dos minerais. Um modelo hidrogeoquímico foi desenvolvido com o

intuito de simular o processo de evolução química das águas, marcado pela salinização

ocorrida em alguns destes poços situados próximos ao litoral. Os resultados indicam que as

águas dos piezômetros são, predominantemente, bicarbonatadas magnesianas e sulfatadas

magnesianas, e as águas dos poços cadastrados cloretadas sódicas e bicarbonatadas sódicas a

cálcicas; que diversos parâmetros encontram-se em inconformidade com a regulamentação

CONAMA 357/05, com destaque para o alumínio, ferro e manganês; e que a água subterrânea

local é quimicamente jovem, não equilibrada com as litologias que ocorrem na área. O

modelo hidrogeoquímico revelou semelhanças de composição química da água dos poços

cadastrados com as águas do rio Macaé, exceto para os íons Na e Cl, que sofrem influência de

aerossóis marinhos e da evaporação do rio Macaé após períodos de cheia. Com os resultados

obtidos, foi possível qualificar os recursos hídricos subterrâneos disponíveis no depósito

aluvionar do rio Macaé, que se mostram muitas vezes como opção para o precário sistema de

abastecimento urbano encontrado em alguns setores mais carentes da região.

ABSTRACT OF THESIS PRESENTED TO THE GEOLOGY GRADUATE PROGRAMME OF THE

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO AS A PARTIAL FULFILLMENT OF THE

REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE (M. Sc.)

HYDROGEOCHEMISTRY AND HYDROGEOLOGICAL MODELING OF AN ALLUVIAL

AQUIFER IN MACAÉ RIVER LOWER COURSE, MACAÉ CITY - RIO DE JANEIRO

STATE

ELISA DE SOUZA BENTO

AGOSTO/ 2006

THESIS SUPERVISOR: PROF. GERSON CARDOSO DA SILVA Jr

CONCENTRATION AREA: ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY,

EMPHASIS IN HYDROGEOLOGY

The objective of this thesis is to characterize and modelling the hydrogeochemical behavior

from alluvial aquifer’s groundwater in Macaé River, Macaé River basin in Northern Rio de

Janeiro State. Monthly measurements of physical-chemical parameters such as pH,

temperature and electrical conductivity were taken from 23 piezometers and 20 registered

wells, as well as water samples from 36 of these wells. After that, they were classified as to

their hydrochemical type; evaluated regarding their quality; and verified as to dominant

chemical species and mineral saturation indices. A hydrogeochemical model was developed

with the intention of simulating the chemical evolution of groundwater, marked by a

salinization process occurring in some of those wells situated next to the ocean coast. Results

indicate that piezometers’ waters are mostly magnesium-bicarbonate and magnesium-sulfate

types, and registered wells’ waters are mostly sodium-chloride and sodium to chloride-

bicarbonate types; that several parameters are in disagreement to the CONAMA 357/05

resolution, especially regarding to aluminum, iron and manganese; and that registered wells’

waters are chemically young, unbalanced with the local lithologies. The hydrogeochemical

model revealed similarities regarding to chemical composition of waters from the registered

wells and Macaé River’s waters, with the exception of sodium and chloride, which suffer the

influence of sea aerosols and Macaé River’s evaporation after flood periods. It was possible,

with the results obtained, to evaluate the qualify the available groundwater resources at Macaé

River’s alluvial deposits, which are, in many cases, an option to the problematic urban

supplying system present in some of the region’s most impoverished sectors.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Diagrama de Piper com a definição dos tipos hidroquímicos.................................22

Figura 2 – Subdivisões do triângulo maior do diagrama de Piper (Piper, 1953). ....................22

Figura 3 – Exemplo do diagrama semi-logarítmico de Schoeller (Bento, 2003).....................23

Figura 4 – Mapa hidroquímico de isovalores de condutividade elétrica (valores em mS/cm).

As cores mais escuras indicam uma maior condutividade. Fonte: Bento, 2003. .....................

Figura 5 – Divisão de Macrorregiões Ambientais, destacando em vermelho a área aproximada

da bacia do rio Macaé, pertencente a MRA-5. .........................................................................28

Figura 6 – Mapa de localização do baixo curso do rio Macaé. O contorno em vermelho indica

aproximadamente a área efetivamente abrangida pela dissertação. .........................................30

Figura 7 – Mapa geológico da Bacia do rio Macaé..................................................................34

Figura 8 – Distribuição anual da temperatura média na bacia hidrográfica do rio Macaé

(FIDES, série SIPE, 1978)........................................................................................................35

Figura 9 – Distribuição anual da precipitação na bacia hidrográfica do Rio Macaé (FIDES,

série SIPE, 1978)......................................................................................................................35

Figura 10 - Mapa de relevo do baixo curso do rio Macaé (modificado de Luz, 2003)............37

Figura 11 - Gráfico de variação dos níveis d’água para os diferentes setores. Modificado de

Barbosa, 2005...........................................................................................................................

Figura 12 – Mapa potenciométrico do baixo curso do rio Macaé, em maio de 2005.

Modificado de Barbosa e Silva Jr.(2005).................................................................................45

Figura 13 – Gráfico mostrando a curva de rebaixamento versus tempo. Fonte: Barbosa e

Silva Jr.(2005). .........................................................................................................................

Figura 14 – Perfuração por trado manual (FGV, 2004). ..........................................................49

Figura 15 – Esquematização dos piezômetros instalados (FGV, 2004)...................................49

Figura 16 – Localização dos piezômetros e poços cadastrados monitorados na bacia do rio

Macaé. ......................................................................................................................................53

Figura 17 – Nivelamento dos piezômetros e poços cadastrados. .............................................54

Figura 18 – Medida in situ dos parâmetros temperatura, pH e condutividade elétrica em

piezômetro instalado.................................................................................................................55

Figura 19 – Uso do aparelho fotômetro para determinação de ânions das amostras de água dos

poços cadastrados no laboratório experimental de hidrogeologia da UFRJ.............................61

Figura 20 – Mapa de condutividade elétrica para a área de estudo (valores em mS/cm). As

linhas com cores mais escuras indicam uma maior condutividade. .........................................

Figura 21 – Distribuição dos valores de eletroneutralidade das amostras de água dos

piezômetros analisadas no laboratório Hidroquímica Engenharia e Laboratórios Ltda...........70

Figura 22 – Distribuição dos valores de eletroneutralidade das amostras de água dos poços

cadastrados analisadas no LAMIN/CPRM e no Laboratório Experimental de Hidrogeologia

da UFRJ....................................................................................................................................70

Figura 23 – Gráficos das relações entre a condutividade elétrica de campo e o somatório de

cátions e ânions em meq/L para os piezômetros analisados.....................................................71

Figura 24 – Gráficos das relações entre a condutividade elétrica de campo e o somatório de

cátions e ânions em meq/L para os poços cadastrados analisados. ..........................................

Figura 25 – Diagrama de Piper ilustrando as composições químicas das águas do rio Macaé e

das águas subterrâneas da bacia. ..............................................................................................

Figura 26 – Mapa dos tipos hidroquímicos das águas da Bacia Hidrográfica do rio Macaé. ..77

Figura 27 – Precariedade das condições sanitárias e de instalação de um poço-cacimba

cadastrado, com vedação ineficiente e por vezes livre acesso de animais ao poço..................79

Figura 28 – Diagrama logarítmico para o comportamento hidrogeoquímico dos piezômetros.

Nota-se o comportamento homogêneo para a maioria dos íons...............................................

xii

Figura 29 – Diagrama logarítmico para o comportamento hidrogeoquímico dos poços

cadastrados.. .............................................................................................................................81

Figura 30 – Relação iônica rCl

/rNa

para os poços cadastrados. A linha vermelha tracejada

indica a relação iônica rCl

/rNa

da água do mar. ....................................................................84

Figura 31 – Relação iônica rCl

/rHCO

para os piezômetros. A linha vermelha tracejada

superior indica a relação iônica rCl

/rHCO

média da água do mar. A linha vermelha inferior

indica a relação iônica rCl

/r HCO

média das águas continentais..........................................84

Figura 32 – Relação iônica rCl

/rHCO

para os poços cadastrados. A linha vermelha tracejada

superior indica a relação iônica rCl

/rHCO

média da água do mar. A linha vermelha inferior

indica a relação iônica rCl

/rHCO

média das águas continentais...........................................85

Figura 33: Índice de saturação de minerais carbonáticos para os piezômetros do grupo 2.

Nota-se que o mineral siderita encontra-se saturado nos poços Pz 2 e Pz 42. .........................87

Figura 34: Índice de saturação de minerais carbonáticos para os poços cadastrados...............87

Figura 35: Índice de saturação de minerais sulfatados para os piezômetros do grupo 1..........88

Figura 36: Índice de saturação de minerais sulfatados para os poços cadastrados...................88

Figura 37: Índice de saturação de minerais de ferro para os poços cadastrados. .....................89

Figura 38 – Diagrama comparando a composição média das águas dos poços cadastrados e do

rio Macaé com os resultados da simulação MIX 1...................................................................

xiii

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Classificação das águas segundo a dureza em mg/L de CaCO

Fonte: Logan (apud

Santos, 1997). ...........................................................................................................................10

Quadro 2 - Classificação das águas segundo a dureza em mg/L de CaCO

Fonte: Custodio e

Llamas (1983)...........................................................................................................................10

Quadro 3: Características principais de cada área do diagrama de Piper (Piper, 1953)...........23

Quadro 4 – Faixa de valores de condutividade hidráulica para materiais inconsolidados

(modificado de Feitosa e Manoel Filho, 1997).........................................................................44

Quadro 5 – Valores de condutividade hidráulica obtidos através de ensaios do tipo slug test,

com auxílio do software Aquifer Test

, através do método de Hvorslev. Fonte: Brabosa,

2005a. .......................................................................................................................................46

Quadro 6 – Características litológico-construtivas dos piezômetros........................................51

Quadro 7 – Poços cadastrados monitorados na Bacia do rio Macaé........................................52

Quadro 8 – Piezômetros amostrados na primeira campanha de análise química da água

subterrânea................................................................................................................................

Quadro 9 – Parâmetros físico-químicos e metodologia de análise para a primeira campanha de

amostragem de água realizada nos piezômetros da bacia do rio Macaé. .................................

Quadro 10 – Poços cadastrados amostrados na segunda campanha de análise de água

subterrânea na Bacia do rio Macaé...........................................................................................60

Quadro 11 – Parâmetros físico-químicos e metodologia de análise para a campanha de

amostragem de água realizada nos poços cadastrados na bacia do rio Macaé.........................60

Quadro 12 – Síntese dos métodos utilizados para análises com kits fotométricos...................62

Quadro 13 – Valores médios dos parâmetros físico-químicos monitorados nas águas

subterrânea da Bacia do rio Macaé...........................................................................................66

xiv

Quadro 14 – Resultados das análises químicas nas águas subterrâneas dos poços da bacia do

rio Macaé. Valores expressos em mg/L. ..................................................................................74

Quadro 15 – Parâmetros químicos e biológicos das águas dos piezômetros comparados aos

limites estabelecidos pelo CONAMA 357/05 para águas doces classe 1.................................76

Quadro 16 – Parâmetros das águas dos poços cadastrados comparados aos limites

estabelecidos pelo CONAMA 357/05 para águas doces classe 1. ...........................................78

Quadro 17: Razões Iônicas para as águas da bacia hidrográfica do rio Macaé........................83

SUMÁRIO

RESUMO viii

ABSTRACT ix

LISTA DE FIGURAS ...........................................................................................................................................x

LISTA DE QUADROS ......................................................................................................................................xiii

1 – INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 1

1.1– ANTECEDENTES E JUSTIFICATIVAS .............................................................................................................. 1

1.2 – OBJETIVOS.................................................................................................................................................. 2

2 – INVESTIGAÇÃO HIDROGEOQUÍMICA EM AQUÍFEROS COSTEIROS.......................................... 4

2.1 – HIDROGEOLOGIA DE ZONAS COSTEIRAS...................................................................................................... 4

2.2 – INVESTIGAÇÃO HIDROGEÓLOGICA ............................................................................................................. 6

2.3 – HIDROGEOQUÍMICA .................................................................................................................................... 7

2.3.1 – Propriedades Físico-Químicas..........................................................................................................8

2.3.2 – Constituintes iônicos principais.......................................................................................................12

2.3.2.1 – Cátions........................................................................................................................................................13

2.3.2.2 – Ânions ........................................................................................................................................................15

2.3.3 – Constituintes iônicos secundários....................................................................................................16

2.3.4 – Razões iônicas..................................................................................................................................18

2.3.5 – Análise química da água..................................................................................................................20

2.3.5.1 – Cálculo do erro da análise ..........................................................................................................................20

2.3.5.2 – Representação gráfica das características químicas da água.......................................................................21

2.3.6 – Processamento Hidrogeoquímico: caracterização e modelagem....................................................24

2.3.6.1 – Programa PHREEQC .................................................................................................................................25

3 - CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA ................................................................................................................ 27

3.1 – A BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MACAÉ .................................................................................................. 27

3.2– LOCALIZAÇÃO E ACESSOS DA ÁREA DE ESTUDO........................................................................................ 29

3.3 – GEOLOGIA ................................................................................................................................................ 31

3.3.1 – Contexto Geológico Regional..........................................................................................................31

xvi

3.3.2 – Contexto geológico da área de estudo.............................................................................................31

3.4 – ASPECTOS FISIOGRÁFICOS........................................................................................................................ 33

3.4.1- Clima.................................................................................................................................................33

3.4.2 - Relevo e Declividade ........................................................................................................................36

3.5 – UNIDADES E USO DOS SOLOS ................................................................................................................... 38

3.6 – CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA ...................................................................................................... 40

3.6.1 – Monitoramento dos níveis piezométricos.........................................................................................41

3.6.2 – Condutividade Hidráulica................................................................................................................43

4 – MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................................................... 48

4.1 – LEVANTAMENTOS BÁSICOS...................................................................................................................... 48

4.2 – INSTALAÇÃO DA REDE PIEZOMÉTRICA ..................................................................................................... 48

4.3 – CADASTRO DE PONTOS PARA CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ...........................................................50

4. 4 – NIVELAMENTO DOS PIEZÔMETROS E POÇOS CADASTRADOS ...................................................................54

4.5– AMOSTRAGEM DE ÁGUA SUBTERRÂNEA ................................................................................................... 54

4.5.1 – Amostragem in situ e Medição de Parâmetros Físico-Químicos.....................................................55

4.6 – ANÁLISES QUÍMICAS ................................................................................................................................ 56

4.6.1 – Primeira Campanha de Amostragem de Água – Análises Químicas Realizadas apenas em

Laboratório Externo ....................................................................................................................................

4.6.2 – Segunda Campanha de Amostragem de Água – Análises Químicas Realizadas em Laboratório

Externo e no Laboratório de Hidrogeologia da UFRJ................................................................................

4.7 – PROCESSAMENTO HIDROGEOQUÍMICO: CARACTERIZAÇÃO E MODELAGEM ............................................. 63

5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES................................................................................................................. 65

5.1 – GEOQUÍMICA DA ÁGUA SUBTERRÂNEA.................................................................................................... 65

5.1.1 – pH, Temperatura e Condutividade Elétrica Medidos em Campo....................................................65

5.1.2 – Caracterização Química..................................................................................................................70

5.1.2.1 – Cálculo do Erro das Análises......................................................................................................................70

5.1.2.2 – Classificação das Águas .............................................................................................................................73

5.1.2.3 – Razões Iônicas............................................................................................................................................81

5.2 – MODELAGEM HIDROGEOQUÍMICA ............................................................................................................ 85

xvii

5.2.1 – Distribuição das Espécies Químicas na Bacia Hidrográfica do rio Macaé....................................85

5.2.2 – Índices de Saturação dos Pontos de Água da Bacia Hidrográfica do rio Macaé............................86

5.2.3 – Discussão sobre os Resultados de Índices de Saturação e Cálculos de Especiação Obtidos com o

Programa PHREEQC..................................................................................................................................

5.2.4 – Modelagem com o Programa PHREEQC........................................................................................92

5.2.5 – Modelagem Inversa com o Programa PHREEQC...........................................................................95

6 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES.................................................................................................... 96

7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................... 100

1 – INTRODUÇÃO

1.1– ANTECEDENTES E JUSTIFICATIVAS

O Brasil, como um país de formação colonial, tem sua ocupação territorial no sentido

geral da zona costeira para o interior, fato este observado pelo significativo adensamento

populacional no litoral. Segundo Moraes (1995), atualmente cerca de 1/5 da população

brasileira vive à beira mar, o que corresponde a um contingente de cerca de 38 milhões de

habitantes, com densidade demográfica em torno de 100 habitantes por km

. Na verdade,

tomando os espaços imediatamente contíguos à costa, temos mais da metade da população

nacional habitando a menos de 200 quilômetros de distância da orla marítima.

Atividades com alto potencial de risco ambiental, como complexos químicos,

petroquímicos, metalmecânicos e agroindustriais, também tendem a se concentrar na zona

costeira brasileira, devido à proximidade com zonas portuárias, que facilitam o escoamento

marítimo destes produtos.

Essa crescente urbanização tem ameaçado a saúde pública e a qualidade ambiental das

regiões, devido ao despejo irregular de lixo e esgoto in natura, que acabam indo para rios,

lagoas e praias, causando dessa forma, a poluição das águas costeiras e comprometendo o

setor de abastecimento público de água.

O estado do Rio de Janeiro tem bons exemplos da necessidade da inclusão das águas

subterrâneas no planejamento do abastecimento público de água em nosso país. De modo

geral, as cidades deste estado são servidas por sistemas de captação de águas superficiais, que

vêm tornando-se defasados com o crescimento populacional e o desenvolvimento industrial,

além de sofrerem reflexos da sazonalidade. Tais sistemas sofrem ainda constante ameaça de

poluição causada por esgotos urbanos, resíduos industriais e agroquímicos, além de estarem

sujeitos a deteriorações dos ecossistemas. Como conseqüência do exposto, as águas

subterrâneas se tornam, em muitos casos, uma alternativa ao abastecimento, merecendo do

governo e da sociedade atenção no que se refere ao planejamento, uso e proteção desses

importantes recursos. Na prática, muito ainda deve ser realizado para que se tenha um

conhecimento minimamente razoável para coadjuvar a implementação de políticas públicas

que favoreçam um aproveitamento mais racional dos recursos hídricos no estado do Rio de

Janeiro. Para tal, é necessário que se conheça a distribuição quantitativa e qualitativa das

águas subterrâneas no subsolo fluminense.

O presente trabalho está inserido no projeto “Pesquisa de Águas Subterrâneas na Bacia

Hidrográfica do Rio Macaé”, que conta com parcerias da Usina Termelétrica Norte

Fluminense (UTE Norte Fluminense), Departamento de Recursos Minerais do Estado do Rio

de Janeiro (DRM/ RJ), Fundação Getúlio Vargas (FGV), Empresa Ecologus Engenharia

Consultiva e Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Este projeto faz parte das

medidas compensatórias para Licenciamento Ambiental das empresas El Paso e Macaé

Merchant, que têm projetos de implantação de UTE’s em andamento naquela região (uma

usina cada empresa). A usina Norte Fluminense, da Macaé Merchant, já está em operação,

embora ainda não a plena capacidade de geração. Essas exigências estão dentro da Lei n º

6.938/81 que institui a Política Nacional de Meio Ambiente, destacando-se o Art. 9º, incisos

III e IV, que tratam da avaliação de impactos ambientais, do licenciamento e da revisão de

atividades efetivas ou potencialmente poluidoras (CPRH – Companhia de Pesquisa de

Recursos Hídricos). A unidade básica de estudo neste projeto foi a Bacia Hidrográfica do Rio

Macaé, onde as duas usinas termelétricas foram instaladas. Este projeto de mestrado foi

realizado, mais especificamente, dentro da área da UTE Norte Fluminense, no baixo curso do

Rio Macaé.

1.2 – O

BJETIVOS

Na bacia do rio Macaé, área objeto do presente estudo, os recursos hídricos como um

todo sofrem os impactos da corrente implantação das Usinas Termelétricas (UTE’s) previstas

nos Planos de Expansão da capacidade de geração de energia elétrica no país, haja vista o

grande consumo de água previsto por este tipo de empreendimento e a natural escassez

provocada pelos fatores anteriormente descritos. Em particular, as águas subterrâneas

representam uma alternativa natural para complementar às necessidades hídricas, uma vez que

nas áreas periféricas do município de Macaé é comum a perfuração de poços tubulares rasos e

do tipo cacimba para o abastecimento de água das populações carentes.

Diante deste quadro, faz-se necessária à realização de estudos que proporcionarão o

conhecimento hidrogeológico básico do aqüífero aluvionar do baixo curso do rio Macaé, que

permitirá a gestão adequada deste aqüífero.

A Hidrogeoquímica fornece informações valiosas sobre o funcionamento de sistemas

aqüíferos, através de ferramentas simples que facilitam a compreensão das características de

fluxo, relações hidrogeológicas entre as diversas unidades geológicas, além de prover dados

relativos à qualidade da água subterrânea.

A idéia central do trabalho, portanto, compreende a caracterização e modelagem

hidrogeoquímica como principal passo para a conceitualização do comportamento

hidrogeológico local (subsídios ao modelo de circulação subterrânea, avaliação da

vulnerabilidade dos aqüíferos, etc.), com contribuição dos estudos hidrodinâmicos, que foram

realizados no âmbito da dissertação de mestrado de Giselle Barbosa, do Departamento de

Geologia da UFRJ, apresentada em agosto de 2005 (Barbosa, 2005).

Para se alcançar o objetivo principal desta dissertação, foram estabelecidos os objetivos

específicos a seguir descritos:

- obtenção de parâmetros físicos para caracterização geológica do aqüífero a ser

estudado, tais como obtenção de perfil litológico local, obtido através de campanhas

geofísicas e sondagens em poços;

- caracterização hidrodinâmica do aluvião estudado através do monitoramento das

variações de nível d`água, da determinação da condutividade hidráulica dos horizontes

investigados, e obtenção da transmissividade do aqüífero por meio de ensaio de bombeamento

realizado em conjunto com Barbosa (op cit.), no âmbito de sua dissertação de mestrado;

- caracterização dos parâmetros físico-químicos da água subterrânea estudada através do

monitoramento mensal in situ dos parâmetros temperatura, pH e condutividade elétrica em

todos os poços;

- classificação hidroquímica das águas subterrâneas da bacia do rio Macaé a partir de

análises químicas dos elementos maiores e representação em gráficos tais como os de Piper e

Schoeller, onde serão definidos os padrões hidrogeoquímicos desta água subterrânea;

- realização de modelagem hidrogeoquímica utilizando o software de especiação

PHREEQC Interactive 2.12.5 (Parkhurst e Appelo, 2005) com o intuito de definir os

processos hidrogeoquímicos responsáveis pela composição destas águas.

2 – INVESTIGAÇÃO HIDROGEOQUÍMICA EM AQUÍFEROS COSTEIROS

2.1 – HIDROGEOLOGIA DE ZONAS COSTEIRAS

As zonas costeiras são normalmente as mais populosas dos continentes em todo o

mundo. A disponibilidade de terras planas, facilidade de transporte marinho, bons solos, e a

alta produtividade de matéria orgânica explicam este fato. Contudo, a demanda por água doce

facilmente excede as reservas disponíveis em áreas que não são diretamente abastecidas por

rios e períodos de falta d`água são comuns (Custodio e Bruggeman, 1987).

Das diversas definições para zona costeira, em todas, ela compreende uma faixa de terra

seca e o espaço oceânico adjacente, na qual a parte terrestre e seus recursos afetam

diretamente a ecologia do espaço oceânico e vice-versa. Assim, zona costeira é uma faixa de

largura variável que bordeja os continentes, tendo limites geográficos imprecisos. Esses

limites têm sido definidos de acordo com a extensão das atividades do homem, baseadas nas

terras que possuem uma influência mensurável na química da água do mar e/ou na ecologia

da vida marinha.

Os critérios político-administrativos consideram zona costeira tendo como base os

aspectos físicos e seus recursos ambientais, e para fins de gerenciamento a faixa marítima

(faixa que dista 12 milhas marítimas das linhas de base estabelecidas de acordo com a

Convenção das Nações Unidas sobre o Direito do Mar, compreendendo a totalidade do Mar

Territorial), e a faixa terrestre que é formada pelos municípios que sofrem influência direta

dos fenômenos ocorrentes na zona costeira como explicitado no Plano Nacional de

Gerenciamento Costeiro II (Ambiente Brasil, 1997).

Por sofrerem intensa ocupação humana, mesmo apresentando ambientes deposicionais

dinamicamente instáveis e ecossistemas frágeis, as áreas costeiras costumam receber todo o

tipo de obras e intervenções de engenharia com potencial para alterar ou mesmo extinguir o

equilíbrio natural destas regiões.

Um impacto representativo e verificado na área onde foi desenvolvida esta dissertação é

a ocupação populacional de áreas periodicamente inundadas, bem como a secagem e

drenagem de áreas naturalmente alagadiças para a proteção de tais assentamentos.

As zonas costeiras do litoral leste brasileiro são caracterizadas por cadeias montanhosas

em contato direto com o oceano, intercaladas a extensas áreas de sedimentação quaternária,

formando planícies litorâneas arenosas que podem ser correlacionadas com as

desembocaduras dos principais rios que deságuam no Oceano Atlântico (Weber, 2001). A

Zona Costeira Brasileira, que compreende uma faixa de 8.698 km de extensão e largura

variável, contempla um conjunto de ecossistemas contíguos sobre uma área de

aproximadamente 388 mil km². Abrange uma parte terrestre, com um conjunto de municípios

selecionados segundo critérios específicos, e uma área marinha, que corresponde ao mar

territorial brasileiro, com largura de 12 milhas náuticas a partir da linha de costa.

O estado do Rio de Janeiro possui uma linha de costa com 850 km de extensão e área de

influência marinha de cerca de 18.292 km

(quase metade da área do estado, um os maiores

índices entre as unidades da federação brasileira), que abriga uma população residente de 10,7

milhões de habitantes, sendo considerada, de toda a costa brasileira, a mais afetada pela

presença humana (Censo 1991, apud Weber, 2001).

As águas costeiras sofrem influência direta do aporte de água doce, sedimentos e

poluição oriunda do continente. São caracterizadas hidrogeologicamente pelo contato da água

doce dos aqüíferos com a água salgada do mar. Em regiões costeiras a água salgada, devido a

sua maior densidade, forma uma cunha penetrando pela parte inferior da região de água doce.

A maior carga hidráulica da água doce e o contínuo escoamento para o mar conseguem

manter a posição de cunha salina em equilíbrio. Porém a explotação de água subterrânea

reduz a carga de água doce e a sua descarga para o mar, podendo, dessa forma, a cunha salina

avançar e atingir poços, salinizando todo o aqüífero (Feitosa e Manoel Filho, 1997). A esse

fenômeno dá-se o nome de “intrusão marinha”, muitas vezes confundida com a cunha salina.

A interface entre a água doce e a água salgada é chamada de zona de mescla, de difusão

ou de transição. Na zona de mescla, os fluidos originais mostram suas propriedades químicas

e hidráulicas com intensidade variável, e sua espessura depende da difusividade e da

dispersividade do meio, bem como das características do movimento.

Fetter (1994) descreve a intrusão salina como resultado da penetração de água marinha

nos aqüíferos, causado pela ação antrópica, quando há divergência na descarga da água doce

que antes ocorria no mar.

A intrusão salina pode ocorrer de forma passiva ou ativa. Quando parte da água doce é

extraída do aqüífero, mas o gradiente hidráulico no aqüífero continua sendo positivo em

direção ao mar, fala-se em intrusão salina passiva. Na intrusão salina ativa, o fluxo de água

doce ocorre no sentido mar-continente. Isso ocorre devido a sobreexplotação de aqüíferos

costeiros, que cria um cone de depressão profundo.

O próprio rio pode ter a sua massa de água salinizada por efeitos relacionados a

variações de maré e de padrões de fluxo hidrodinâmico. Este fenômeno, também conhecido

pelos hidrólogos de águas superficiais como intrusão salina, pode influenciar em alguns casos

a salinidade dos aqüíferos adjacentes aos rios (ribeiras), o que é avaliado no presente trabalho.

Campanhas de medição de níveis de água, temperatura e salinidade realizadas pela empresa

Hidrotécnica Serviço de Hidrologia de Macaé Ltda (Amaral, 2003), constataram intrusão

salina no trecho estuarino do rio Macaé até uma distância de 13,1 km a jusante da BR-101.

Este quadro configura um comprometimento da qualidade da água do rio Macaé

segundo suas características ambientais naturais e para seus diversos usos pela população.

Supõe-se que essa concentração salina dos corpos de água superficiais cause impacto

significativo, tal como salinização, nas águas subterrâneas adjacentes.

2.2 – INVESTIGAÇÃO HIDROGEÓLOGICA

Pesquisas hidrogeológicas que visam à caracterização do regime de fluxo e da qualidade

química das águas para estudos ambientais ou de outra natureza são longas e onerosas, uma

vez que possuem uma fase de caracterização extensa e “imprecisa”, pois requerem uma série

de interpretações e inferências, usualmente pouco abrangentes e que demandam elevado custo

de realização.

Em linhas gerais, há dois grandes grupos de estudos hidrogeológicos que se diferenciam

com base em suas finalidades: os estudos para a explotação, destinados ao abastecimento de

núcleos urbanos ou de sistemas fabris, além de seu uso na irrigação; e os estudos ambientais,

que visam à caracterização e detalhamento do ambiente subsuperficial para solução de

problemas hidrogeológicos, como a exemplo da salinização, fuga d`água em barragens e

estudo de contaminações.

Entende-se por estudo hidrogeológico ambiental, todo estudo com a finalidade de

caracterizar um aqüífero com vistas a alguma aplicação ou uso ambiental, sem que,

necessariamente, se deseje explotar seu recurso. Os problemas originados de ações antrópicas

no meio físico normalmente requerem estudos ambientais como parte de suas soluções.

Fenômenos de percolação de água sob barragens, enchentes, salinização de poços e

contaminação de mananciais subterrâneos ou superficiais são exemplos de aplicações para tais

estudos ambientais.

Esta dissertação tratará destes estudos, descrevendo, obedecendo e adequando-se,

quando necessário, aos passos fundamentais a caracterização deste sítio, a fim de avaliar o

possível impacto por ele sofrido, devido a alguns fatores acima descritos, tais como, ação

antrópica, efeitos sazonais (enchentes no rio Macaé) e salinização dos poços.

2.3 – HIDROGEOQUÍMICA

Do ponto de vista hidrogeológico, a qualidade da água é tão importante quanto o

aspecto quantitativo. O estudo hidrogeoquímico tem por finalidade identificar e quantificar as

principais propriedades e constituintes químicos das águas subterrâneas, procurando

estabelecer uma relação com o meio físico, como os materiais formadores de rochas e solos,

isto é, materiais geológicos.

A qualidade da água é definida por sua composição e pelo conhecimento dos efeitos que

seus constituintes podem causar ao homem, meio ambiente ou atividade na qual é utilizada.

Diversos fatores intrínsecos e extrínsecos podem influir na qualidade das águas subterrâneas.

Em princípio, a água subterrânea tende a aumentar concentrações de substâncias dissolvidas à

medida que percola os diferentes aqüíferos. No entanto, muitos outros fatores tais como

clima, composição da água de recarga, tempo de contato água/meio físico, entre outros,

podem interferir na qualidade dessas águas (Santos, 1997).

A água é o solvente mais abundante, sendo capaz de incorporar grandes quantidades de

substâncias ao entrar em contato com minerais constituintes dos solos e rochas nos quais

circula. Por ser quimicamente muito ativa, tem grande facilidade de dissolver e reagir com

outras substâncias orgânicas ou inorgânicas.

As substâncias dissolvidas podem estar sob forma molecular ou iônica, porém, nas

águas subterrâneas, esta última é a predominante. Ao lixiviar os solos e as rochas, a água

enriquece-se em sais minerais em solução, provenientes da dissolução dos minerais. Estas

reações são favorecidas pelas baixas velocidades de circulação das águas subterrâneas e pela

sua facilidade de dissolver CO

ao percolar o solo não saturado (Santos, op cit.). Por estas

razões, as águas subterrâneas têm concentrações de sais superiores às das águas superficiais

em geral.

Íons como Ca

, Na

, Mg

e K

estão ligados fracamente à estrutura silicatada, de

forma que são facilmente incorporados na composição química da água. Este processo de

diluição é influenciado pelo pH (quanto mais ácido for o ambiente, mais rápida será sua

diluição), temperatura e pelo grau de saturação de cada elemento. Os produtos dessa

dissolução podem reagir entre si formando compostos insolúveis, principalmente argilas, que

ficam na água em estado coloidal, tendendo a fixar de forma irreversível o íon potássio, o que

explica os baixos teores de K

encontrados nas águas subterrâneas, em geral.

Sedimentos granulares resistentes são formados por materiais que não se dissolveram

durante os processos que lhe deram origem. Trata-se, portanto, de materiais de baixíssima

solubilidade, como o quartzo, zircão, etc., e/ou materiais menos solúveis, onde o processo de

hidrólise não se completou, como a exemplo de alguns silicatos resistentes ou algumas micas.

As rochas derivadas destes sedimentos, como arenitos e cascalhos, por exemplo, são

parcialmente ou totalmente cimentadas por materiais que apresentam um certo grau de

solubilidade. Os sais provenientes destas rochas, normalmente, são oriundos deste cimento,

que muitas vezes é o carbonato de cálcio. A água subterrânea, em contato com estas rochas,

tem uma composição similar à do material que causa a cimentação ou da água original que

participou da sua formação (Santos, op cit.).

Sedimentos químicos por precipitação, representados principalmente por calcários e

dolomitas, são rochas muito solúveis em presença de água com elevado teor de CO

produzem, devido a sua composição, os íons HCO

, Mg

e Ca

2.3.1 – Propriedades Físico-Químicas

A seguir serão descritas as principais propriedades físico-químicas da água, baseadas

nas descrições de Santos (1997). As propriedades físico-químicas da água são importantes na

definição do comportamento e condições das águas subterrâneas, permitindo, através da

sistematização e análise dos dados, importantes inferências sobre seu funcionamento.

Temperatura: A variação anual de temperatura das águas subterrâneas é em geral

baixa, cerca de 1 a 2ºC e independe da temperatura atmosférica, com exceção de aqüíferos

freáticos pouco profundos, onde a temperatura é pouco superior à da superfície. Já em

profundidade, depende do grau geotérmico, variando em média 1ºC a cada 30 m, podendo

ainda sofrer maiores variações provocadas por vulcanismo, decaimento radioativo, gêiseres,

etc.

Em geral, a temperatura das águas subterrâneas reflete a temperatura média anual ou a

temperatura da formação, no caso de uma circulação mais profunda. Uma variação

significativa da temperatura ao longo do ano pode representar uma água jovem, com pequeno

tempo de residência e provavelmente mais vulnerável à contaminação. Uma temperatura mais

constante ao longo do ano representa uma água com circulação mais lenta e mais profunda.

Sólidos em suspensão: Corresponde a carga sólida em suspensão (silte, argila, matéria

orgânica) depois de seca e pesada, sendo medida em termos de mg/L. A carga sólida em

suspensão pode ser separada por simples filtração. As águas subterrâneas, na sua maioria,

praticamente não possuem sólidos em suspensão, excetuando-se as águas que circulam em

aqüíferos cárstico-fissurais ou em poços mal desenvolvidos com produção de argila, silte, e

areias.

Condutividade elétrica: A condutividade elétrica (CE), também chamada de

condutância específica, é uma medida indireta do total de sólidos dissolvidos (TDS) de uma

amostra de água, diretamente ligada com o teor de sais dissolvidos sob a forma de íons, que

permite à água conduzir corrente elétrica. A condutividade não especifica uma medida

qualitativa, pois depende de todos os íons presentes na solução. As soluções de íons

inorgânicos tais como os ânions Cl

, SO

-2

e NO

e os cátions Ca

, Na

e Cu são boas

condutoras de corrente elétrica, já as soluções orgânicas tais como as que contêm fenóis,

álcoois e óleos são más condutoras de corrente.

A condutância específica é definida como o inverso da resistência específica de um

eletrólito em Siemens por centímetro (S/cm) a uma temperatura padrão de 25

C, sendo

normalmente utilizado seus submúltiplos μS= 10

-6

S e mS = 10

-3

Dureza: É definida como o poder de consumo de sabão por determinada área ou a

capacidade da água neutralizar o sabão pelo efeito do cálcio, magnésio ou outros elementos

como Fe, Mn, Cu, Ba, etc. Em geral usa-se o teor de cálcio e magnésio de uma água, expresso

em teores de carbonato de cálcio, para definir a dureza que pode ser expressa como dureza

temporária, dureza permanente e dureza total.

A dureza total de uma solução é dada pela equação 2.0:

Dureza (ppm CaCO

) = 100 [Mg (ppm) + Ca(ppm)] (2.0)

24 40

Os quadros a seguir mostram as classificações da água quanto à dureza, com base em

duas referências distintas: Logan (apud Santos, 1997) e Custódio e Llamas (1983).

Quadro 1 - Classificação das águas segundo a dureza em mg/L de CaCO

Fonte: Logan (apud Santos, 1997).

Tipos de Dureza Teor de CaCO

(mg/L)

Mole 0 – 100

Intermediária 100 – 200

Dura > 200

Quadro 2 - Classificação das águas segundo a dureza em mg/L de CaCO

Fonte: Custodio e Llamas (1983).

Tipos de Dureza Teor de CaCO

(mg/L)

Branda 0 - 50

Pouco Dura 50 -100

Dura 100 - 200

Muito Dura > 200 até a saturação

pH (- log [H

]): É definido como a medida da concentração hidrogeniônica da água ou

solução, sendo controlado pelas reações químicas e pelo equilíbrio entre os íons presentes,

conforme as equações a seguir:

↔

+ OH

(2.1)

〉〈

〉〈〉〈

−+

OHH

Keq

. (2.2)

〉〈−= OHpH

log ou

−+

=10 (2.3)

O pH é essencialmente uma função do gás carbônico dissolvido e da alcalinidade da

água. Varia de 1 a 14, sendo neutro com o valor 7, ácido com valores inferiores a 7 e alcalino

ou básico com valores superiores a 7.

A maioria das águas naturais tem seu pH controlado pelo sistema carbonato, quando o

atmosférico entra em contato com a água e se dissolve até atingir o equilíbrio. O ácido

carbônico (H

), os íons bicarbonato (HCO

) e carbonato (CO

-2

) são espécies envolvidas

no equilíbrio do sistema carbonato e suas relações são dependentes da variação da solução. A

reação de dissolução do dióxido de carbono na água é a mais importante no estabelecimento

do pH e é representada em três fases a seguir:

(aq.) +

O =

(2.4)

(aq.) +

HCO

(2.5)

HCO

(2.6)

As duas últimas reações produzem H

, logo vão influenciar no pH da água. A maioria

das águas subterrâneas tem pH entre 5,5 e 8,5. Em casos excepcionais pode variar entre 3 e

11. O pH pode ser medido com o peagâmetro portátil (precisão 0,1 a 0,2) ou

colorimetricamente no local da coleta da amostra (precisão 0,5), que é muitas vezes

insuficiente para a pesquisa. Os valores de pH determinados em laboratórios apresentam

alteração em seu valores, em geral mais altos do que a realidade em função de fugas de gases,

oxidações e/ou reduções e variações de temperatura a que estão sujeitas as amostras de água

durante a sua coleta, armazenamento e transporte.

Alcalinidade: É definida como equilíbrio carbonático ou simplesmente como a

capacidade de uma determinada água neutralizar ácidos, em outras palavras é a quantidade de

substâncias presentes na água e que atuam como tampão. É uma conseqüência direta da

presença e/ou da ausência de carbonatos e bicarbonatos, conforme ilustrado na equação 2.7.

São geralmente expressas em graus franceses (°F) ou em mg/L de CaCO

[Alcalinidade] = [HCO3-] + 2.[CO32-] + [OH-] - [H+] (2.7)

Em águas subterrâneas a alcalinidade é devida principalmente aos carbonatos e

bicarbonatos e, secundariamente, aos íons hidróxidos, silicatos, boratos, fosfatos e amônia.

Alcalinidade total é a soma da alcalinidade produzida por todos estes íons presentes numa

água. Águas que percolam rochas calcárias (calcita = CaCO3) geralmente possuem

alcalinidade elevada. Granitos e gnaisses possuem poucos minerais que contribuem para a

alcalinidade das águas subterrâneas. A alcalinidade total de uma água é expressa em mg/l de

CaCO

(miligramas por litro de carbonato de cálcio).

A alcalinidade pode ser determinada por:

- Titulação Alcalimétrica → TA = OH

+ CO

-2

- Titulação Alcalimétrica Completa → TAC = OH

+ CO

-2

+ HCO

Sólidos Totais Dissolvidos (TSD): é o peso total dos constituintes minerais presentes

na água, por unidade de volume. Representa a concentração de todo o material dissolvido na

água, seja ou não volátil. Comumente os sólidos totais dissolvidos são um pouco superior ao

resíduo seco, em função do HCO

, que em altas temperaturas, maiores que 100°C, se

decompõe em parte como CO

-2

e em parte como CO

, que se volatiliza e evapora da amostra.

A medida dos sólidos totais dissolvidos (TSD) é aproximadamente igual ao resíduo seco (RS)

mais 1/2 HCO

em mg/L, conforme a equação 2.7:

TSD

≅

RS +

HCO

(2.4)

Na maioria das águas subterrâneas naturais, a condutividade elétrica da água

multiplicada por um fator, que varia entre 0,55 e 0,75, gera uma boa estimativa dos sólidos

totais dissolvidos na água. Para as águas salinas, o fator é comumente maior que 0,75, porém

para as águas ácidas pode ser menor que 0,55. Nas águas dos oceanos, o TSD varia em torno

de 35.000 mg/L.

2.3.2 – Constituintes iônicos principais

Nas águas subterrâneas, a grande maioria das substâncias dissolvidas encontra-se no

estado iônico. Alguns destes constituintes iônicos estão presentes em quase todas as águas

subterrâneas e a sua soma representa a quase totalidade dos íons presentes. A breve descrição

das principais características desses íons é feita a seguir, baseada fundamentalmente em

Custodio e Llamas (1983) e Santos (1997).

2.3.2.1 – Cátions

Sódio (Na

): o sódio é um dos metais alcalinos mais importantes e abundantes nas

águas subterrâneas. Sua presença se deve principalmente à ampla distribuição nos minerais-

fontes; baixa estabilidade química dos minerais que o contém; solubilidade elevada e difícil

precipitação da maioria dos seus compostos químicos em solução. Ocorre principalmente sob

a forma de cloretos nas águas subterrâneas e seus minerais-fontes em rochas ígneas são

essencialmente os feldspatos plagioclásios, feldspatóides (nefelina e sodalita), anfibólios e

piroxênios. O sódio é o principal responsável pelo aumento constante da salinidade das águas

naturais do ponto de vista catiônico. Há, em geral, um aumento gradativo dos teores de sódio

das águas subterrâneas a partir da zona de recarga do aqüífero em direção às suas porções

mais confinadas ou dos seus exutórios. A concentração do sódio varia, em geral, entre 0,1 e

100 mg/L nas águas subterrâneas e entre 1 e 150 mg/L em águas naturais doces, atingindo

entre 10.000 e 13.000 mg/L nas águas do oceano Atlântico, em média, e podendo chegar a

100.000 mg/L nas salmouras naturais.

Potássio (K

): O potássio pertence ao mesmo grupo de metais alcalinos do sódio, mas

nem por isso seu comportamento no processo de solubilidade são parecidos. Ele ocorre em

pequenas quantidades nas águas subterrâneas e, geralmente, suas concentrações são 1/10 da

quantidade de sódio. Esse baixo valor é explicado pela fixação irreversível que o íon sofre

pelas argilas as quais ficam na água em estado coloidal, e por sua participação intensa nos

processos de troca iônica.

O potássio é oriundo da decomposição do ortoclásio e de outros silicatos (micas, argilas,

etc), da dissolução de sais potássicos naturais (silvinita, carnalita) em pequenas quantidades

da água de chuva ou ainda da contaminação industrial, mineira e agrícola (Custodio e Llamas,

1983).

Nas águas meteóricas os teores de potássio estão geralmente no intervalo de 0,1 a

4mg/L, enquanto que as águas do Oceano Atlântico apresentam valores médios de 400 mg/L.

Os teores de potássio nas águas subterrâneas são inferiores a 10 mg/L, sendo mais freqüentes

valores entre 1 e 5 mg/L (Santos, 1997).

Cálcio (Ca

): o cálcio é o elemento mais abundante existente na maioria das águas e

rochas do planeta Terra. Os sais de cálcio possuem moderada a elevada solubilidade, sendo

muito comum precipitar como carbonato de cálcio (CaCO

). É um dos principais constituintes

da água e o principal responsável pela dureza. Apresenta-se, em geral, sob a forma de

bicarbonato e raramente como carbonato.

A dissolução de calcários, dolomitas, gesso e anidrita, bem como o ataque de feldspatos

e outros silicatos cálcicos e a concentração de água de chuva, são os principais responsáveis

pela presença do cálcio (Ca

), de acordo com Custodio e Llamas (op cit.).

As ocorrências de bicarbonatos, sulfatos e cloretos influenciam fortemente as

concentrações de cálcio nas águas. A solubilidade do bicarbonato de cálcio (CaCO

) aumenta

em presença de sais de Na

e K

. Nas águas meteóricas os teores de cálcio variam no intervalo

0,1 a 10 mg/L e nas águas do oceano Atlântico os valores oscilam em torno de 480 mg/L. Nas

águas subterrâneas, os teores de cálcio variam, em geral, entre 10 e 100 mg/L (modificado de

Santos, op cit.).

Magnésio (Mg

): O magnésio se dissolve mais lentamente que o cálcio, porém é mais

solúvel e tende a permanecer em solução quando o cálcio já se precipitou e é também afetado

pela troca iônica (Custodio e Llamas, 1983). Quando em solução, tem a tendência de nela

permanecer, daí o enriquecimento dos seus sais nas águas dos oceanos. Os minerais-fontes de

magnésio mais freqüentes são: magnesita, biotita, granada, hornblenda, clorita, alanita e

olivina. O magnésio ocorre principalmente em rochas carbonatadas. Juntamente com o cálcio

é o responsável pela dureza e produz gosto salobro nas águas. Ocorre sob a forma geral de

bicarbonato.

As águas meteóricas apresentam teores de magnésio entre 0,4 e 1 ,6 mg/L e a água do

oceano Atlântico tem valor médio de aproximadamente 1410 mg/L. As águas subterrâneas

apresentam teores mais freqüentes de magnésio no intervalo de 1 a 40 mg/L (modificado de

Santos, 1997).

Ferro (Fe): O ferro pode estar presente com baixos teores (<0,3 mg/L) em quase todas

as águas. Ocorre principalmente sob a forma Fe

(hidróxido ferroso), e é instável na presença

do oxigênio do ar, mudando para o estado férrico (Fe

³+

), que é insolúvel e se precipita,

tingindo fortemente a água.

As concentrações de ferro variam entre 0 e 10 ppm, não ultrapassando 0,5 ppm em

águas aeradas. Com o pH entre 5 e 8, raras vezes chega a 50 ppm. Em águas muito ácidas

pode chegar a 100 ppm, ocorrendo o oposto nas com altos valores de pH. Nas rochas

cristalinas, ígneas e metamórficas, o ferro (Fe) ocorre em olivinas, piroxênios, anfibólios,

granadas, micas, piritas, magnetitas e hematitas (Tubbs, 1994).

2.3.2.2 – Ânions

Cloreto (Cl

): está presente em todas as águas naturais, com valores situados entre 10 e

250 mg/L nas águas doces. O cloreto, em geral, é muito solúvel e muito estável em solução,

logo, dificilmente precipita. Não oxida e nem se reduz em águas naturais.

As rochas ígneas são pobres em cloretos. A alta solubilidade e o lento movimento das

águas no aqüífero vão provocando aumentos gradativos e constantes dos teores de cloretos

nas águas subterrâneas na direção do fluxo.

As águas subterrâneas apresentam geralmente teores de cloretos inferiores a 100 mg/L.

Já nas águas dos mares são abundantes com valores entre 18.000 e 21.000 mg/L, podendo

chegar a 220.000 mg/L nas salmouras naturais (saturação). O cloreto é um bom indicador de

poluição para aterros sanitários e lixões.

Sulfato (SO

-2

): Os sulfatos (SO

-2

) são sais moderadamente solúveis ou muito solúveis,

exceto os sulfatos de estrôncio (SrSO

) e os de bário (BaSO

). Em água doce, o sulfato de

cálcio (CaSO

) satura a 1.500 mg/L e pode chegar até 7.200 mg/L em águas salinas. Em meio

redutor, com muita matéria orgânica, pode sofrer uma redução bacteriana a S ou S

-2

, porém

em geral é estável (Santos, op cit.).

Os íons sulfato nas águas que percolam rochas cristalinas têm sua origem ligada à

lixiviação de terrenos formados em ambientes com índices de aridez elevados; à oxidação de

enxofre presente nas rochas ígneas e metamórficas; e ainda a atividades urbanas, industriais e

agrícolas (Custodio e Llamas, 1983).

O teor de sulfato no Oceano Atlântico se apresenta em valores médios de 2.810 mg/L.

As águas subterrâneas apresentam, geralmente, teores de sulfatos inferiores a 100 mg/L,

principalmente, na forma de SO

-2

e H SO

. Segundo Hem (1985), esse último predomina nas

águas muito ácidas, com pH < 2, devido à dissociação incompleta do ácido sulfúrico.

Bicarbonatos (HCO

) e Carbonatos (CO

-2

): Sua ocorrência em aqüíferos cristalinos

está relacionada à dissolução de CO

atmosférico ou do solo, e à hidrólise de silicatos, em

presença do CO

(Custodio e Llamas, op cit.).

O bicarbonato (HCO

) não se oxida nem se reduz em águas naturais, porém pode

precipitar com muita facilidade como bicarbonato de cálcio (CaCO

). Varia entre 50 e 350

mg/L em águas doces, podendo chegar a 800 mg/L, enquanto que na água do mar possui

teores de 100 mg/L.

A quantidade relativa de íons carbonato (CO

-2

) é função do pH e do conteúdo de gás

carbônico. Em águas naturais doces, a quantidade de carbonato será muito baixa em

comparação com a de bicarbonato. Se o pH for maior 8,3 pode haver quantidades expressivas

(Custodio e Llamas, op cit.), mas seu teor só excederá o bicarbonato em condições de pH

maior ou igual a 10.

Nitrato (NO

): ocorre em geral com pequeno teor. É muito móvel e pode ser removido

das camadas superiores do solo para a água (Bower, apud Santos, 1997).

O nitrato representa o estágio final da oxidação da matéria orgânica e teores acima de 5

mg/L podem ser indicativos de contaminação da água subterrânea por atividade humana

(esgotos, fossas sépticas, depósitos de lixo, cemitérios, adubos nitrogenados, resíduos de

animais etc.). Os resíduos de produtos protéicos provenientes de esgotos, fezes, etc. são ricos

em nitrogênio e se decompõem em nitratos na presença de oxigênio, de acordo com o ciclo do

nitrogênio (nitrogênio orgânico, amônia, nitrito e nitrato). A presença de nitrito (NO

) na

água subterrânea é um indicativo de poluição recente.

As águas subterrâneas apresentam geralmente teores de nitrato no intervalo de 0,1 a 10

mg/L, porém em águas poluídas os teores podem chegar a 1000 mg/L. A água do mar possui

em torno de 1 mg/L (modificado de Santos, 1997).

2.3.3 – Constituintes iônicos secundários

Os constituintes iônicos secundários estão presentes na água subterrânea em

concentrações abaixo de 1% em relação aos constituintes iônicos principais, porém alguns são

freqüentemente encontrados nas águas subterrâneas como a exemplo do boro, brometos e

sílica. A seguir são descritos os constituintes iônicos secundários mais relevantes neste

trabalho, baseado na descrição de Santos (1997).

Alumínio (Al): O alumínio é um elemento muito difícil de estar em solução e é

fortemente retido pelas argilas (Custodio e Llamas, 1983). É encontrado, principalmente, nos

alumino-silicatos tais como: feldspatos, micas, anfibólios, assim como em óxidos e hidróxidos

de alumínio (exemplo: gibsita).

Nas águas subterrâneas as fontes de alumínio mais importantes são as argilas e as

espécies iônicas freqüentemente encontradas, dependendo do pH das águas são (Fenzl, 1988):

- pH ≤ 4,0: Al

;

- 4,5 ≤ pH≤ 6,5: complexos polimerizados de hidróxidos de alumínio. Nessa faixa de pH

a presença de ácido silícico acelera os processos de polimerização;

- pH > 7: Al(OH)

Fosfato (PO

-3

): segundo Mathess e Harvey (apud; Santos 1997), devido à ação dos

microrganismos, a concentração de fosfato tende a ser baixa, <0,5 mg/L, em águas naturais.

Valores acima de 1,0 mg/L, geralmente, são indicativos de águas poluídas. O fósforo por via

antropogênica pode ser acrescido às águas subterrâneas por derivados de detergentes,

efluentes domésticos, inseticidas e pesticidas. A presença de Ca

limita a concentração do

fosfato e a ocorrência do CO

dissolvido, a favorece. O fosfato apresenta uma nítida tendência

para formar compostos com vários íons e correlações fortes com os minerais de argila. Sua

concentração varia geralmente entre 0,01 e 1 mg/L, podendo chegar a 10 mg/L.

Manganês (Mn): o manganês assemelha-se ao ferro quimicamente e na sua ocorrência

nas águas subterrâneas. É menos abundante que o ferro nas rochas, conseqüentemente, sua

presença nas águas naturais é menos comum e a sua concentração, em geral, é muito menor

que a do ferro. Ocorre principalmente sob a forma de Mn

podendo também ocorrer na forma

de Mn

Encontra-se muitas vezes incorporado a certos minerais (biotita, hornblenda) nas

posições de outros íons de mesma carga e de tamanho semelhante como, por exemplo, o ferro.

Os íons mais comuns nas águas naturais são (Fenzl, op cit.):

- Mn

em águas com um pH em torno de 7

- MnHCO

em águas com altas concentrações de bicarbonato

- MnSO

em águas com teores de sulfato acima de 1000mg/L

O manganês, no estado Mn

, é instável em presença do ar, mudando para o estado

MnO

quando a água que o contém é exposta ao ar, pois oxida-se facilmente. O manganês,

freqüentemente, está presente com baixos teores, < 0,2 mg/L, em quase todas as águas

naturais.

Sílica (SiO

): o silício, embora seja o elemento mais largamente encontrado nas rochas,

não ocorre em quantidades significativas nas águas subterrâneas. Aparece freqüentemente sob

a forma de partículas coloidais (SiO

), devido principalmente a sua alta estabilidade

química na maioria dos minerais, além da baixa solubilidade dos compostos que forma no

intemperismo das rochas. A combinação do oxigênio com o silício forma o óxido chamado

sílica (SiO

). O intemperismo de minerais de argila e os feldspatos constituem as principais

fontes de sílica para as águas subterrâneas. Uma outra importante fonte de liberação do silício

é o quartzo (SiO

), que é um dos mais resistentes minerais ao ataque físico-químico. Teores

de 20 mg/L, nas águas subterrâneas, não são raros. Nos oceanos, os teores de sílica (SiO

)

variam entre 1 e 30 mg/L. Nas águas bicarbonatadas sódicas, os teores de sílica podem chegar

a 100 mg/L.

Fluoreto (F

): freqüentemente são encontrados em pequenas concentrações nas águas

subterrâneas. A principal fonte de fluoretos em rochas ígneas é a fluorita. Possui solubilidade

limitada e pouco contribui para a alcalinidade da água, pois se hidrolisa rapidamente.

Freqüentemente, ocorre com concentrações entre 0,1 e 1,5 mg/L nas águas naturais,

podendo chegar, às vezes, até 10 mg/L e, raramente, a 50 mg/L em águas muito sódicas com

pouco cálcio. Nas águas dos oceanos, seus valores estão situados entre 0,6 a 0,7 mg/L. Em

regiões áridas os fluoretos podem aparecer com quantidades elevadas. A presença do cálcio

limita a concentração do flúor (Custodio e Llamas, 1983).

2.3.4 – Razões iônicas

As razões iônicas são as relações entre os íons dissolvidos em uma água. Estas relações

podem indicar um certo relacionamento com o litotipo do qual a água se origina, indicar a

ação de fenômenos modificadores ou indicar uma característica específica da água

considerada. Pode-se estabelecer vários tipos de razões cujo objetivo é função do problema a

estudar. É comum designar estas razões com o nome de índices hidrogeoquímicos

(modificado de Santos, 1997).

As razões iônicas mais freqüentemente utilizadas no estudo hidrogeoquímico, segundo

Custodio e Llamas (1983), são descritas a seguir e seus valores são expressos em meq/L,

como indica o símbolo (r).

Razão rMg

/rCa

- nas águas continentais, esta razão varia entre 0,3 e 1,5. Os valores

próximos de 1 indicam uma provável influência de terrenos dolomíticos ou com serpentina, e

valores superiores a 1 sugerem, em geral, relações com litotipos ricos em silicatos

magnesianos, como gabros e basaltos. Entretanto, quando ocorre precipitação de CaCO

uma água, a razão rMg

/rCa

aumenta sem que seja indicação dos litotipos percolados. No

caso da dissolução do calcário, ocorre uma diminuição desta razão.

A água do mar tem razão rMg

/rCa

em torno de 5 e, por isso, as águas que circulam

em litologias de origem marinha ou que tenham sofrido mistura com a água do mar têm

também esta razão elevada. O aumento do conteúdo de cloretos e da razão rMg

/rCa

pode

ser um bom indício de contaminação por água de origem marinha.

Nos processos de troca iônica que produzam abrandamento da água, o Ca

se fixa mais

do que o Mg

, e conseqüentemente, haverá um aumento da razão rMg

/rCa

na água.

Porém, esta regra não é geral, pois o processo depende dos teores iniciais destes íons.

Razão rK

/rNa

- nas águas doces, esta razão pode variar entre 0,001 e 1, sendo mais

freqüente entre 0,004 e 0,3 (Schoeller, 1955), enquanto que, para a água do mar, fica no

intervalo de 0,02 a 0,025. Devido à fixação preferencial de K

no terreno, esta razão é menor

na água que na rocha mãe, e é tanto menor quanto mais concentrada em sais for a água. Os

trabalhos realizados na ilha vulcânica de Lanzarote (Custodio, 1965) indicam uma tendência a

decrescer a razão rK

/rNa

conforme aumenta a salinidade. No geral, esta razão tende a

diminuir, conforme aumenta a salinidade. Se existem aportes artificiais de K

, pode-se seguir

sua diminuição no sentido do fluxo e então esta relação pode ser interessante.

Razão rCl

/rHCO

- como o conteúdo em HCO

é relativamente constante nas águas

subterrâneas, esta razão serve para acompanhar o processo de concentração de sais no sentido

do fluxo subterrâneo. Ainda que essa concentração faça crescer ligeiramente o denominador,

um aumento na razão rCl

/rHCO

indica um avanço no processo de concentração.

Se existirem fenômenos de redução de sulfatos ou aportes exteriores de CO

, pode haver

aumento do conteúdo em HCO

e, neste caso, não convém utilizar esta razão se não forem

tomadas as devidas precauções. A precipitação de CaCO

também pode influir nesta razão.

Razão rCl

/rHCO

- é muito útil para caracterizar a intrusão marinha, já que as águas

continentais têm normalmente valores entre 0,1 e 5 e na água do mar os valores variam entre

20 e 50. Se o aumento de cloretos é devido à concentração de sais nas zonas de recarga, a

razão rCl

/rHCO

cresce muito menos para igual aumento de cloretos quando ocorre uma

intrusão marinha (modificado de Santos, op cit.).

2.3.5 – Análise química da água

A realização de análises químicas das águas subterrâneas in situ, ou em laboratório, são

essenciais para a caracterização hidrogeoquímica do aqüífero. Para tal, existem uma série de

análises e metodologias, cujos resultados podem ser demonstrados através de tabelas,

gráficos, diagramas, etc.

2.3.5.1 – Cálculo do erro da análise

Numa caracterização hidroquímica é de extrema importância se avaliar a confiabilidade

das informações fornecidas pelos laboratórios a respeito das amostras analisadas. Para tal, se

avalia o erro da análise através do cálculo do balanço iônico, onde numa mesma amostra, a

concentração total de cátions deve ser aproximadamente igual a concentração total de ânions.

(Santos, 1997).

A qualidade de uma análise química pode ser classificada a partir do cálculo da

Eletroneutralidade (E.N.), (Appelo e Postma, 1993):

anicat

Σ−Σ

= 100.(%).

(2.8)

onde: Σcat – Somatório de cátions em meq/L

ani – Somatório de ânions em meq/L.

Em geral, os erros analíticos considerados permissíveis apresentam valores entre 5-10%.

O erro analítico de uma amostra está intimamente ligado à concentração iônica da mesma,

onde amostras com baixa concentração iônica, como as tratadas nesta dissertação, podem

apresentar resultados menos precisos, enquanto que amostras com alta concentração iônica

não admitem erros elevados. De toda forma, é necessário salientar que mesmo em amostras

muito concentradas é possível se ter erros médios, uma vez que se faz necessário a diluição

das mesmas para sua análise em laboratório.

2.3.5.2 – Representação gráfica das características químicas da água

O estudo de análises químicas pode ser simplificado e facilitado com a utilização de

diagramas, hidrogramas e mapas hidroquímicos. As representações gráficas servem para

destacar relações entre íons de uma mesma amostra, entre amostras de diferentes áreas ou

amostras de épocas diferentes. A seguir serão mostrados os diagramas e as formas gráficas de

apresentação e estudo dos resultados de análises químicas, mais usualmente utilizados e que

serão utilizados no escopo deste estudo.

Diagrama Triangular de Piper: o diagrama de Piper (figura 1) é utilizado,

freqüentemente, quando se trabalha com grande número de análises químicas de água,

servindo para classificar e comparar os distintos grupos de águas quanto aos íons dominantes.

Para representação no diagrama, os valores obtidos em meq/L são transformados em

percentagem total de cátions e ânions, separadamente (modificado de Santos, 1997).

O diagrama é um método que trabalha com 6 variáveis em meq/L, três catiônicas

(Na

, Mg

e Ca

) e outras três aniônicas (HCO

-2

+CO

-2

, SO

-2

e Cl

) e foi proposto por

Piper em 1944.

Os triângulos menores (figura 1), divididos em 100 partes iguais, servem para a

representação referente aos constituintes dissolvidos na água, e assim é possível classificá-la

segundo o par iônico predominante. A terceira representação (intersecção das plotagens dos

cátions e dos ânions) é realizada no triângulo maior (figura 2), sendo possível verificar as

características químicas da água, descritas no quadro 3.

Figura 1 – Diagrama de Piper com a definição dos tipos hidroquímicos.

Figura 2 – Subdivisões do triângulo maior do diagrama de Piper (Piper, 1953).

Quadro 3: Características principais de cada área do diagrama de Piper (Piper, 1953).

Área no diagrama Características Principais

Alcalinos terrosos excedem os alcalinos

Alcalinos excedem os alcalinos terrosos

Ácidos fracos excedem ácidos fortes

Ácidos fortes excedem ácidos fracos

Dureza de carbonatos excede 50%

Dureza não-carbonatada excede 50%

Alcalinidade não-carbonatada excede 50%. Águas do mar e

muitas águas salgadas são representadas nessa área

Alcalinidade de carbonatos ultrapassam 50%

Nenhum par de ânion-cátion excede 50%.

Diagrama Semi-logarítmico de Schoeller: as concentrações, em meq/L, da amostra

são representadas em papel semi-logarítmico. Esta forma de apresentação dos dados

hidroquímicos é bastante flexível e permite aumentar ou reduzir o número de elementos

representados, de acordo com as necessidades e os objetivos da interpretação, conforme se

observa na figura 3 (modificado de Santos, 1997).

Figura 3 – Exemplo do diagrama semi-logarítmico de Schoeller (Bento, 2003).

Mapas Hidroquímicos: na hidroquímica, normalmente, os resultados são apresentados

sob a forma de mapas de isovalores. Estes mapas caracterizam-se pela presença de isolinhas

que correspondem a linhas de mesmo teor do background acrescido de alguns desvios

padrões, dependendo da amplitude da população analisada. Permitem, no caso de água

subterrânea, a visualização rápida das variações espaciais das características químicas de um

aqüífero. Alguns exemplos de mapas de isovalores usualmente utilizados são os mapas de

isovalores de pH e condutividade elétrica, como o ilustrado na figura 4. Outros mapas

hidroquímicos consistem em representar sobre um mapa geológico ou topográfico, gráficos,

símbolos ou figuras que representem a composição química da água.

Figura 4 – Mapa hidroquímico de isovalores de condutividade elétrica (valores em mS/cm). As cores mais

escuras indicam uma maior condutividade. Fonte: Bento, 2003.

2.3.6 – Processamento Hidrogeoquímico: caracterização e modelagem

Para a avaliação dos processos que influenciam na evolução hidrogeoquímica de um

determinado sistema aqüífero há várias abordagens metodológicas, mas segue-se usualmente

uma seqüência semelhante, incluindo alguns passos prévios que se iniciam com a

caracterização hidrogeoquímica da água, objeto da descrição nos itens anteriores. Segue-se o

cálculo das possíveis espécies químicas dissolvidas na água, dos índices de saturação relativos

às espécies minerais mais importantes e à pressão parcial de CO

. Posteriormente, com a

observação conjunta das características funcionais do aqüífero, o resultado da caracterização

química e o cálculo do balanço de massas e pressões parciais de CO

, obtém-se uma idéia

consistente da evolução hidrogeoquímica das águas subterrâneas do sistema, a partir da qual

se pode elaborar o modelo evolutivo local (Braga, 2003).

Modelos geoquímicos são ferramentas que tem como objetivo caracterizar os processos

geoquímicos ocorrentes em determinado ambiente. Esses modelos podem ser utilizados para

uma grande variedade de propósitos, incluindo a determinação de reações geoquímicas que

predominam em um determinado sistema, a quantificação da extensão em que essas reações

ocorrem, além de estimativas da taxas de fluxo de água subterrânea (Parkhurst e Plummer,

1993).

Em geral, os modelos geoquímicos podem ser divididos de acordo com seus níveis de

complexidade. Modelos de solubilidade–especiação não contêm informações temporais nem

espaciais. Outros modelos simulam a trajetória da reação em sucessivos passos em resposta ao

fluxo de energia e de massa. Alguma informação de caráter temporal é incluída na reação,

mas nenhuma informação espacial é adicionada. Existem ainda os modelos que incluem as

informações temporais e espaciais nas reações químicas: são os modelos de transporte de

massa reativo.

A complexidade desse tipo de modelo é desejável para as aplicações ambientais, mas o

seu uso é muito dispendioso e difícil (Zhu e Anderson, 2002).

Para facilitar a execução de cálculos hidrogeoquímicos e para uma rápida avaliação das

reações químicas ao longo das linhas de fluxo em um sistema aqüífero, tem sido desenvolvida

nos últimos anos uma série de códigos computacionais, como a exemplo do programa

PHREEQC (Parkhurst e Appelo, 2005), desenvolvido inicialmente no âmbito do Serviço

Geológico dos Estados Unidos (USGS) e utilizado para modelagem nesta dissertação.

2.3.6.1 – Programa PHREEQC

O programa PHREEQC (op cit.) pertence à última geração destes programas

computacionais de modelagem, incorporando uma interface gráfica em ambiente Windows

escrito em linguagem C++. Seu objetivo é permitir a modelagem hidroquímica de um

determinado sistema para determinação do tipo e proporções relativas de substâncias que

interferem nas reações químicas. Está baseado em um modelo de associações iônicas em meio

aquoso, sendo capaz de realizar, dentre outras tarefas, o

cálculo de especiação e índices de

saturação

; cálculos de transporte advectivo e de evolução geoquímica em tubos de fluxo;

trocas iônicas e reações de complexação em superfície; reações cinéticas;

mescla de soluções;

modelagem inversa, na qual se calculam as transferências minerais e de gases que

respondem às diferenças entre as águas, considerando algumas restrições. Em negrito constam

as capacidades do programa utilizadas no presente trabalho.

Os modelos de especiação-solubilidade que serão aqui abordados elucidam questões tais

como quais as concentrações, as atividades iônicas e espécies moleculares em solução aquosa,

e quais são os estados de saturação para os respectivos sistemas e, portanto a direção das

reações que podem ocorrer em direção do equilíbrio. Lidam com sistemas fechados, estáticos,

como os de recipientes de laboratório. No entanto, esses modelos também servem como base

para os modelos de caminhos de reação (reaction path models) e para os modelos de

transporte reativo.

3 - CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA

3.1 – A BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MACAÉ

O estado do Rio de Janeiro foi dividido, pelo Decreto Estadual 26058 de 14 de março de

2000, em sete Macrorregiões Ambientais (MRAs), as quais constituem unidades de

planejamento e intervenção da gestão ambiental, consideradas basicamente as grandes bacias

hidrográficas existentes, uma vez que, entre outros aspectos, suas fronteiras (divisores de

água) são naturais e, em geral, percebidas com facilidade.

Entende-se por bacia hidrográfica uma área topográfica drenada por um curso d’água ou

por um sistema interligado de cursos d’ água, onde toda a vazão efluente descarrega em uma

única saída.

A bacia hidrográfica do rio Macaé está inserida na MRA-5 (figura 5), que abrange a

bacia do rio Macaé e a drenagem das lagoas de Imboassica, Feia e diversas bacias menores

situadas até o limite da bacia do rio Paraíba do Sul. Está situada no Litoral Norte Fluminense

e compreende uma área de drenagem de cerca de 1.765 km

, abrangendo duas zonas

cartográficas ou fusos (zona 23 e zona 24). Tem como limites: a norte, em parte, a bacia do

rio Macabu; a sul, a bacia do rio São João; a oeste, a bacia do rio Macacu; e, a leste, o Oceano

Atlântico. Esta engloba grande parte do município de Macaé (cerca de 1448 km

), e parcelas

dos municípios de Nova Friburgo (142 km

), Casimiro de Abreu (83 km

), Rio das Ostras (11

), Conceição de Macabu (70 km

) e Carapebus (11 km

) (Hora e Teuber, 2001).

O rio Macaé nasce a uma altitude aproximada de 1560 m, na Serra de Macaé de Cima,

próximo ao Pico do Tinguá, em Nova Friburgo. Seu curso desenvolve-se no sentido oeste-

leste por cerca de 136 km até desaguar no Oceano Atlântico junto à cidade de Macaé.

Atravessa três municípios: Nova Friburgo, Casimiro de Abreu e Macaé. Na cidade de Macaé

o rio passa pelos bairros da Aroeira, Malvinas, Botafogo, Centro e Distrito da Barra de

Macaé, e logo depois desemboca no Oceano Atlântico, através de um pontal próximo ao

mercado de peixe de Macaé.

Os cursos superior e médio do rio Macaé se desenvolvem de forma sinuosa, sobre leito

rochoso e acidentado, percorrendo cerca de 72 km até atingir a planície aluvionar da bacia. O

Departamento Nacional de Obras e Saneamento – DNOS efetuou obras de dragagem,

retificação e alargamento de calha por cerca de 26 km, ao longo do baixo curso do rio Macaé,

que apresenta leito arenoso, com margens de pouca sobrelevação com relação ao nível médio

das águas, tendo perdido suas curvas e meandros originais devido às obras realizadas, com

pastagens secas e culturas tomando o lugar dos antigos mangues.

Figura 5 – Divisão de Macrorregiões Ambientais, destacando em vermelho a área aproximada da bacia do rio

Macaé, pertencente a MRA-5.

Essas intervenções acarretaram na diminuição da incidência de malária, bem como na

diminuição do pescado, devido à redução dos locais naturais de postura, e também no

desaparecimento de áreas de várzeas com vegetação natural. Assim, atualmente, o canal do

rio Macaé se encontra sem vegetação ripária significativa, o que facilita a ocorrência de

deslizamentos e processos erosivos das margens artificiais durante a época das cheias

oriundas de chuvas intensas (Costa e Teuber, 2001).

O rio Macaé tem como principais afluentes, pela margem direita os rios Bonito,

Purgatório e Pedrinhas; os córregos Abacaxi e Carão, o rio Teimoso, os córregos Roça Velha

e Belarmino e o rio Três Pontes; e, pela margem esquerda, os rios Sana, Atalaia, São

Domingos, Santa Bárbara, Ouro, São Pedro e Jurumirim, e os córregos Jenipapo,

Guanandirana e Sabiá. Nas proximidades da foz, junto ao oceano, o rio possui uma vazão

média estimada em 30 metros cúbicos por segundo.

Os estudos batimétricos e topobatimétricos realizados na ocasião da instalação da UTE

Norte Fluminense (Amaral, 2003) mostram o rio Macaé com uma largura entre 40 e 50 m a

montante da confluência com o rio São Pedro, com um aumento para, em média, 80 m de

largura a jusante da confluência. Os levantamentos topobatimétricos apresentam pequenas

variações de profundidade para o rio Macaé, sendo verificada uma profundidade média de 2m

antes da confluência com o rio São Pedro e de aproximadamente 4m após esta. No rio São

Pedro a profundidade é de aproximadamente 2 m.

O estudo geofísico realizado pela empresa Chamonix – Consultoria e Serviços de

Geofísica Ltda, no âmbito do projeto “Pesquisa de Água Subterrânea na Bacia Hidrográfica

do Rio Macaé”, que proporcionou parte do apoio logístico a essa dissertação, mostrou

resultados que indicam uma espessura de até 42 metros para o aqüífero aluvionar estudado. É

importante mencionar que não foram realizadas perfurações de poços a profundidade de 42

metros, não sendo, dessa forma, verificada a confiabilidade desse dado.

3.2– LOCALIZAÇÃO E ACESSOS DA ÁREA DE ESTUDO

A região do baixo curso do rio Macaé situa-se entre as coordenadas 22º15’ e 22º24’ de

latitude sul e 41º40’ e 42º00’ de longitude oeste. Abrange uma área total aproximada de 662

, inserida em sua maior parte na folha Macaé-Cabiúnas e uma pequena parcela nas folhas

Conceição de Macabu e Carapebus, escala 1:50.000, do Instituto Brasileiro de Geografia e

Estatística. A área efetivamente estudada corresponde somente ao aluvião do rio Macaé, que

tem aproximadamente 160 km

de área (Figura 6).

O município de Macaé, cuja sede está localizada na foz do rio homônimo, pertence à

Região Norte Fluminense e faz divisa com as cidades de Quissamã, Carapebus, Conceição de

Macabu, a norte; Rio das Ostras e Casimiro de Abreu, a sul; Trajano de Moraes e Nova

Friburgo, a oeste; e com o Oceano Atlântico, a leste. O município tem uma área total de

1.219,8 km

, correspondentes a 12,5% da área da Região Norte Fluminense.

A região tem como principal via de acesso, a partir da capital, a rodovia BR 101, que

corta transversalmente o setor sul da área. As ligações da sede municipal são feitas por duas

rodovias e uma ferrovia. Destaca-se por sua importância a RJ 106 (Rodovia Amaral Peixoto),

que percorre todo o litoral, de Rio das Ostras a Carapebus, atravessando o centro da cidade. A

RJ-168 corta o município de leste a oeste, acessando a BR-101, que alcança Conceição de

Macabu, a norte, e Rio das Ostras, a sul. Com apenas um pequeno trecho asfaltado, a RJ-162

tem um traçado pelo interior, alcançando Trajano de Morais, a norte e Casimiro de Abreu, a

sul. Já a ferrovia, que liga o Estado do Rio de Janeiro ao Espírito Santo, é usada quase que

exclusivamente para transporte de cargas.

Figura 6 – Mapa de localização do baixo curso do rio Macaé. O contorno em vermelho indica

aproximadamente a área efetivamente abrangida pela dissertação.

Macaé também conta com um aeroporto para a operação de aviões de médio porte e

helicópteros, com tráfego muito intenso devido às atividades de exploração e produção de

petróleo. Tem ainda o porto de Imbetiba, que atende embarcações de cabotagem de pequeno

porte e embarcações pesqueiras, sendo esta, outra importante atividade econômica do

município.

3.3 – GEOLOGIA

3.3.1 – Contexto Geológico Regional

O território fluminense encontra-se inserido no segmento central da Faixa Ribeira, onde

esta constitui uma entidade geotectônica do Neoproterozóico (Silva e Cunha, 2001). Sua

extensão é de mais de 1.400 km ao longo da costa atlântica brasileira.

Durante a Orogênese Brasiliana, sedimentos marinhos com idades entre 1.000 – 700 Ma

e embasamento com mais de 1.800 Ma foram dobrados e cisalhados, devido a um

metamorfismo intenso associado com magmatismo. Após os eventos brasilianos, houve a

quebra do Gondwana e formação do oceano Atlântico, o que acarretou na reativação da Faixa

Ribeira. Este evento é caracterizado por intrusões de diques de diabásio, bem como pela

formação da Serra do Mar.

Heilbron et al. (2000) subdividiram o segmento central da Faixa Ribeira em quatro

domínios tectono-estratigráficos, ficando a região da bacia hidrográfica do rio Macaé inserida

no denominado Terreno Oriental (ou Costeiro ou da Serra do Mar), caracterizado pela

presença de paragnaisses, gnaisses granitóides e granitos.

A longo dos estados de São Paulo e Rio de Janeiro, a linha de costa apresenta tendência

geral NE, paralela às direções estruturais pré-cambrianas. O rio Macaé acompanha essas

direções estruturais, apresentando tendência geral NE/SW nos trechos mais longos, tendo um

caráter leste-oeste na sua porção inferior até seu encontro com o rio São Pedro, passando a

apresentar uma deflexão NW/SE, perpendicular à direção principal (Mohriak e Barros, 1990).

3.3.2 – Contexto geológico da área de estudo

O mapa geológico (Figura 7) apresenta as unidades de mapeamento geológico

estabelecidas durante a execução do Projeto Carta Geológica do Estado do Rio de Janeiro, na

escala 1:50.000, executado pelo DRM-RJ (1981). Assim, segundo o contexto regional

descrito anteriormente, a geologia da bacia hidrográfica do baixo curso do rio Macaé, pode

ser assim resumida:

Unidade Desengano – rochas ígneas metamorfisadas, caracterizadas por microclina

gnaisses, de cor esbranquiçada a acinzentada, exibindo textura porfiroblástica. Os

porfiroblastos de microclina variam em média de 1,5 a 4cm de eixo maior, podendo chegar a

20cm na localidade-tipo (folha Trajano de Morais). É comum a presença de biotita-granada

gnaisses com porfiroblastos de plagioclásio de até 2cm de eixo maior, em matriz quartzo-

feldspática.

Unidade São Fidélis - gnaisses bandados, classificados como biotita-plagioclásio

gnaisses, granada-biotita-plagioclásio gnaisses e silimanita-granada-biotita-plagioclásio-

ortoclásio gnaisses. Segundo Fonseca (1998), esta unidade corresponde a uma seqüência

metassedimentar, dominantemente pelítica, de grau forte, que ocorre na costa leste do estado

do Rio de Janeiro, no qual coexistem rochas brasilianas (metassedimentos de alto grau) e pré-

brasilianas (facoidais e subfacoidais da cidade do Rio de Janeiro). Grande parte desta unidade

encontra-se coberta por depósitos aluvionares do Quaternário. Os gnaisses apresentam-se com

coloração cinza-clara e granulação variável e, sob o ponto de vista petrográfico, aparecem

com duas gerações de plagioclásio andesina, sendo uma de cristais de quartzo e aglomerados

de palhetas finas de biotita vermelha, ortoclásio pertítico, passando a microclina nas zonas de

maior tensão, almandina, cristais de silimanita, apresentando mais raramente, hornblenda.

Unidade Região dos Lagos – tem como característica presença de gnaisses graníticos e

granodioríticos, além de migmatitos homogêneos e heterogêneos. Silva e Cunha (2001)

descrevem, para esta unidade, foliações com mergulhos fracos, ora para nordeste, ora para

sudeste, e forte e persistente lineação de estiramento, com indicação de transporte para

noroeste. Segundo Luz (2003), tem como área de maior ocorrência o sul do rio Macaé,

formando costões rochosos quando alcançam a orla litorânea. Petrograficamente, há

ocorrência de cristais de microclina e de oligoclásio em uma textura granoblástica

inequigranular, com grãos anedrais médios de quartzo e palhetas de biotita (Mello, 1996).

Unidade Italva - representada por gnaisses tonalíticos (bandados ou fitados), de

coloração cinza média, granulação fina e textura granoblástica equigranular, migmatitos, além

de mármores calcíticos. Ocorrem em uma estreita faixa de 1 km de largura no quadrante NW

da folha Macaé, nas proximidades da localidade de Córrego do Ouro.

Granito Sana – rocha leucocrática, com coloração cinza clara esbranquiçada a branca,

granulação fina a média, textura microfanerítica, com biotita e muscovita.

Ferreira (1999) individualizou os sedimentos quaternários em aluvionares, flúvio-

lagunares e marinhos. Estes últimos aparecem dispostos em cordões de alinhamento paralelo à

linha da costa de direção geral NE/SW.

Sedimentos aluvionares - areia fina a média de cor esbranquiçada, bem drenada nas

áreas próximas a serra. Devido à diminuição da energia das correntes e das inundações, estes

sedimentos tornam-se mais finos nas proximidades da foz do rio Macaé e São Pedro.

Sedimentos flúvio-lagunares - sedimentos argilo-arenosos e argilosos orgânicos, mal

drenados e parcialmente alagáveis, correspondendo a paleolagunas colmatadas.

Sedimentos marinhos - sedimentos arenosos de granulometria fina a média e cor

geralmente branca em superfície, bem selecionados e bem drenados. Morfologicamente são

praias quaternárias pleistocênicas, referentes aos depósitos mais internos e extensos, e as

praias atuais holocênicas, que correspondem aos depósitos externos e estreitos.

3.4 – ASPECTOS FISIOGRÁFICOS

3.4.1- Clima

Na bacia hidrográfica do rio Macaé as variações climáticas ocorrem em decorrência da

altitude, disposição do relevo da bacia de drenagem e pela presença do Oceano Atlântico, que

funciona como um poderoso regulador térmico, contribuindo para a elevada umidade do ar

com média variando em torno de 81% (CIDE, 1998). Também concorre para os altos índices

pluviométricos que são encontrados nas zonas mais interiores, abrigadas dos ventos e

representadas pelas baixadas de sopé, contrafortes e escarpa da Serra do Mar.

No verão, há o predomínio de massa de ar equatorial continental, e durante o restante do

ano, de massa de ar tropical atlântica, sendo freqüente a passagem de frentes polares,

sobretudo na primavera.

Segundo a classificação de Gaussen, a região apresenta caráter tropical subquente e

subseco, com estação seca muito curta de 1 a 2 meses, onde a temperatura média anual fica

em torno de 22ºC (Figura 8), com amplitude térmica variando de 25ºC no verão, caindo para

19ºC no inverno.

Figura 7 – Mapa geológico da Bacia do rio Macaé.

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

Set

Nov

Meses

Temperatura (ºC)

Figura 8 – Distribuição anual da temperatura média na bacia hidrográfica do rio Macaé (FIDES, série SIPE,

1978).

De acordo com as isotermas anuais, as temperaturas são superiores a 22ºC na maior

parte da área, em altitudes inferiores a 200 m, correspondendo, dessa forma, às unidades

geomorfológicas representadas pelas planícies aluviais, flúvio-lagunares e costeira e pelo

domínio suave colinoso, de colinas dissecadas e de colinas isoladas. Temperaturas entre 19ºC

e 22ºC são encontradas em altitudes entre 200 e 500 m e caracterizam os maciços costeiros e

as escarpas serranas dissecadas (Barbosa, 2005).

Quanto à distribuição espacial da pluviosidade, as isoietas anuais indicam pluviosidade

entre 1.000 e 1.500 mm. As chuvas têm média de 65-70% dos totais anuais nos meses de

primavera-verão e, apesar de não exceder 190 mm/mês, tem os meses de dezembro e janeiro

como os mais chuvosos. O período mais seco ocorre no inverno, com valores de 60 mm/mês

(Figura 9). A evaporação média anual é de 1.137,8 mm, tendo valores mais elevados nos

meses de agosto e janeiro e menos elevados em dezembro e junho (CIDE, 1998).

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

Meses

Precipitação (mm)

Figura 9 – Distribuição anual da precipitação na bacia hidrográfica do Rio Macaé (FIDES, série SIPE, 1978).

3.4.2 - Relevo e Declividade

Em sua classificação de Domínios Geomorfológicos de Macaé, Dantas (2001a)

subdividiu as unidades geomorfológicas com base no agrupamento dos relevos de agradação e

dos relevos de degradação. Tendo como base esta classificação, Luz (2003), em seu mapa de

relevo da zona costeira de Macaé (Figura 10), individualizou as planícies aluviais, planícies

flúvio-lagunares e planície costeira como relevos de agradação, onde predominam os

processos deposicionais. Nos relevos de degradação, com predomínio de processos erosivos

(denudacionais), foram individualizados o domínio suave colinoso, domínio colinoso,

domínio de colinas dissecadas e domínio de colinas isoladas, bem como os alinhamentos

serranos isolados (maciços costeiros) e escarpas serranas dissecadas.

As planícies aluviais correspondem às formas de agradação de áreas continentais e são

representadas pelo alto curso dos rios Macaé e São Pedro, que depositam no baixo curso do

rio Macaé sedimentos aluviais argilo-arenosos e silto-argilosos, bem como sedimentos

coluviais holocênicos. São caracterizados por superfícies sub-horizontais, com gradientes

extremamente suaves convergentes em direção aos canais principais.

As planícies flúvio-lagunares representam os depósitos holocênicos constituídos de

sedimentos sílticos e/ou areno-argilosos ricos em matéria orgânica, que preenchem o curso

inferior do rio Macaé. Apresentam-se como superfícies planas de interface entre ambientes

deposicionais continentais e lagunares, muito mal drenados, com lençol freático sub-aflorante.

As planícies costeiras são superfícies deposicionais de baixo gradiente, representadas

por microrrelevos ondulados, com amplitudes topográficas inferiores a 20 m, formadas por

sedimentos arenosos de origem marinha de diferentes idades quaternárias. São terrenos bem

drenados, com drenagem paralela que acompanha as depressões intercordões.

O domínio suave colinoso tem como característica a expressiva sedimentação de

colúvio nas vertentes convexas com topos arredondados ou alongados, desenvolvendo-se

sobre litologias das unidades Região dos Lagos e São Fidélis. Mostra altitudes inferiores a

50m, com gradientes muito suaves. A drenagem tem densidade entre baixa e média, com

padrão variando de dendrítico, treliça ou retangular.

Apa

Escd

CORREGO

DO OURO

Ddc

Apfl

Apa

Emc

Ddci

Ddcd

Ddsc

MACAÉ

CEA

Centro

Ilha de

Santana

Ilha do

Francês

Barra de Macaé

Aeroporto

Cabiúnas

Lg. Cabiúnas

Lg. Imboassica

Ddsc

Apc

Base Cartográfica

Usina Termoelétrica

Aeroporto

Rodovia Federal

Rio

Subdistrito

Distrito

12 Km

Datum Horizonta: SAD69

Escala: 1:100000

Fonte: Base cartográfica (IBGE, 1:50000)

Planície costeira

Legenda

Apc

Apfl

Apa

Ddsc

Ddcl

Ddcd

Ddc

Emc

Escd

Planície flúvio-lagunar Domínio de colinas isoladas

Domínio de colinas Dissecadas

Domínio colinoso

Escarpa serrana degradada

Maciços costeirosPlanície aluvial

Domínio suave colinoso

195000 220000210000

205000

200000

195000 220000

210000

205000

200000

Figura 10 - Mapa de relevo do baixo curso do rio Macaé (modificado de Luz, 2003).

O domínio de colinas isoladas compreende as formas de relevo residuais, com vertentes

convexas de topos arredondados ou alongados, com altitudes inferiores a 100m e gradientes

suaves, associados à sedimentação de colúvios. São remanescentes do afogamento

generalizado do relevo produzido pela sedimentação flúvio-marinha que caracteriza as

baixadas litorâneas, e ocorrem sobre litologias da unidade São Fidélis. Tem densidade de

drenagem muito baixa, com padrão de drenagem dendrítico e drenagem imperfeita nos fundos

de vales afogados.

Os maciços costeiros são formas de relevo residuais, alinhados na direção WSW-ENE

como a Serra do Segredo, Serra do Pote e a Serra das Pedrinhas, tendo vertentes retilíneas a

côncavas e escarpadas e topos de cristas alinhados, aguçados ou levemente arredondados.

Desenvolvem-se sobre litologias da unidade Região dos Lagos. Topografia superior a 200 m

com gradientes médios a elevados e sedimentação de colúvios e depósitos de tálus,

remanescentes do afogamento generalizado do relevo produzido pela sedimentação flúvio-

marinha que caracteriza as baixadas litorâneas. Apresenta densidade de drenagem baixa, com

padrão variando de dendrítico a treliça ou retangular, e fragmentos de mata atlântica de porte

arbóreo com indivíduos atingindo até 15m de altura.

A escarpa serrana dissecada caracteriza-se por relevo montanhoso muito acidentado,

com escarpas bastante dissecadas por erosão e/ou abatimento tectônico, com altitudes

inferiores a 500 m e gradientes elevados. Apresenta vertentes retilíneas a côncavas, com

feições escarpadas e recuadas sobre litologias das unidades Italva e São Fidélis. A densidade

de drenagem é alta a muito alta e padrão variando de paralelo a dendrítico, ou treliça a

retangular.

3.5 – UNIDADES E USO DOS SOLOS

Com base no Mapa de Solos do Estado do Rio de Janeiro, elaborado por Carvalho et al.

(2000 apud Luz, 2003), no âmbito do Projeto Rio de Janeiro, e seguindo a nova terminologia

da Embrapa (1999), as principais classes de solos encontradas na região do baixo curso do rio

Macaé pertencem aos latossolos, argissolos, espodossolos, gleissolos, neossolos flúvicos,

organossolos e neossolos quartzarênicos.

Os latossolos são solos não hidromórficos, com avançado estágio de intemperização,

observado pela alteração completa ou quase completa dos minerais primários menos

resistentes ao intemperismo, resultado de enérgicas transformações no material constitutivo.

Bem desenvolvidos, tendem a ser muito profundos, friáveis e porosos, o que acarreta em

elevada permeabilidade e ótima drenagem. Costumam estar relacionados a relevo plano e

suave ondulado, correspondendo em geral aos depósitos de tálus e colúvio da serra, podendo

também ocorrer em áreas mais íngremes com relevo montanhoso. São empregados mais

comumente para pastagens, com uso agrícola limitado, devido a sua baixa fertilidade natural.

Os argissolos compreendem a classe de solos minerais, não hidromórficos, com

horizonte A moderado e horizonte B textural, ou seja, neste ocorre acúmulo de argila

proveniente do horizonte A. Geralmente profundo, poroso, sem problemas de drenagem e

aeração, são bastante suscetíveis à erosão. São solos de saturação muito baixa, fortemente a

extremamente ácidos, com argila de atividade baixa. Ocorre associado a relevo ondulado e

montanhoso. Tem sua utilização para pastagem, sendo o uso agrícola limitado pela baixa

fertilidade.

Os espodossolos são solos minerais hidromórficos, geralmente arenosos e de espessura

variável. Estão relacionados aos sedimentos areno-quartzosos oriundos da acumulação

marinha, ao longo do Holoceno. São encontrados ao longo das planícies costeiras, nas áreas

de ocorrência dos cordões arenosos. São solos mal drenados, acarretando em baixa fertilidade

para uso agrícola.

Os gleissolos são solos hidromórficos, relativamente recentes e, portanto, pouco

evoluídos, originados de depósitos orgânicos e de sedimentos aluviais argilo-siltosos, do

Holoceno. Argilosos e ricos em matéria orgânica, possuem cor variando de preto a diversos

tons de cinza, podendo ter em seu horizonte C um ambiente redutor. Apresentam pouca

profundidade e permanente ou periódica saturação por água, correspondendo às áreas com

tendência a inundação. Estão associados a solos aluviais e/ou orgânicos, nas várzeas dos

principais rios, ocorrendo, na área em questão, junto às planícies flúvio-lagunares. São

utilizados para pastagem.

Os neossolos quartzarênicos são solos profundos, pouco evoluídos e que apresentam

grande resistência ao intemperismo, relacionada a sua constituição essencialmente quartzosa.

São solos bem drenados, de baixa fertilidade natural, com horizonte A moderado ou A fraco.

São observados na planície costeira, associados aos cordões arenosos e relacionados aos

espodossolos, sob vegetação de restinga de porte arbóreo-arbustivo.

Os neossolos flúvicos são solos pouco desenvolvidos, não hidromórficos e provenientes

de depósitos fluviais recentes do Holoceno, dispostos em camadas de composição

granulométrica heterogênea. São moderadamente a imperfeitamente drenados, e ácidos a

moderadamente ácidos. Ocorrem nas várzeas dos rios, sendo, dessa forma, encontrados junto

às coberturas aluvionares das planícies de inundação e terraços areno-argilosos. São voltados

para uso agrícola.

Os organossolos correspondem a solos hidromórficos, pouco evoluídos, de coloração

escura originados de acumulações de material vegetal em grau variável de decomposição,

acumulados sobre sedimentos flúvio-lacustres, ao longo do Holoceno. Apresentam camadas

de constituição orgânica nos 40 cm superficiais. São solos mal drenados, desenvolvidos em

condições de permanente encharcamento, com o lençol freático aflorante durante grande parte

do ano. Ocorrem em locais deprimidos da planície flúvio-lagunar, como no baixo curso do rio

Macaé. São utilizados para pastagem.

3.6 – CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA

Barbosa e Silva Jr. (2005) definiram que a hidrogeologia da área é composta por um

sistema aqüífero fraturado e pelo sistema aqüífero intergranular. O sistema aqüífero fraturado

é caracterizado pelas rochas cristalinas que compõem o embasamento da bacia hidrográfica.

Sua capacidade de armazenamento de água subterrânea está diretamente relacionada ao seu

grau de fraturamento e de intemperismo. A recarga deste aqüífero pode ser proveniente de

precipitações nas cabeceiras da bacia hidrográfica, onde as rochas do embasamento cristalino

estão aflorantes ou pelos aqüíferos intergranulares através da infiltração direta. Normalmente

tem um caráter semiconfinado, em particular quando recoberto pela unidade intergranular.

O sistema aqüífero intergranular é representado pelos sedimentos aluvionares dos rios

Macaé e São Pedro e eventualmente pelas coberturas residuais e coluvionares sobre o

embasamento cristalino. Segundo as informações verbais obtidas durante o cadastramento de

poços e segundo descrições dos perfis construtivos dos poços tubulares profundos, é o

principal fornecedor de água subterrânea, armazenada em materiais de permeabilidade

variável. Estes aqüíferos caracterizam-se por serem livres e sua área de recarga corresponde a

toda sua área de ocorrência.

Buscando caracterizar hidrodinamicamente o aluvião estudado, Barbosa e Silva Jr. (op.

cit), monitoraram as variações de nível d’água nos poços cadastrados e piezômetros

instalados. Realizaram também ensaios para determinação da condutividade hidráulica dos

horizontes investigados, e ensaio de bombeamento para obtenção da condutividade hidráulica

do horizonte ensaiado e da transmissividade do aqüífero.

A caracterização hidrogeológica da área de estudo, descrita a seguir, é baseada em parte

no trabalho de Barbosa e Silva Jr. (2005), no qual esta autora tomou parte ativa.

3.6.1 – Monitoramento dos níveis piezométricos

Visando facilitar a interpretação dos dados, Barbosa e Silva Jr. (2005) dividiram os

piezômetros em 3 setores (figura 11). Os piezômetros Pz 01, Pz 03, Pz 04, Pz 18, Pz 26, Pz

29, Pz 30, Pz 41 e Pz 42 foram agrupados no setor 1. Os piezômetros Pz 06, Pz 07, Pz 12, Pz

13, Pz 44 e Pz 45 ficaram no setor 2. Os piezômetros Pz 02, Pz 14, Pz 15, Pz 25, Pz 27 e Pz

40 foram agrupados no setor 3. Os piezômetros Pz 28 e Pz 33 não entraram na análise, por se

encontrarem praticamente isolados na margem direita do rio Macaé.

Em geral, os gráficos de variação do nível d’água mostraram comportamentos

semelhantes, indicando uma possível continuidade lateral das camadas onde os piezômetros

foram instalados. A exceção é para o gráfico do setor 2, onde as curvas dos piezômetros

apresentaram comportamentos bem diferenciados, sugerindo não haver conexão hidráulica

entre estes pontos. Segundo Barbosa e Silva Jr. (op cit.), este fato pode ser justificado pela

localização dos piezômetros, pois estes foram instalados na região serrana da área de estudo, o

que poderia acarretar no isolamento dos piezômetros. Devido à presença de morros entre eles,

teria se formado uma barreira hidráulica, que impossibilitaria a continuidade lateral do

aqüífero nessa região.

As análises dos mapas potenciométricos produzidos para os diversos meses, mostraram

a descarga do aqüífero na direção geral da foz do rio Macaé, conforme ilustrado para o mês de

maio de 2005 (Figura 12). A potenciometria mostra uma ampla relação entre os mananciais

subterrâneos e superficiais, sendo o aqüífero nitidamente de regime efluente nos canais

fluviais.

Agosto

Nov

ane

iro

Fev

Maio

Meses monitorados

Valor de carga total (m)

Pz 01

Pz 03

Pz 04

Pz 18

Pz 26

Pz 29

Pz 30

Pz 41

Pz 42

17.5

18.5

19.5

20.5

Agosto

Nov

ane

iro

Fev

ereir

Abril

Maio

Meses monitorados

Valor de carga total (m)

Pz 06

Pz 07

Pz 12

Pz 13

Pz 44

Pz 45

Agosto

Nov

ane

iro

Fev

Maio

Meses monitorados

Valor de carga total (m)

Pz 02

Pz 14

Pz 15

Pz 25

Pz 27

Pz 40

Figura 11 - Gráfico de variação dos níveis d’água para os diferentes setores. Nos setores 1 e 3 os piezômetros

monitorados mostram comportamentos semelhantes, sugerindo uma possível conexão hidráulica entre estes

pontos. No setor 2, os piezômetros monitorados mostram comportamentos diferenciados, sugerindo não haver

conexão hidráulica entre estes pontos. Modificado de Barbosa, 2005.

Os altos topográficos funcionam como áreas de recarga do aqüífero, e a sua descarga é

direcionada aos canais principais dos rios São Pedro e Macaé. Os gradientes hidráulicos

apresentam-se relativamente menores nas áreas de descarga, valores da ordem de 10

-3

cm/s,

com valores em torno de 10

-2

a 10

-3

cm/s nas áreas de recarga.

O nível médio de profundidade do nível d’água na área varia de 1,98 m a 0,86 m. As

cotas piezométricas na área têm valores médios que variam de 27,18 a 0,76 metros. Esses

dados indicam a grande variabilidade de cotas do aqüífero livre na área, algumas praticamente

ao nível do mar, e a pouca profundidade do nível d’água em certos locais, indicando sua

tendência em aflorar quando da estação de chuvas.

3.6.2 – Condutividade Hidráulica

Com o intuito de estabelecer a condutividade hidráulica do aqüífero em questão,

Barbosa e Silva Jr. (2005) realizaram quatro tipos de ensaios de permeabilidade na área

estudada. Pelo método dos anéis concêntricos e pelo método open end hole, os ensaios foram

efetuados na zona não saturada, com o objetivo de se obter a condutividade hidráulica vertical

dos materiais testados. Com a realização dos ensaios do tipo slug test e o ensaio de

bombeamento, buscou-se a obtenção de dados de condutividade hidráulica horizontal do meio

saturado.

Barbosa e Silva Jr. (op cit.) realizaram 13 ensaios de permeabilidade in situ na zona não

saturada pelo método de anéis concêntricos, com o objetivo de obter a condutividade

hidráulica vertical dos diferentes tipos de solos e coberturas argilosas que ocorrem na área.

Os valores de permeabilidade obtidos para os ensaios superficiais (anéis concêntricos)

são da ordem de 10

-9

a 10

-8

cm/s. Segundo o quadro 4, a condutividade hidráulica para

materiais finos está na faixa de valores de 10

-9

a 10

-6

cm/s. Considerando que a condutividade

hidráulica vertical geralmente apresenta valores mais baixos que a horizontal, os resultados

obtidos mostraram-se coerentes. Porém, aconselha-se certas precauções na utilização dos

valores obtidos, uma vez que a metodologia aplicada pode apresentar inconsistências e os

resultados são de confiabilidade duvidosa devido ao longo tempo de resposta e o pequeno

tempo de duração do ensaio.

Para as profundidades de 50 a 100 cm, os resultados apresentaram valores entre 10

-5

-4

cm/s. Os valores obtidos mostram-se coerentes com os esperados mostrados no quadro 5,

até mesmo para a fração areia média, com valor na ordem de 10

-4

cm/s, como nos pontos 2 e 9

dos ensaios a 100 cm de profundidade. Segundo Barbosa e Silva Jr. (op cit.), este valor

mostra-se muito próximo ao esperado, e pode ser justificado pela presença de material

argiloso em profundidade inferior à do ensaio.

Quadro 4 – Faixa de valores de condutividade hidráulica para materiais inconsolidados (modificado de Feitosa

e Manoel Filho, 1997).

Material

Condutividade Hidráulica

(cm/s)

Argila 10

-9

- 10

-6

Silte; Silte arenoso 10

-6

- 10

-4

Areia argilosa 10

-6

- 10

-4

Areia siltosa; Areia fina 10

-5

- 10

-3

Areia bem distribuída 10

-3

- 10

-1

Cascalho bem distribuído 10

-2

- 10

-0

No quadro 5, Barbosa e Silva Jr. (2005) sintetizaram os valores de condutividades

hidráulicas obtidos, que foram da ordem de 10

-3

a 10

-4

cm/s para os horizontes ensaiados. A

incoerência nos casos dos Pz 14 e Pz 25, que tenderia a valores maiores que os obtidos,

devido ao material testado (areia média), é por ela justificada pela instalação parcial do filtro

no nível d’água, não possibilitando, dessa forma, o ensaio em um metro de material saturado.

Os valores obtidos para os demais horizontes ensaiados mostram-se coerentes com o

esperado. A condutividade hidráulica média para o horizonte argila escura é de 1,20 x 10

-3

cm/s, 4,99 x 10

-4

cm/s para a camada de argila arenosa, 1,85 x 10

-3

cm/s para as areias médias

e 4,40 x 10

–3

cm/s para as areias argilosas.

Esses valores mostram-se coerentes com os esperados para os horizontes argila arenosa

e areia argilosa. Porém apresentam incoerência nas camadas de argilas escuras e areias médias

ensaiadas, onde as argilas escuras mostram-se mais condutivas hidraulicamente. De acordo

com as investigações geofísicas, esse fato pode ser justificado pela extensa continuidade

lateral da camada argila escura quando comparada à presença local do material arenoso

médio, sendo este normalmente encontrado junto aos rios Macaé e São Pedro (Barbosa e Silva

Jr., op cit.).

Mapa Potenciométrico do Fluxo subterrâneo

Depósito Aluvionar - Baixo Macaé, Março de 2005

MAPA POTENCIOMÉTRICO DO FLUXO SUBTERRÂNEO

Depósito Aluvionar - Baixo Macaé, Março de 2005

7534000

7532000

7530000

7528000

7526000

7524000

7522000

198000 200000 202000 204000 206000 208000 210000 212000 214000 216000 218000

CAC 20

Legenda

Linha de Fluxo

Curva de Nível

Poço de

Monitoramento

5000

10000

15000

Pz 28

Pz 02

PTR 35

PTR 34

PTR 28

PTR 24

PTR 29

PTR 27

PTR 33

CAC 32

CAC 44

CAC 43

CAC 26

CAC 20

CAC 19

CAC 25

CAC 39

CAC 18

Figura 12 – Mapa potenciométrico do baixo curso do rio Macaé, em maio de 2005. Modificado de Barbosa e Silva Jr.(2005).

Quadro 5 – Valores de condutividade hidráulica obtidos através de ensaios do tipo slug test, com auxílio do

software Aquifer Test

, através do método de Hvorslev. Fonte: Brabosa, 2005a.

Piezômetro K (cm/s) Horizonte ensaiado

Pz 02 1,89 x 10

-3

Argila escura

Pz 06 5,07 x 10

-4

Argila escura

Pz 12 2,90 x 10

-4

Argila arenosa

Pz 14 2,07 x 10

-3

Areia média

Pz 18 3,85 x 10

-3

Areia argilosa

Pz 25 1,63 x 10

-3

Areia média

Pz 29 4,94 x 10

-3

Areia argilosa

Pz 42 7,08 x 10

-3

Argila arenosa

O gráfico de rebaixamento do nível d’água (metros) em relação ao tempo (minutos),

retirado de Barbosa e Silva Jr. (2005), mostra uma curva com um início sugerindo um regime

transitório, tendendo ao regime permanente com a continuação do bombeamento (figura 13).

Porém, a partir de 120 minutos de bombeamento, a curva sofre uma inflexão brusca, o que

para Barbosa e Silva Jr. (op cit.) sugere a presença de barreira hidráulica, ou pode ser

explicado por problemas construtivos, ou pela exaustão da bomba, por tratar-se de poço

caseiro, instalado por perfurador local, e por ser a bomba de baixa potência (1/2 CV).

Utilizou-se o próprio raio do poço como distância ao poço bombeado, o que torna menos

confiáveis os resultados obtidos e não permite o cálculo do coeficiente de armazenamento.

Figura 13 – Gráfico mostrando a curva de rebaixamento versus tempo. Fonte: Barbosa e Silva Jr.(2005).

Aqüíferos são considerados bons quando sua transmissividade tem valores entre 300 e

500 m

/dia, ruins quando seus valores são inferiores a 300 m

/dia e ótimos quando apresentam

valores superiores a 1.000 m

/dia (Custodio e Llamas, 1983). Devido à formação aqüífera

estudada, de constituição basicamente argilo-arenosa, esses dados tornam-se coerentes,

mostrando um aqüífero com transmissividade muito inferior a 300 m

/dia. Sendo assim, o

aqüífero estudado apresenta baixíssima capacidade em transmitir água, quando explotado.

Por tratar-se de aqüífero livre, a porosidade efetiva representa o coeficiente de

armazenamento do aqüífero. Portanto, o valor de coeficiente de armazenamento para o

aqüífero é de 0,07, valor médio de porosidade efetiva em materiais argilo-arenosos.

A condutividade hidráulica do material ensaiado mostra valor na ordem de 10

-3

cm/s.

Este valor é coerente aos valores obtidos para os horizontes testados com o ensaio do tipo slug

test. Assim, pode-se dizer que a área apresenta uma condutividade hidráulica homogênea,

com valores semelhantes em toda a sua extensão (Barbosa e Silva Jr., 2005).

Portanto, os valores de transmissividade, condutividade hidráulica e coeficiente de

armazenamento obtidos indicam um baixo potencial de explotação para o aqüífero aluvionar

do baixo curso do rio Macaé. Por outro lado, esses valores mostram uma baixa

vulnerabilidade à contaminação para o referido aqüífero.

4 – MATERIAIS E MÉTODOS

O presente estudo foi dividido em 4 etapas principais: 1) levantamentos e integração de

dados básicos (item 4.1); 2) Implantação da rede de monitoramento e levantamento

topográfico (itens 4.2 a 4.4); 3) aquisição de dados (itens 4.5 e 4.6); e 4) tratamento de dados

e obtenção de resultados (item 4.7).

4.1 – LEVANTAMENTOS BÁSICOS

Devido à escassez inicial de dados geológicos e hidrogeológicos disponíveis na área de

estudo, fez-se necessário um extenso programa de levantamentos básicos. Este programa

incluiu um inventário de dados históricos, que compreendeu a leitura de relatórios técnicos e a

análise de mapas geológicos antigos, fotografias aéreas e perfis de sondagem disponíveis.

Posteriormente, etapas de campo para reconhecimento foram realizadas.

Os dados pertinentes aos aspectos fisiográficos, geológicos e hidrogeológicos da área de

estudo foram obtidos através de revisão bibliográfica junto às bibliotecas da UFRJ e do

DRM/RJ, da análise dos relatórios de atividades emitidos pela Empresa Ecologus Engenharia

Consultiva, da consulta de documentos em órgãos estaduais e municipais (Secretaria de

Agricultura, de Obras e Meio Ambiente de Macaé), além de pesquisa na Internet.

Os mapas geológico e topográfico foram desenvolvidos pelo DRM/RJ com base nas

folhas Macaé-Cabiúnas, Conceição de Macabu e Carapebus, de 1982, escala 1:50.000, do

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.

4.2 – INSTALAÇÃO DA REDE PIEZOMÉTRICA

A rede de monitoramento implantada consiste de 45 piezômetros perfurados nos

sedimentos aluvionares dos rios Macaé e São Pedro, no âmbito do Projeto “Pesquisa de Água

Subterrânea na Bacia Hidrográfica do rio Macaé”, com profundidades médias de 1 a 5 metros.

Dos 45 piezômetros instalados pelo projeto, apenas 32 encontram-se dentro da área de estudo.

No entanto, compõem a malha final de monitoramento mensal 23 piezômetros, haja vista que

alguns foram derrubados pelo gado ou maquinário das fazendas e outros foram instalados em

locais de difícil acesso, sobretudo em períodos de chuvas torrenciais.

Para melhor identificação e compatibilidade de dados nos 2 trabalhos foi mantida a

seqüência de instalação dos 45 piezômetros, e com isso a identificação desses 23 piezômetros

não é seqüencial.

Para a perfuração destes poços foi contratada a empresa Geométrica Consultoria Ltda.

As perfurações foram efetuadas por trado manual de 4” (Figura 14), em diâmetros de 4” e os

piezômetros instalados com revestimentos e filtros de PVC geomecânico da marca Vlaper

com diâmetro de 2”, tendo os filtros ranhuras de 0,50 mm, selo de bentonita (Compactolite®)

e em sua parte superior luvas, cap´s e tampas plásticas com vedação em borrachas (Figura

15). Na parte inferior de todos os poços, consta seção filtrante com 1 m de extensão.

Externamente tem-se tubos em PVC com diâmetro de 6” em uma base de 1 m

. Foi feito o uso

de bailer (amostradores descartáveis) no desenvolvimento dos piezômetros.

Figura 14 – Perfuração por trado manual (FGV, 2004).

Figura 15 – Esquematização dos piezômetros instalados (FGV, 2004).

No quadro 6 são mostradas as características de cada piezômetro monitorado, com a

descrição das camadas litológicas onde foram instalados.

4.3 – CADASTRO DE PONTOS PARA CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA

O cadastro de pontos d’água ocorreu no período de agosto de 2004 a janeiro de 2005,

utilizando as técnicas usuais de inventário, baseadas no preenchimento de uma ficha técnica,

onde são discriminados campos como: identificação e localização; dados construtivos; e,

quando possível, dados hidráulicos e de bombeamento. Nas campanhas de campo as

coordenadas geográficas tiveram o seu posicionamento georreferenciado através da utilização

de GPS da marca Garmin®.

Foram cadastrados 48 poços de naturezas diversas, cobrindo principalmente a parte

inferior do rio Macaé, após sua confluência com o rio São Pedro. Neste cadastro constam 22

captações de água subterrânea através de poços tubulares rasos (PTR), e 26 aproveitam a água

subterrânea através de poços escavados (cacimbas - CAC), com profundidades que variam de

3 m a 24 m. A escassez de poços tubulares profundos é explicada ora pela proximidade do rio

Macaé, que leva os usuários à captação direta desse manancial, ora pelas características

geológicas e hidrogeológicas da região, que favorecem a construção de poços rasos.

As técnicas empregadas na construção dos poços tubulares rasos (que chegam a 24 m de

profundidade) são aquelas a trado ou com “jato d’água”. Estes são normalmente revestidos

com tubos de PVC, como aqueles utilizados em redes de esgoto, com diâmetro variando de

100 mm a 150 mm, furados ou com ranhuras para permitir a passagem de água.

Os poços escavados são perfurados manualmente e não apresentam revestimento ou são

revestidos com manilhas de concreto. Suas profundidades variam de 3 m a 11 m.

Dos 48 poços cadastrados, foram selecionados 20 poços, apresentados no quadro 7 a

seguir, para o monitoramento mensal, segundo sua localização e riqueza de informações, uma

vez que a malha de poços ficou densa e com grande proximidade entre eles. Foi dada

prioridade àqueles situados no aluvião do rio Macaé e selecionados alguns daqueles

perfurados no solo residual do embasamento cristalino.

Quadro 6 – Características litológico-construtivas dos piezômetros.

Pz UTM N UTM E Cota (m) Profundidade (m) Horizonte geológico

7533705 203975 9 2,90 argila escura

7532168 203381 11 3,20 0,00 a 3,20 - argila escura

0,00 a 3,05 - argila escura

7533701 205070 13 3,55

3,05 a 3,55 - areia argilosa

0,00 a 2,63 - argila escura

7534652 204933 14 3,28

2,63 a 3,28 - areia argilosa

7537560 196700 21 3,10 argila escura

0,00 a 1,12 - argila escura

7537432 196979 20 2,92

1,12 a 2,92 - areia fina

0,00 a 2,10 - areia fina

7535110 195991 21 3,07

2,10 a 3,07 - argila arenosa

7536811 194146 20 3,60 argila escura

7532565 200872 13 2,40 areia média

7530751 194860 18 1,95 argila escura

0,00 a 1,00 - argila arenosa

7538859 199494 20 1,69

1,00 a 1,69 - areia argilosa

7528012 192683 19 2,73 areia média

0 a 1,50 - argila escura

7534362 204159 16 3,00

1,50 a 3,00 - areia argilosa

7533515 202207 18 1,67 argila escura

7531536 203708 8 3,20 argila escura

0,00 a 1,83 - argila escura

7533327 204627 19 4,19

1,83 a 4,19 - areia argilosa

0,00 a 0,78 - areia fina

7536602 203725 18 3,35

0,78 3,35 - areia argilosa

0,00 a 1,62 - areia argilosa

7528332 194455 16 2,12

1,62 a 2,12 - areia média

0,00 a 1,24 - argila escura

7532224 198249 13 3,04

1,24 a 3,04 - areia argilosa

7534815 206127 15 3,60 argila escura

0,00 a 1,97 - areia argilosa

7534249 205945 12 3,57

1,97 a 3,57 - argila arenosa

7535386 196099 21 1,75 areia argilosa

7537024 197072 21 1,15 argila escura

Quadro 7 – Poços cadastrados monitorados na Bacia do rio Macaé

Cadastro Hidrogeológico

Ponto UTM N UTM E Tipo de Poço Cota (m) Profund. (m)

BRM 12 7535434 211804 Cacimba 0.34 3.10

BRM 14 7535916 212259 Cacimba 0.56 4.00

BRM 15 7534253 211986 Poço Tubular Raso 0.51 23.50

BRM 16 7533409 212003 Cacimba 0.15 3.00

BRM 19 7525931 211207 Cacimba 0.58 6.00

BRM 20 7526311 211470 Cacimba 0.30 5.15

BRM 23 7527210 210150 Poço Tubular Raso 0.30 21.00

BRM 24 7527017 209916 Poço Tubular Raso 0.39 12.00

BRM 25 7527602 210699 Cacimba 0.32 3.00

BRM 26 7528191 210220 Cacimba 0.20 8.00

BRM 27 7528325 209308 Poço Tubular Raso 0.20 12.00

BRM 29 7526504 210305 Poço Tubular Raso 0.37 15.00

BRM 32 7531885 210833 Cacimba 0.27 5.00

BRM 33 7530777 209651 Poço Tubular Raso 0.36 10.40

BRM 34 7531723 208582 Poço Tubular Raso 0.10 4.00

BRM 35 7532132 208494 Poço Tubular Raso 0.71 18.00

BRM 38 7531302 212744 Cacimba 0.37 11.00

BRM 39 7530867 213253 Cacimba 0.42 8.00

BRM 43 7529498 210989 Cacimba 0.49 3.18

BRM 44 7530168 214578 Cacimba 0.61 6.00

A figura 16 ilustra a localização dos piezômetros e poços cadastrados na Bacia do rio

Macaé.

Figura 16 – Localização dos piezômetros e poços cadastrados monitorados na bacia do rio Macaé.

4. 4 – NIVELAMENTO DOS PIEZÔMETROS E POÇOS CADASTRADOS

O nivelamento dos piezômetros e poços cadastrados foi realizado empregando-se um

par de GPS da marca Trimble e modelo Geoexplorer®3 (Figura 17).

As coordenadas altimétricas obtidas por GPS no modo diferencial foram pós-

processadas com a finalidade de atingir precisão sub-métrica. Assim, pode-se estabelecer de

forma correta o nível d’água e a profundidade dos piezômetros e poços cadastrados em

relação à superfície do terreno, adequando esses dados à elaboração do mapa potenciométrico.

Figura 17 – Nivelamento dos piezômetros e poços cadastrados.

4.5– AMOSTRAGEM DE ÁGUA SUBTERRÂNEA

Buscando caracterizar os parâmetros físico-químicos das águas subterrâneas da área

estudada foi realizado, junto às campanhas de monitoramento de níveis d’água, o

monitoramento mensal da temperatura, pH e condutividade elétrica das águas dos

piezômetros e poços cadastrados na bacia do rio Macaé (figura 18).

Figura 18 – Medida in situ dos parâmetros temperatura, pH e condutividade elétrica em piezômetro instalado.

Esse monitoramento iniciou-se no mês de agosto e novembro de 2004, e teve

continuidade com o acompanhamento mensal de janeiro a junho de 2005, mais os meses de

agosto e dezembro de 2005, para os piezômetros instalados. Já os poços cadastrados foram

monitorados de março a junho de 2005, mais os meses de agosto e dezembro de 2005,

acompanhando o período de monitoramento dos piezômetros instalados.

A falta de continuidade nos meses monitorados se deu por problemas operacionais e de

logística (falta de veículo e verba para realização do campo), assim como por problemas de

deslocamento até os poços em eventos de chuva forte, que tornavam o acesso a estes

impossível, como o ocorrido nos meses de julho de 2004 e outubro de 2005. As planilhas

referentes ao monitoramento dos poços se encontram no Anexo 1.

Devido a alguns detalhes operacionais tais como disponibilidade de transporte adequado

à execução do trabalho, condições de deslocamento e acesso impossibilitados em alguns

poços em períodos chuvosos, entre outros, as medidas não foram efetuadas em alguns meses,

como a exemplo do mês de julho de 2005.

4.5.1 – Amostragem in situ e Medição de Parâmetros Físico-Químicos

pH: o monitoramento do parâmetro pH é uma forma de avaliar a concentração do íon

dissolvido nas águas subterrâneas, o que reflete a dinâmica natural entre os ácidos e as

bases. Em geral, esses valores de concentração se encontram entre 4 e 9, ocorrendo valores

extremos quando um dos dois se mostra dominante.

O pH das amostras de água foi obtido através do pH - Metro digital da marca

ANALION® modelo PM-602, com faixa de medição de 0 a 14 e precisão de ± 0,01. A

calibração do aparelho com as soluções-tampão de pH=4,01, pH=6,86 e pH=10,00 é

necessária antes de serem efetuadas as leituras. Não há necessidade de preparação da amostra

e a leitura pode ser feita diretamente na mesma.

Temperatura: o parâmetro temperatura das águas subterrâneas reflete a temperatura

média anual ou a temperatura da formação, no caso de uma circulação mais profunda. A

temperatura das águas tem que ser obtida o mais rápido possível após a retirada da amostra do

poço. As medidas de temperatura das águas dos poços coletadas em campo foram realizadas

com um termômetro digital da marca ALA®, graduado nas escalas Celsius e Fahrenheit com

faixa de medição de 1 a 112ºC.

Condutividade elétrica: a condutividade elétrica (CE) é uma medida indireta do total

de sólidos dissolvidos (TDS) de uma amostra de água. Ao medir-se a condutividade é

necessário fazer a compensação da temperatura visto que a condutividade da solução varia

com a temperatura. Para tal, estabeleceu-se a temperatura de referência de 25

C, conforme

normatização ASTM (ASTM D1125 – 95). As medições de condutividade elétrica in situ

foram obtidas com o aparelho digital da marca ANALION®, modelo C 702, com 3 escalas de

medições, precisão de cerca de 1% e ajuste automático de temperatura para faixas entre 0 e

80ºC com faixa de referência para 25ºC.

Faz-se necessário o ajuste do condutivímetro com uma solução padrão de 1,41 mS/cm

antes de serem realizadas as medidas. Não existe necessidade de preparação da amostra para a

realização da leitura dos valores, que é realizada diretamente na amostra.

4.6 – ANÁLISES QUÍMICAS

Para a caracterização hidroquímica das águas subterrâneas da bacia hidrográfica do rio

Macaé foram realizadas duas campanhas distintas de análise química desta água. A primeira

campanha contemplou os piezômetros instalados, e a segunda, realizada posteriormente

devido a aspectos operacionais, foi realizada para amostragem das águas dos poços

cadastrados na bacia.

4.6.1 – Primeira Campanha de Amostragem de Água – Análises Químicas Realizadas

apenas em Laboratório Externo

Na primeira campanha foram selecionados 22 piezômetros, referenciados no quadro 8,

distribuídos ao longo do principal depósito aluvionar da bacia do rio Macaé, com o objetivo

de determinar os parâmetros bacteriológicos e físico-químicos da água subterrânea. Em razão

da grande extensão de área a ser percorrida, a campanha foi realizada em três dias, entre 9 e

11 de novembro de 2004. A metodologia empregada na amostragem e acondicionamento das

amostras seguiu as normas técnicas preconizadas pela FEEMA e ABNT. As amostras foram

entregues ao final de cada dia a técnicos da empresa Hidroquímica Engenharia e Laboratórios,

para que fossem transportadas ao Rio de Janeiro e analisadas. Em razão da época em que foi

executada a amostragem, início da estação chuvosa, alguns poços foram encontrados em

condições de alagamento.

Quadro 8 – Piezômetros amostrados na primeira campanha de análise química da água subterrânea

Pz UTM N UTM E Cota (m) Profundidade (m)

7533705 203975 9 2,90

7532168 203381 11 3,20

7533701 205070 13 3,55

7534652 204933 14 3,28

7537560 196700 21 3,10

7537432 196979 20 2,92

7535110 195991 21 3,07

7536811 194146 20 3,60

7530751 194860 18 1,95

7538859 199494 20 1,69

7528012 192683 19 2,73

7534362 204159 16 3,00

7533515 202207 18 1,67

7531536 203708 8 3,20

7533327 204627 19 4,19

7536602 203725 18 3,35

7528332 194455 16 2,12

7532224 198249 13 3,04

7534815 206127 15 3,60

7534249 205945 12 3,57

7535386 196099 21 1,75

7537024 197072 21 1,15

A cada poço, utilizando-se bailer (amostrador), coletou-se em frascos plásticos duas

amostras de um litro cada, 1 litro para análise dos metais (Na, K, Ca, Mg, Mn e Fe) e 1 litro

para a análise de ânions (Cl

, F

, PO

, NO

e SO

), além de SiO

. Os frascos foram

identificadas com o número do poço, data e hora de amostragem. A preservação das amostras

de metais se deu por acidificação com HNO

no campo, logo após a coleta, para que o pH se

mantivesse abaixo de 2,0. Posteriormente, foram acondicionadas em recipiente refrigerado, e

enviadas ao laboratório para análise de sua composição química. Após cada amostragem o

equipamento era descontaminado com água destilada para que se pudesse amostrar outro

poço.

Como não foi possível obter uma medida direta de HCO

, ela foi calculada através do

valor de alcalinidade total, uma vez que tais valores podem ser considerados equivalentes em

águas onde o pH não ultrapasse o valor de 8,3, conforme observado nestas amostras.

No entanto, a alcalinidade total em laboratório foi calculada em razão de CaCO

e, para

considerar como alcalinidade em HCO

, foi necessário multiplicar os valores de alcalinidade

total em CaCO

por 1,22 (devido ao peso molecular e valência do HCO

e do CaCO

) para se

obter o valor correto de alcalinidade equivalente ao valor de HCO

Os parâmetros físico-químicos avaliados nas amostras coletadas, bem como a

metodologia de análise dos mesmos se encontra no quadro 9. Os laudos correspondentes

emitidos pela empresa Hidroquímica Engenharia Laboratórios Ltda. se encontram no Anexo 2

– Laudos Físico-Químicos e Bacteriológicos.

Como pode ser observado a partir no Anexo 2, além dos parâmetros de potabilidade,

físico-químicos e bacteriológicos, foram também analisadas as concentrações de nitritos,

nitratos e amônia, nutrientes estes relacionados à contaminação orgânica devido ao uso

predominantemente rural da área estudada. Os parâmetros físico-químicos analisados foram

os usuais neste tipo de estudo.

A análise química das águas do rio Macaé foi cedida pela Usina Termelétrica Norte

Fluminense para fins de comparação com a química das águas dos poços. O laudo das

análises realizada pela empresa Hidroquímica Engenharia Laboratórios Ltda encontra-se no

Anexo 2, junto aos laudos químicos das amostras de água dos piezômetros.

Quadro 9 – Parâmetros físico-químicos e metodologia de análise para a primeira campanha de amostragem de

água realizada nos piezômetros da bacia do rio Macaé.

Parâmetros Amostrados

Padrão

Qualidade

Unid. Método Limite de detecção

Óleos e Graxas (Solúveis em Éter) V.A - MF 412 V.A

Resíduo Filtrável Total - RFT 500 mg/L SM 2540 0,1

Condutividade - μmho.cm

-1

SM 2510 1

pH à 25 º C 6 A 9 - SM 4500 0,1

Temperatura - ºC SM 2550 0,1

Dureza Total em CaCO

- mg /L SM 2340 1

Cálcio em CaCO

- mg /L SM 3500B 1

Magnésio em CaCO

- mg/L SM 3500B 1

Ferro Total em Fe

+2+3

- mg/L SM 3500 0,1

Sódio Total em Na - mg/L SM 3500 0,1

Potássio Total em K - mg/L SM 3500B 0,1

Manganês Total em Mn 0,1 mg/L MF 464 0,1

Amônia em NH

0,02 mg/L SM 4500 0,02

Nitrogênio de Nitritos em N 1,0 mg/L SM 4500 0,01

Nitrogênio de Nitratos em N 10,0 mg/L SM 4500 0,01

Alcalinidade Total em CaCO

- mg/L SM 2320 1

Alcalinidade de Hidróxidos em CaCO

- mg/L SM 2320 -

Alcalinidade de Carbonatos em CaCO

- mg/L SM 2320 -

Alcalinidade de Bicarbonatos em CaCO

- mg/L SM 2320 1

Cloretos em Cl

250 mg/L SM 4500 1

Sulfatos em SO

250 mg/L MF 431 R1 1

Sílica Solúvel em SiO

- mg/L SM 4500C 0,1

Fosfatos em P 0,025 mg/L SM 4500C 0,025

Fluoretos em F

1,4 mg/L MF 410 0,2

* PADRÃO DE QUALIDADE: Classe 2 RESOLUÇÃO CONAMA 20 DE 18 DE JUNHO DE 1986

S.M. - Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater – 20

Edition - 1998

M.F. – Métodos FEEMA (Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente).

4.6.2 – Segunda Campanha de Amostragem de Água – Análises Químicas Realizadas em

Laboratório Externo e no Laboratório de Hidrogeologia da UFRJ

Na segunda campanha foram selecionados 14 poços cadastrados, distribuídos ao longo

do principal depósito aluvionar da bacia do rio Macaé, com o objetivo de determinar a

química da água subterrânea. Em razão da extensão de área a ser percorrida, a campanha foi

realizada em dois dias, entre 12 e 14 de dezembro de 2005. A metodologia empregada na

amostragem e acondicionamento das amostras seguiu as normas técnicas preconizadas pela

ABNT.

Durante a amostragem foram monitorados os parâmetros de temperatura, pH e

condutividade elétrica, conforme recomendado. A relação de poços amostrados se encontra no

quadro 10.

A cada poço, utilizando-se bailer, coletou-se em frascos plásticos duas amostras de um

litro cada, 1 litro para análise dos metais, além de NH

, e 1 litro para a análise de ânions (Cl

, PO

, NO

, e SO

). Os frascos foram identificadas com o número do poço, data e hora de

amostragem. A preservação das amostras de metais se deu por acidificação com HNO

campo, logo após a coleta, para que o pH se mantivesse abaixo de 2,0.

Posteriormente, foram acondicionadas em recipiente refrigerado, e parte delas enviadas

ao Laboratório de Análises Minerais – LAMIN (CPRM) para que fossem analisados os metais

presentes na água. Os parâmetros físico-químicos avaliados nas amostras coletadas, bem

como a metodologia de análise dos mesmos se encontra no quadro 11.

Quadro 10 – Poços cadastrados amostrados na segunda campanha de análise de água subterrânea na Bacia do

rio Macaé.

Ponto UTM N UTM E Tipo de Poço

BRM 12 7535434 211804 Cacimba

BRM 14 7535916 212259 Cacimba

BRM 15 7534253 211986 PTR

BRM 16 7533409 212003 Cacimba

BRM 19 7525931 211207 Cacimba

BRM 20 7526311 211470 Cacimba

BRM 23 7527210 210150 PTR

BRM 26 7528191 210220 Cacimba

BRM 29 7526504 210305 PTR

BRM 32 7531885 210833 Cacimba

BRM 33 7530777 209651 PTR

BRM 34 7531723 208582 PTR

BRM 39 7530867 213253 Cacimba

BRM 44 7530168 214578 Cacimba

Quadro 11 – Parâmetros físico-químicos e metodologia de análise para a campanha de amostragem de água

realizada nos poços cadastrados na bacia do rio Macaé.

Elementos Unidade Limite Método

Al mg/L 0,1 ICP-OES

Ca mg/L 0,01 ICP-OES

Fe mg/L 0,004 ICP-OES

Mg mg/L 0,01 ICP-OES

Mn mg/L 0,001 ICP-OES

Si mg/L 0,01 ICP-OES

Na mg/L 0,1 AA

K mg/L 0,1 AA

AA – Espectrofotometria de absorção atômica.

ICP-OES – Espectrometria de Emissão Óptica em Plasma com Acoplamento Indutivo.

Como não foi possível obter uma medida direta de HCO

, ela foi calculada através do

valor de alcalinidade total, uma vez que tais valores podem ser considerados equivalentes em

águas onde o pH não ultrapasse o valor de 8,3, conforme observado nestas amostras. A

alcalinidade expressa em CaCO

foi obtida através do Titulador Digital Modelo 16900 do

fabricante HACH com o range de 10 a 4000 mg/l (Método Fenolftaleína).

A análise de ânions foi feita no laboratório experimental de hidrogeologia da UFRJ,

através de Kits fotométricos para os parâmetros Cl

, F

, PO

, NO

, e SO

além de NH

com

o Fotômetro modelo V-2000 do fabricante CHEMetrics, Inc (figura 19). O equipamento

possibilita ao usuário cerca de 50 análises de água pré – programados para uso em conjunto

com as ampolas Vacu-Vials, que são ampolas de Preenchimento Automático para Análises

Fotométricas. Para estes métodos pré-programados o aparelho fornece leitura direta dos

resultados de teste na unidade de medida programada (por exemplo, ppm). A metodologia de

análise para cada parâmetro é a seguir descrita e têm seus ranges sintetizados no quadro 12.

Figura 19 – Uso do aparelho fotômetro para determinação de ânions das amostras de água dos poços

cadastrados no laboratório experimental de hidrogeologia da UFRJ.

Sulfato - O teste emprega o método turbitimétrico. O íon sulfato reage com o cloreto de

bário em meio acidificado para formar uma suspensão de sulfato de bário com cristais de

tamanho uniforme. A turbidez resultante é proporcional à concentração de sulfato na amostra.

Os resultados são expressos em ppm(mg/L) de SO

Fluoreto - O método de teste do fluoreto é baseado na reação entre o fluoreto e um

pigmento vermelho-zircônio. A perda de cor resultante da reação do fluoreto com o pigmento

é proporcional à concentração de fluoreto. Os resultados são expressos em ppm (mg/l) F

Amônia - O método empregado utiliza a “nesslerização” direta em solução fortemente

alcalina, onde a amônia reage com o reagente Nessler (K

HgI

) para produzir um complexo

amarelado com intensidade de cor em proporção direta com a concentração de amônia. Os

resultados são expressos em ppm (mg/l) NH

– N.

Fosfato - O método de teste emprega a química do ácido molibdovanadofosfórico. Em

solução acidificada o orto-fosfato reage com o molibdato de amônia e o vanadato de amônia

para produzir um complexo de cor amarela cuja intensidade de cor está em proporção direta

com a concentração de fosfato. Resultados obtidos em ppm.

Nitrato - O teste emprega o método da redução do cádmio. O nitrato é reduzido ao

nitrito na presença do cádmio. Em solução acidificada, o nitrato reage com uma amina

aromática primária produzindo uma tintura altamente colorida. A coloração rosa-alaranjada

resultante é proporcional à concentração do nitrato. Os resultados são obtidos em ppm.

Cloreto - O método do teste emprega a química do tiocianato férrico. O cloreto reage

com o tiocianato de mercúrio para liberar o íon do tiocianato. O íon férrico reage com o íon

do tiocianato para produzir um complexo marrom-alaranjado do tiocianato, proporcional à

concentração do cloreto.Os resultados são expressos em ppm.

Quadro 12 – Síntese dos métodos utilizados para análises com kits fotométricos.

Parâmetro Comprimento de Onda (nm) Range(ppm) Método

Amônia

420 0,50-7,00 Nesslerização Direta

Fluoreto

580 0,30-2,00 SPANDS

Fosfato

420 5,0-40,0 Ácido molibdovanadofosfórico

Sulfato

420 8,0-100,0 Turbidimétrico

Nitrato

520 0,20-1,50 Redução de Cádmio

Cloreto

420 2,5-40,0 Tiocianato Férrico

4.7 – PROCESSAMENTO HIDROGEOQUÍMICO: CARACTERIZAÇÃO E MODELAGEM

Na modelagem hidrogeoquímica foi realizada a caracterização termodinâmica com a

especiação química das amostras de água subterrânea e obtenção dos índices de saturação dos

minerais em solução. Além disso, elaborou-se um modelo de simulação para intrusão de

cunha salina nos poços locados mais proximamente à porção litorânea da área de estudo e

também uma avaliação da evolução química das águas do aqüífero aluvial raso.

Para a realização dos cálculos de especiação, solubilidade e a modelagem utilizou-se o

programa PHREEQC 2.12.5 (Parkhurst e Appelo, 2005). Com os resultados, foi possível

levantar algumas hipóteses do comportamento e funcionamento hidrogeoquímico das águas

subterrâneas. Os resultados desses cálculos se dão em função não apenas dos constituintes da

amostra, mas também do banco de dados do próprio programa. Optou-se por tratar

separadamente cada tipo de poço (piezômetros, poços cacimba e poços tubulares rasos)

devido as suas diferenças construtivas, de profundidade e de localização, usando-se amostras

representativas de cada tipo de ponto de água, levando em conta os índices químicos e

termodinâmicos (concentração de constituintes e índices de saturação). Posteriormente,

tentou-se integrar os resultados de toda a bacia, com litologias e tipos hidroquímicos

diferenciados.

Os valores de distribuição das espécies foram calculados pelo mesmo programa e

tiveram seus valores transformados para porcentagens com o intuito de facilitar as análises de

distribuição das espécies. Os 3 tipos de poços presentes na área – piezômetros (poços rasos),

cacimbas (poços rasos) e poços tubulares rasos (mais profundos) - localizam-se próximos uns

dos outros e apresentaram uma distribuição de espécies muito similar. As espécies das águas

dos poços rasos e dos poços profundos sugerem conexão entre as águas desses aqüíferos. Em

seguida foi realizada uma análise da distribuição das espécies calculadas nas substâncias de

maior interesse.

Seguiu-se a elaboração de um modelo hidrogeoquímico para a área de estudo, que teve

por finalidade simular a composição de uma mescla ideal de água do mar (solução 1) com a

água dos piezômetros (solução 2) e compará-la a água dos poços cadastrados que apresentam

indícios de salinização pela água do mar através do rio Macaé – módulo MIX do PHREEQC.

Para a determinação da proporção de cada solução na mescla foram utilizados os dados

originais da composição química do mar (solução 1) e a média dos valores das análises

químicas obtidos para todos os piezômetros, na simulação da solução 2. Para a comparação

com a mescla simulada foram escolhidos um poço do tipo cacimba e um poço tubular raso,

que melhor representassem a média do caráter químico de cada um desses grupos de poços.

Também se realizou outro tipo de modelagem na qual buscou-se obter a

compatibilidade termodinâmica entre as águas do rio Macaé e as águas a jusante da área de

estudo no aluvião, que seriam diluídas pela água do rio, com o módulo INVERSE do

PHREEQC. A solução 1 representou a química das águas do rio Macaé e a solução 2 a

composição do poço cadastrado mais representativo. O estudo da interação entre estes

extremos levou em conta a hipótese de que as águas do rio são resultantes do eflúvio do

aqüífero e que o rio, por sua vez, transborda e alimenta o aqüífero raso.

5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 – GEOQUÍMICA DA ÁGUA SUBTERRÂNEA

A caracterização das águas subterrâneas do baixo curso do rio Macaé permitiu definir as

fácies geoquímicas bem como os processos reinantes que determinam a situação

hidrogeológica local, com seus condicionantes e particularidades.

Um modelo hidrogeoquímico foi elaborado com base na caracterização geoquímica

básica, a partir de pressupostos razoáveis do funcionamento hidrogeológico dos aqüíferos

aluvionares e circunvizinhos do baixo curso do rio Macaé. Os resultados são apresentados a

seguir.

5.1.1 – pH, Temperatura e Condutividade Elétrica Medidos em Campo

Durante os procedimentos de amostragem de água subterrânea foram monitorados em

campo os parâmetros pH, temperatura e condutividade elétrica. Os valores médios dos

parâmetros monitorados são apresentados no quadro 13, a seguir, os quais forneceram

informações relevantes a respeito das características físico-químicas das águas subterrâneas

na área de estudo.

O valor médio de pH encontrado para as águas subterrâneas da bacia hidrográfica do rio

Macaé foi de 5,76. Os valores de pH para os piezômetros variam entre 5,03 (Pz 33) e 6,44 (Pz

02), e para os poços cadastrados entre 3,93 no poço CAC 39, e 7,21 no poço CAC 20. Esses

valores são um pouco mais ácidos do que era inicialmente esperado, mas uma análise

detalhada da situação indica que os aqüíferos locais são rasos, situados em zona originalmente

brejosa, rica em matéria orgânica, o que pode explicar tais valores.

A temperatura das águas subterrâneas reflete a temperatura média anual ou a

temperatura da formação, no caso de uma circulação mais profunda. Uma temperatura que se

mostra mais constante ao longo do ano representaria uma água com circulação mais lenta e

mais profunda, enquanto que uma variação significativa da temperatura ao longo do ano pode

representar uma água jovem, com pequeno tempo de residência e provavelmente mais

vulnerável à contaminação.

Quadro 13 – Valores médios dos parâmetros físico-químicos monitorados nas águas subterrânea da Bacia do

rio Macaé.

Parâmetros físico-químicos das águas subterrâneas da Bacia do rio Macaé

Poço UTM N UTM E T (ºC) pH CE (mS/cm)

Pz 01 7533705 203975 24.4 5.99 0.5

Pz 02 7532168 203381 25.1 6.44 0.36

Pz 03 7533701 205070 24.3 5.19 0.28

Pz 04 7534652 204933 25.2 5.43 0.13

Pz 06 7537560 196700 25.0 5.93 0.15

Pz 07 7537432 196979 24.2 5.96 0.15

Pz 12 7535110 195991 25.1 5.28 0.28

Pz 13 7536811 194146 24.9 6.31 0.13

Pz 14 7532565 200872 24.6 5.69 0.19

Pz 15 7530751 194860 24.3 5.87 0.12

Pz 18 7538859 199494 24.8 5.82 0.23

Pz 25 7528012 192683 24.7 5.87 0.44

Pz 26 7534362 204159 25.2 6.18 0.17

Pz 27 7533515 202207 25.7 5.56 0.19

Pz 28 7531536 203708 24.6 5.84 0.42

Pz 29 7533327 204627 25.2 6.41 0.61

Pz 30 7536602 203725 24.4 6.38 0.19

Pz 33 7528332 194455 24.9 5.03 0.25

Pz 40 7532224 198249 26.2 5.53 0.29

Pz 41 7534815 206127 25.7 6.15 0.17

Pz 42 7534249 205945 24.5 6.22 1.1

Pz 44 7535386 196099 23.9 5.62 0.18

Pz 45 7537024 197072 24.1 5.51 0.13

CAC 12 7535434 211804 25.2 5.33 0.18

CAC 14 7535916 212259 25.5 4.95 0.14

PTR 15 7534253 211986 25.1 5.58 0.52

CAC 16 7533409 212003 23.8 5.61 0.18

CAC 19 7525931 211207 24.5 5.44 0.45

CAC 20 7526311 211470 24.7 7.21 0.59

PTR 23 7527210 210150 25.8 6.16 0.37

PTR 24 7527017 209916 24.4 5.75 0.23

PTR 25 7527602 210699 24.5 6.07 0.3

CAC 26 7528191 210220 25.6 5.24 0.39

PTR 27 7528325 209308 25.7 4.26 1.61

PTR 29 7526504 210305 25.6 4.60 0.16

CAC 32 7531885 210833 25 6.39 0.3

PTR 33 7530777 209651 25.3 6.58 0.59

PTR 34 7531723 208582 24.7 5.23 1.3

PTR 35 7532132 208494 24.4 6.68 0.83

PTR 38 7531302 212744 24.7 5.53 1.66

CAC 39 7530867 213253 24.4 3.93 0.91

PTR 43 7529498 210989 26.6 6.13 1.48

CAC 44 7530168 214578 25 6.96 0.76

O valor médio de temperatura para todas as águas subterrâneas locais é de 24,9

C. O

valor médio para as águas provenientes dos piezômetros é quase o mesmo, de 24,8

alcançando a maior amplitude de grau geotérmico (6,1

C) no piezômetro Pz 13 com um

máximo de 28,5

C no mês de março 2005, e valor mínimo de 22,4

C em agosto de 2004 e

2005. A menor amplitude de variação para esses poços foi a de 1,2

C no Pz 7,

desconsiderando-se a variação de 0,6

C no Pz 40 devido a sua escassez de medidas. Já para os

poços cadastrados a maior amplitude de grau geotérmico foi de 3,7

C tanto para os poços

cacimba CAC 14 e CAC16, quanto para o poço tubular raso PTR 25, mostrando que não há

grandes diferenças de temperatura em relação a profundidade dos poços. A menor amplitude

de variação para esses poços foi a de 1,4

C no CAC 26 e 0,5

C no PTR 15, desconsiderando-

se a variação nula no PTR 35, devido à escassez de medidas.

Nota-se que, embora as diferenças entre os pontos extremos medidos sejam

consideráveis, não há um trend de variação definido, considerando-se a posição geográfica e,

sobretudo, a profundidade do local de medição. De acordo com as tabelas de parâmetros

físico-químicos monitorados em anexo (Anexo 1), pode-se observar para os poços

cadastrados que, tanto em pequenas profundidades como a mais de 12 m, a temperatura da

água subterrânea varia de 22°C a quase 29°C. Esse dado é pouco esclarecedor e pode indicar

o efeito de variações sazonais pela rápida circulação das águas, aliado a caminhos

preferenciais verticais que permitam uma rápida infiltração da água. Nota-se que a maioria

dos valores medidos estão acima da média anual da temperatura do ar na região, de cerca de

22°C, segundo os dados de Luz (2003). Isto poderia indicar uma insolação prévia à entrada da

água de recarga, indicativa de efeitos evaporativos.

O valor médio de condutividade elétrica observado para todas as águas subterrâneas

locais foi de 0,46 mS/cm. Os valores médios para os piezômetros variaram de 0,12 mS/cm no

PZ 15, a 1,1 mS/cm no PZ 42, que corresponderiam a águas de salinidade baixa a alta. Para os

poços cadastrados, foram observados valores de 0,14 mS/cm a 1,66 mS/cm, nos poços CAC

14 e PTR 38, respectivamente, que também corresponderiam a águas de salinidade baixa a

alta. No entanto a análise apenas dos resultados da condutividade elétrica, sem o parâmetro

STD (sólidos totais dissolvidos) pode induzir erros na avaliação da salinidade das águas. Os

valores mais altos encontrados para alguns dos poços cadastrados podem estar relacionados

também a sua locação em terrenos quaternários que compreendem coberturas aluvionares,

flúvio-lagunares e marinhas. Duas possibilidades podem ser aventadas para explicar a maior

salinidade e conseqüente aumento da condutividade elétrica em alguns dos poços (PTR 27,

PTR 38 e PTR 43; em menor escala o PTR 34, PTR 35 e Pz 42): 1) contato com os

sedimentos de origem marinha que, por razões de baixa permeabilidade e/ou presença de

zonas estagnadas, possam manter elevada salinidade em certos locais; 2) efeitos evaporativos

associados a águas superficiais empoçadas – eventualmente em cheias do próprio rio Macaé -

ou mesmo ação antrópica.

Com base nos valores obtidos em campo e laboratório, foi elaborado um mapa de

isovalores de condutividade elétrica (figura 20), utilizando o software Arcview 9 da ESRI,

onde observamos que as áreas mais condutivas são as mais próximas ao litoral da cidade de

Macaé e ao rio Macaé, a SE da área de estudo, o que poderia demonstrar um processo de

salinização das águas subterrâneas locais. Esta influência é diretamente observada nas épocas

de chuvas fortes, quando o rio Macaé transborda deixando inundada extensa área de sua

planície de inundação. O trabalho de Amaral (2003), onde são modelados os efeitos de

oscilação de maré na salinidade da foz e baixo curso do rio Macaé, apresenta perfis de

salinidade que mostram a relativamente pequena, porém ainda atuante, presença de cunha

salina no rio, mesmo em pontos próximos ao PTR 43. Esses resultados, porém, dificilmente

podem ser correlacionados com os valores encontrados nos piezômetros, que são bem

maiores.

Em contrapartida, as áreas de menor condutividade elétrica coincidem com áreas de

domínios colinosos, de acordo com o mapa de relevo de Luz (2003), que correspondem aos

altos topográficos definidos por Barbosa e Silva Jr. (2005) como locais onde a água

subterrânea sofre maior influência da água da chuva, e que funcionam como áreas de recarga

do aqüífero, com descarga direcionada aos canais principais dos rios São Pedro e Macaé.

Figura 20 – Mapa de condutividade elétrica para a área de estudo (valores em mS/cm). As linhas com cores mais escuras indicam uma maior condutividade. Na

porção sudeste do mapa destacam-se os maiores valores de condutividade coincidindo com a proximidade à linha de costa da cidade de Macaé.

5.1.2 – Caracterização Química

5.1.2.1 – Cálculo do Erro das Análises

Nos cálculos de eletroneutralidade para as amostras analisadas, foram obtidos erros

iônicos superiores a 10% em 7 das 22 amostras para os piezômetros, com 6 delas

apresentando concentrações de cátions maiores que as de ânions, conforme ilustrado na figura

21. Para os poços cadastrados foram obtidos erros iônicos superiores a 10% em 5 das 14

amostras analisadas, sendo que, 3 delas apresentaram as concentrações de cátions maiores que

as de ânions, conforme ilustrado na figura 22.

-40.0

-30.0

-20.0

-10.0

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

Eletroneutralidade (%)

Figura 21 – Distribuição dos valores de eletroneutralidade das amostras de água dos piezômetros analisadas no

laboratório Hidroquímica Engenharia e Laboratórios Ltda.

CAC 12

CAC 14

PTR 15

CAC 19

CAC 26

PTR 29

CAC 32

PTR 33

CAC 44

CAC 39

PTR 34

PTR 23

CAC 20

CAC 16

-40.0

-30.0

-20.0

-10.0

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

Eletroneutralidade (%)

Figura 22 – Distribuição dos valores de eletroneutralidade das amostras de água dos poços cadastrados

analisadas no LAMIN/CPRM e no Laboratório Experimental de Hidrogeologia da UFRJ.

A condutividade elétrica da água pode influenciar o erro analítico. Para condutividades

entre a 0,2 e 0,5 mS/cm, como as apresentadas pela maioria das amostras deste estudo,

Custódio e Llamas (1983) consideram aceitável um erro analítico de 8% a 10%. Appelo e

Postma (1993), sugerem a avaliação do erro analítico através da utilização do gráfico de

condutividade elétrica de campo versus o somatório de cátions e ânions (figuras 23 e 24).

0 250 500 750 1000 1250

CE (µS/cm)

Soma Cátions (meq/L)

0 250 500 750 1000 1250

CE (µS/cm)

Soma Ânions (meq/L)

Figura 23 – Gráficos das relações entre a condutividade elétrica de campo e o somatório de cátions e ânions em

meq/L para os piezômetros analisados. A reta ilustra a relação ideal de

∑

cátions/anions (meq/L) = 0,009 x

condutividade elétrica (µS/cm).

0 100 200 300 400 500 600 700 800

CE (µS/cm)

Soma Cátions (meq/L)

0 100 200 300 400 500 600 700 800

CE (µS/cm)

Soma Ânions (meq/L)

Figura 24 – Gráficos das relações entre a condutividade elétrica de campo e o somatório de cátions e ânions em

meq/L para os poços cadastrados analisados. A reta ilustra a relação ideal de

∑

cátions/anions (meq/L) = 0,009

x condutividade elétrica (µS/cm).

A reta no gráfico acima representa a relação ideal Σcátions/ânions (meq/L) = 0,009 x

condutividade elétrica (mS/cm). Nota-se que no gráfico Σânions vs. Condutividade Elétrica,

as amostras estão mais próximas desta reta da relação ideal, enquanto que, no gráfico Σcátions

vs. Condutividade Elétrica, as amostras estão bem mais dispersas, sobretudo nas amostras

referentes aos piezômetros. Isso indicaria que os maiores valores de erros analíticos estão

associados aos cátions, o que se pode dever à ocorrência de processos de precipitação de

metais durante o transporte ou armazenamento das amostras. Outra hipótese seria a

acidificação prévia à filtração, que solubilizaria material particulado, incluindo colódides.

5.1.2.2 – Classificação das Águas

O estudo e visualização dos resultados de análises químicas (Quadro 14) podem ser

simplificados com a utilização de gráficos e diagramas, como o Diagrama Triangular de

Piper, que serve para classificar e comparar os distintos grupos de água quanto aos íons

dominantes. No Diagrama de Piper das águas subterrâneas da bacia hidrográfica do rio Macaé

(piezômetros, poços cacimba e poços tubulares rasos), pode-se observar composição

hidroquímica distinta para os 3 conjuntos de poços analisados (figura 25).

A análise no Diagrama de Piper para os piezômetros mostra, de uma maneira geral, uma

tendência à fácies sulfatada magnesiana (piezômetros Pz 1, Pz 25, Pz 27 e Pz 28) a cálcica

(piezômetro Pz 3) ou bicarbonatada magnesiana (piezômetros Pz 2, Pz 12, Pz 15 e Pz 29). Os

piezômetros Pz 4, Pz 18, Pz 33, Pz 42 e Pz 45 possuem água do tipo sulfatada sem cátion

predominante. Nos piezômetros Pz 13, Pz 30 e Pz 44 as águas são do tipo bicarbonatada sem

ânion predominante.

Ocorrem alguns poços sem tipo hidroquímico predominante, como os piezômetros Pz 6,

Pz 26, Pz 40 e Pz 41, e um poço, o Pz 07, com água cloretada magnesiana.

A análise dos resultados do Diagrama de Piper para as águas dos poços cadastrados

(poços cacimba e poços tubulares rasos) mostra, de uma maneira geral, uma tendência à fácies

cloretada sódica (CAC 12, CAC 14, PTR 15, CAC 16, PTR 23 e CAC 39), sendo que no poço

CAC 19 a água é do tipo cloretada sem cátion predominante. Outra tendência é a fácies

bicarbonatada representada pela água bicarbonatada sódica no PTR 33 e cálcica no poço CAC

44, sendo a água do poço CAC 20 do tipo bicarbonatada sem cátion dominante.

As águas dos poços PTR 29 e PTR 34 podem ser classificadas, respectivamente, como

sulfatada sódica e sulfatada sem cátion predominante. Ocorrem alguns poços sem tipo

hidroquímico predominante, como os poços CAC 26 e CAC 32.

As águas do rio Macaé mostraram fácies hidroquímica mista, com uma pequena

tendência a um caráter mais magnesiano, assim como ocorre com os piezômetros.

Quadro 14 – Resultados das análises químicas nas águas subterrâneas dos poços da bacia do rio Macaé. Valores expressos em mg/L.

Poço Na

Mg Ca Mn Fe NH4 F Cl SO4 NO3 HCO3 P SIO2

PZ 1 11 3 90 70 10.4 33.5 7 0.2 12 160 0.01 34.16 0.1 15

PZ 2 14 3 40 50 0.38 20 5.6 0.2 25 10 0.01 61 0.21 13

PZ 3 10 3 10 30 0.57 0.82 0.1 0.2 10 40 0.07 24.4 0.025 6

PZ 4 15 1.4 8 4 0.1 0.55 0.1 0.2 10 30 0.01 7.32 0.025 1

PZ 6 15 10 10 20 0.31 0.1 0.26 0.2 25 30 0.11 12.2 0.05 6

PZ 7 10 1 20 10 0.1 9 0.02 0.2 250 250 10 36.6 1.4 0.025

PZ 12 8 5 10 10 0.1 2.1 0.1 0.2 10 1 0.1 30.5 0.15 4

PZ 13 10 5 10 10 0.1 1.7 0.19 0.2 2 1 0.01 48.8 0.11 4

PZ 15 6 1.3 16 8 0.1 0.69 1.2 1.4 5 10 0.62 24.4 0.025 5

PZ 18 10 6 4 6 5.3 15 0.19 0.2 5 50 0.01 36.6 0.025 2.2

PZ 25 10 10 40 30 0.19 1.45 0.1 0.2 8 60 2.18 39.04 0.06 5

PZ 26 6 0.7 10 30 0.66 1.6 0.47 0.2 9 20 0.01 36.6 0.025 1.3

PZ 27 8 2 30 20 0.25 0.2 1.4 0.2 5 60 0.03 4.88 0.025 6

PZ 28 10 3 60 20 0.34 8.6 0.1 0.2 6 80 0.01 36.6 0.07 12

PZ 29 8 4 100 150 0.87 1.69 3.7 0.2 15 120 0.03 207.4 0.07 15

PZ 30 20 3 10 20 0.1 1.1 0.1 0.2 10 20 0.01 48.8 0.05 12

PZ 33 30 9 20 50 1.15 0.1 0.1 0.2 8 80 0.01 0 0.025 6

PZ 40 12 6 30 40 0.53 2 4.6 0.2 19 25 0.1 43.92 0.04 8

PZ 41 10 2 30 10 0.1 6.8 0.1 1.4 10 23 0.01 36.6 0.09 3

PZ 42 50 20 60 100 1.43 30 0.45 0.2 60 250 0.01 73.2 0.025 8

PZ 44 10 1 10 20 0.1 1.29 0.1 0.2 2 10 0.2 36.6 0.05 4

PZ 45 10 1.1 10 10 0.1 2.31 0.1 0.2 3 30 0.01 14.64 0.06 6

CAC 12 25.9 5.3 4.29 3.86 0.003 0.102 0.2 0.1 36.9

13.2

4.5 13.054 0 8.1

CAC 14 10 2.2 1.79 3.36 0.018 0.07 0 0.1 15.3

5.3

1.5 9.15 0.065 3.2

PTR 15 57 5.5 16.8 11.1 0.062 0.06 0 0.1 129.6

6.1

0.5 15.494 0 22.8

CAC 16 16.2 3 2.99 4.21 0.017 0,003 0 0.1 19.8

8.1

0.5 16.958 0.163 5.4

CAC 19 31.4 23.6 10.11 16.47 0.131 0.065 0.2 0.1 69.3

24.6

9 13.664 0.62 5.5

CAC 20 24.1 9.7 10.86 40 0.004 0.022 0.2 0.1 25.2

59.6

3 138.104 0 8.3

PTR 23 35.4 5.3 6.4 5.48 0.002 0.006 0 0.3 45.9

10.5

1 48.19 0 41.5

CAC 26 16.3 14.5 4.58 12.34 0.093 6.864 1.6 0 38.7

62.6

2.5 43.188 7,076 8.5

PTR 29 11 8 1.97 3.69 0.078 0.55 0.7 0 16.2

26.5

1 2.44 1,304 4.2

CAC 32 18.5 7.3 1.18 0.42 10.94 28.07 0 0.2 25.2

18.1

11 48.678 0 7.3

PTR 33 51.4 9.6 13.99 12.76 0.228 0.074 0.1 0.4 45.9

6.7

5.5 125.416 0.783 27.6

PTR 34 28.5 8 13.51 16.71 1.581 0.198 0.3 0 21.6

108.2

1.5 7.808 1,728 4

CAC 39 133 9.9 17.84 35.32 1.576 0.134 0 0.1 141.3

33.4

22 0 0 3.9

CAC 44 36 7.1 7.61 120 0.005 0.011 1.5 0.2 42.3

55.9

14 242.78 0 5.9

Figura 25 – Diagrama de Piper ilustrando as composições químicas das águas do rio Macaé e das águas

subterrâneas da bacia.

O mapa dos tipos hidroquímicos, com os Diagramas de Stiff para as águas subterrâneas

da bacia hidrográfica do rio Macaé (figura 26) ilustra bem as diferenças de composição das

águas dos distintos tipos de captação. É nítido o caráter mais sulfatado das águas dos

piezômetros concentrados na parte central do aluvião do rio Macaé. Já os poços cadastrados

mostram em sua maioria composição mais cloretada, o que seria explicado pela proximidade

com a costa que causaria salinização destas águas.

Outra hipótese para a maior salinidade destas águas é que estas se encontram em

drenagens mais interiores e preservadas, que segundo Martin et. al. (1997) são áreas de

antigos pãntanos, ricas em sais e matéria orgânica, o que acarretaria no fenômeno de redução

de sulfato, explicando os baixos teores de sulfato nas águas destes poços.

Os parâmetros ferro total e manganês total para os piezômetros se encontraram acima

do limite estabelecido pelo CONAMA 357/05 para corpos hídricos de classe 1 (Anexo 2) em

vários piezômetros, como pode ser observado à partir da tabela de resultados das análises

químicas das águas subterrâneas (quadro 14) e do quadro 15. Como resumido no quadro 15,

apenas o piezômetro Pz 6 possui o teor de ferro total abaixo do limite. Quanto ao manganês

total, mais da metade dos piezômetros está acima do limite tolerável. Os altos teores destes

elementos são comuns neste tipo de ambiente geológico (depósitos aluvionares em regiões

tropicais).

Os resultados bacteriológicos mostraram a presença de coliformes fecais e totais acima

dos limites do CONAMA 357/05 para corpos hídricos Classe 1 (Anexo 2). Como observado

no quadro 15, os piezômetros Pz 3, Pz 29, Pz 40, Pz 42, Pz 44 e Pz 45 apresentaram

contaminação bacteriológica acima do permitido pelo CONAMA.

Quadro 15 – Parâmetros químicos e biológicos das águas dos piezômetros comparados aos limites

estabelecidos pelo CONAMA 357/05 para águas doces classe 1.

Parâmetros Colif. Totais Colif.Fecais Fe Total

Total

Limite

Classe 1

1000 em

100 ml

200 em

100 ml

0,30mg/l 0,10mg/l

Pz 1 11 2 33,50 10,40

Pz 2 30 7 20,00 0,38

Pz 3 2200 70 0,82 0,57

Pz 4 110 <2 0,55 < 0,1

Pz 6 <2 <2 < 0,1 0,31

Pz 7 <2 <2 9,00 0,10

Pz 12 220 <2 2,10 < 0,1

Pz 13 30 <2 1,70 < 0,1

Pz 15 700 <2 0,69 < 0,1

Pz 18 500 50 15,00 5,30

Pz 25 240 22 1,45 0,19

Pz 26 8 2 1,60 0,66

Pz 27 300 17 0,20 0,25

Pz 28 80 <2 8,60 < 0,1

Pz 29 600 500 1,69 0,87

Pz 30 300 14 1,10 < 0,1

Pz 33 110 23 0,10 1,15

Pz 40 1600 220 2,00 0,53

Pz 41 80 22 6,80 < 0,1

Pz 42 9000 500 30,00 1,43

Pz 44 1300 110 1,29 < 0,1

Pz 45 1600 30 2,31 < 0,1

Dentro do padrão

Figura 26 – Mapa dos tipos hidroquímicos das águas da Bacia Hidrográfica do rio Macaé.

Os outros parâmetros físico-químicos se encontram dentro dos padrões de qualidade.

Nota-se a ocorrência de valores altos de cloreto em alguns poços, mas estes resultados podem

estar influenciados pela grande quantidade de material em suspensão no interior dos mesmos.

O parâmetro manganês total para os poços cadastrados se encontra acima do limite do

Conselho Nacional de Meio Ambiente - CONAMA 357/05 (Anexo 2) em vários poços, como

pode ser observado no quadro 16. Os poços CAC 26 e CAC 32 possuem teor de ferro total

acima do limite. Quanto ao alumínio, mais da metade dos poços está acima do limite

tolerável. Os altos teores destes elementos são comuns neste tipo de ambiente geológico

(depósitos aluvionares).

Os valores de nitrato se encontram acima dos valores limites do CONAMA nos poços

tipo cacimba CAC 32, CAC 39 e CAC 44. O nitrato representa o estágio final da oxidação da

matéria orgânica e teores acima de 5 mg/L, como os encontrados nestes poços, podem ser

indicativos de contaminação da água subterrânea por atividade humana (esgotos, fossas

sépticas, depósitos de lixo, cemitérios, adubos nitrogenados, resíduos de animais etc.). Isso se

justificaria facilmente pelas precárias condições sanitárias de alguns destes poços instalados

junto à criação de animais, destacando que muitos deles sequer possui um sistema de

“vedação” eficiente, ficando exposto a qualquer tipo de detritos e sujeira (figura 27). Os

outros parâmetros físico-químicos se encontram dentro dos padrões de qualidade.

Quadro 16 – Parâmetros das águas dos poços cadastrados comparados aos limites estabelecidos pelo

CONAMA 357/05 para águas doces classe 1.

Parâmetros

(mg/L)

Mn total

(mg/L)

Al total

(mg/L)

Limite classe 1 0,30 0,10 3,7 (pH≤7,5) 10.00 1,40 0,10

CAC 12

0,102 0,003 0,2 4,5 0,1

0,2

CAC 14

0,07 0,018 0 1,5 0,1

0,3

PTR 15

0,06 0,062 0 0,5 0,1 <0,1

CAC 16

<0,004 0,017 0 0,5 0,1 <0,1

CAC 19

0,065

0,131 0,2 9 0,1 0,3

CAC 20

0,022 0,004 0,2 3 0,1 <0,1

PTR 23

0,006 0,002 0 1 0,3 <0,1

CAC 26

6,864 0,093 1,6 2,5 0 10,8

PTR 29

0,55 0,078 0,7 1 0

0,2

CAC 32

28,07 10,94 0 11 0,2 27,2

PTR 33

0,074

0,228 0,1 5,5 0,4 <0,1

PTR 34

0,198

1,581 0,3 1,5 0 0,3

CAC 39

0,134

1,576 0 22 0,1 6,6

CAC 44

0,011 0,005 1,5

14 0,2 <0,1

Valores acima do limite

Os Diagramas Logarítmicos de Schoeller (figura 28 e 29) mostram o comportamento

hidrogeoquímico dos piezômetros e dos poços cadastrados, respectivamente. Nota-se nítida

diferença de comportamento para os 2 gráficos, ilustrando as diferenças de posicionamento

geográfico entre ambos. Para os piezômetros, a maior parte dos valores para os íons cloreto e

sódio se encontram entre 5 e 30 mg/L, enquanto que para os poços cadastrados esses valores

se concentram entre 10 e 100 mg/L, mostrando o caráter mais salino destas águas, justificado

por sua localização próxima ao litoral.

Figura 27 – Precariedade das condições sanitárias e de instalação de um poço-cacimba cadastrado, com

vedação ineficiente e por vezes livre acesso de animais ao poço.

No diagrama referente aos piezômetros a grande variação nas concentrações do íon

sulfato, sobretudo para os piezômetros Pz 12 e Pz 13, poderia ser explicada pelo fenômeno da

redução de sulfato. A importância da redução de sulfato em sistemas aqüíferos depende da

disponibilidade de matéria orgânica e do suprimento de sulfato e obedece à reação (Appelo e

Postma, 1993):

2CH

O + SO

-2

→ 2HCO

+ H

Onde: CH

O, é usado para representar simplificadamente a matéria orgânica.

Nas áreas de planícies fluviais de Macaé, os solos são formados pela deposição de

sedimentos aluvionares, apresentando textura argilosa-orgânica. Aliado a isso, as lagoas de

Imboacica, Cabiúnas e Comprida seriam importantes fontes de carbono, onde uma

considerável parcela do carbono orgânico dissolvido (COD), acumulado no sedimento, seria

oriundo das restingas. Isso explicaria os teores de carbono orgânicos que facilitariam a

ocorrência do fenômeno de redução de sulfato.

Na figura 23, o Diagrama Logarítmico de Schoeller para os poços cadastrados revela

um comportamento bem mais homogêneo para todos íons, com exceção dos íons cálcio e

sulfato, destacando o poço CAC 32 com valores de cálcio bem abaixo da média. O poço

tubular raso PTR 34 possui valor muito elevado para o íon sulfato, o que poderia ser

explicado pelo uso de enxofre como insumo agrícola para correção de solos e adubo para

plantações, e também para recuperação de capim das pastagens, atividades desenvolvidas na

área onde este poço está locado.

Figura 28 – Diagrama logarítmico para o comportamento hidrogeoquímico dos piezômetros. Nota-se o

comportamento homogêneo para a maioria dos íons, com exceção do íon sulfato para os piezômetros Pz 12 e Pz

13 e o íon cloreto para o piezômetro Pz 7 de fácies cloretada.

Figura 29 – Diagrama logarítmico para o comportamento hidrogeoquímico dos poços cadastrados: grupo 1 –

poços cacimba e grupo 2 – poços tubulares rasos. Nota-se o comportamento bem mais homogêneo para todos

íons, com exceção do íon cálcio para o poço CAC 32 de fácies mista e caráter mais sódico.

5.1.2.3 – Razões Iônicas

Algumas das razões mais amplamente utilizadas em estudos hidrogeoquímicos são

bastante relevantes para este estudo, tais como as razões rMg

/rCa

, rK

/rNa

, rNa/rCl

rHCO

/rCl

, que nos reportam processos importantes na composição e dinâmica

hidrogeoquímica locais. No quadro 17 são ilustrados os valores destas razões encontradas

para os poços na área de estudo, em comparação aos valores reportados na literatura por

Schoeller (1955 e 1962), Custodio e Llamas (1983) e Hem (1985).

Para melhor análise destas relações, foi adotado o critério de localização geográfica que

separa os poços cadastrados (cacimbas e poços tubulares) dos piezômetros, devido à

proximidade dos poços cadastrados do litoral.

A média da razão

rMg

/rCa

para as águas dos piezômetros é de 1,89, mostrando que

estas águas têm relação com litotipos ricos em silicatos magnesianos, corroborando com a

classificação das fácies hidroquímicas, que apontou caráter nitidamente magnesiano para os

tipos sulfatados, bicarbonatados e cloretados.

A Unidade Italva apresenta corpos de mármore calcítico na sua composição, e estão

presentes na área da bacia hidrográfica do rio Macaé. Três dos poços que apresentaram os

valores mais altos para essa razão se encontram nesta unidade. O restante das amostras teria

relação com litotipos ricos em silicatos magnesianos, como biotita encontrada nos gnaisses

das Unidades Desengano, São Fidélis e Região dos Lagos, e da hornblenda encontrada nos

gnaisses da Unidade São Fidélis.

Os poços cadastrados obtiveram razão

rMg

/rCa

média de 1,28 e 1,69 para os poços

cacimba e os poços tubulares rasos respectivamente, mostrando a mesma relação com

litotipos ricos em silicatos magnesianos, que seriam provenientes dos gnaisses com biotita das

Unidades Região dos Lagos e São Fidélis, tendo os últimos, também, hornblenda em sua

composição.

Porém, se estiver ocorrendo precipitação de CaCO

, a razão aumenta sem que isso

indique de fato que tipo de terreno foi atravessado. O aumento da razão talvez ocorra devido

aos processos de troca iônica que produzem abrandamento da água, pelo fato do Ca

fixar-se

mais que o Mg

Os valores de 0,20, 0,22 e 0,17 da razão

/rNa

para piezômetros, cacimbas e poços

tubulares rasos caracterizam estas águas como doce, não demonstrando diferenças

significativas para qualquer grupo de poços.

A razão

rCl

/rNa

mostra diferença de quantidade do denominador em relação ao

numerador. As rochas ígneas não liberam cloreto, fato que justificaria os valores dessa razão

para os piezômetros (2,51), cacimbas (1,12) e poços tubulares rasos (1,12), apontando para

águas que circulam em rochas cristalinas.

A figura 30 ilustra a relação iônica

rCl

/rNa

para os poços cadastrados. A maioria dos

poços cadastrados, assim como ocorre com os piezômetros, encontra-se acima do trend

assumido pela razão molar

rCl

/rNa

da água do mar (rNa = 0,87 x rCl). Isto indica que a

relação

rCl

/rNa

é menor nas águas da área estudada que na água do mar, indicando um

enriquecimento relativo em sódio.

Quadro 17: Razões Iônicas para as águas da bacia hidrográfica do rio Macaé

Médias

Razão Iônica

Variações

Teóricas

Significado

Piezômetros CAC PTR

0,25-0,33

-água de circulação em rocha com composição

granítica

0,33-1,5

-águas continentais

>0,9

-contato com água do mar ou fluxo através de

rocha básica

possível influência de terrenos dolomíticos

-relações com litotipos ricos em silicatos

magnesianos

rMg

/rCa

±5

-água do mar

1,89 1,28

1,69

0,02-0,025

-água do mar

0,09-0,6

-água de circulação em rocha com composição

granítica

/rNa

0,004-0,28 - “água doce”

0,20

0,22 0,17

= 0,876

-água do mar

substituição de Na

por Ca

e Mg

<0,876 -precipitação de sais de Na

rNa

/rCl

>0,876

-fluxo através de rochas cristalinas ou

vulcânicas

2,51

1,12 1,34

0,5

-fluxo normal para rochas cristalinas

0,1-5

-águas continentais

rCl

/rHCO

233 -água do mar

1,30 2,39 6.57

0.2

0.4

0.6

0.8

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

rCl (meq/L)

rNa (meq/L)

Figura 30 – Relação iônica rCl

/rNa

para os poços cadastrados. A linha vermelha tracejada indica a relação

iônica rCl

/rNa

da água do mar.

A relação iônica rCl

/rHCO

para os piezômetros, ilustrada na figura 31, mostra que

essas águas têm composição de caráter continental uma vez que se encontram abaixo do trend

das águas continentais (trend inferior). Para os poços cadastrados, a relação iônica rCl

/rHCO

, ilustrada na figura 32, mostra que essas águas têm composição continental à intermediária

entre as águas continentais (trend inferior) e a água do mar (trend tracejado superior), muito

embora a média de 3,38 nos indique caráter unicamente continental para estas águas.

0.5

1.5

2.5

3.5

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5

rHCO3 (meq/L)

rCl (meq/L)

Figura 31 – Relação iônica rCl

/rHCO

para os piezômetros. A linha vermelha tracejada superior indica a

relação iônica rCl

/rHCO

média da água do mar. A linha vermelha inferior indica a relação iônica rCl

HCO

média das águas continentais.

0.5

1.5

2.5

3.5

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

rHCO3 (meq/L)

rCl (meq/L)

Figura 32 – Relação iônica rCl

/rHCO

para os poços cadastrados. A linha vermelha tracejada superior indica

a relação iônica rCl

/rHCO

média da água do mar. A linha vermelha inferior indica a relação iônica

rCl

/rHCO

média das águas continentais.

5.2 – MODELAGEM HIDROGEOQUÍMICA

5.2.1 – Distribuição das Espécies Químicas na Bacia Hidrográfica do rio Macaé

A especiação é a distribuição de espécies aquosas no equilíbrio entre íons livres, pares

de íons e complexos iônicos (parte integrante da distribuição de fases, transferência de massa,

e cálculo de caminho da reação). A especiação significa, portanto a forma química do

elemento (por exemplo, o estado de oxidação de um metal, se ele está complexado ou livre).

É, portanto, de grande importância na tentativa de compreensão dos processos que ocorrem

nos sistemas hidrogeológicos e que resultam nas águas observadas.

Obviamente, a especiação realizada com o modelo geoquímico está condicionada pela

base termodinâmica e algoritmo empregado no modelo, no caso o PHREEQC, bem como pela

qualidade da análise química utilizada, o que faz com que seus resultados sejam hipóteses que

muitas vezes não representam fielmente a realidade.

Portanto, a discussão sobre a especiação dos componentes maiores nos piezômetros e

poços cadastrados (poços cacimba e poços tubulares rasos) será realizada de maneira sucinta

pela similaridade nos resultados, embora algumas espécies demonstrem diferentes

percentagens para cada um dos grupos individualizados.

Para os piezômetros, as espécies presentes em maior quantidade são compostas pelos

íons fundamentais: carbono, magnésio, cálcio, cloreto, sulfato, sódio, potássio e silício. O

nitrato, íon secundário, também aparece nesses poços, embora dentro dos limites

estabelecidos pelo CONAMA para águas de Classe 1. O ferro e o manganês aparecem num

percentual pequeno, como normalmente acontece, por se tratar de elementos secundários e

traços. Entretanto, em muitas amostras, eles ultrapassaram o limite estabelecido pelo

CONAMA 357/05.

Para os poços cadastrados (CAC e PTR), as espécies presentes em maior quantidade são

compostas pelos íons fundamentais: carbono, sódio, cloreto, cálcio, magnésio, sulfato,

potássio e silício. O nitrato, íon secundário, também aparece nesses poços devido ao elevado

teor que apresentam nos poços do tipo cacimba, muitas vezes acima dos limites estabelecidos

pelo CONAMA. O alumínio, o ferro e o manganês, embora apareçam num percentual

pequeno para estes poços ultrapassaram, em muitos poços, o limite estabelecido pelo

CONAMA.

5.2.2 – Índices de Saturação dos Pontos de Água da Bacia Hidrográfica do rio Macaé

O índice de saturação de cada fase mineral foi calculado pelo programa PHREEQC, e

está exposto no Anexo 3. A análise do índice de saturação se deu, então, a partir dos cálculos

gerados pelo programa, permitindo formular hipóteses sobre o comportamento

hidrogeoquímico das rochas da região onde está inserida a área de estudo.

Devido ao elevado número de amostras analisadas, para os piezômetros eles foram

divididos em 2 grupos: grupo 1 – poços locados nos sedimentos quaternários do aluvião; e

grupo 2 – poços locados no solo residual do embasamento cristalino.

Minerais carbonáticos

Para os grupos dos piezômetros, todos os minerais carbonáticos se encontram

subsaturados em solução (IS<0), exceto para os poços Pz 2 e Pz 42, onde observamos uma

pequena saturação no mineral siderita. Há uma tendência dos minerais no poço Pz 29 estarem

menos subsaturados, como mostrado na figura 33.

Nos poços cadastrados (cacimbas e poços tubulares rasos) todos os minerais

carbonáticos se encontram subsaturados em solução (IS<0), exceto para o poço CAC 39 onde

não foram detectados minerais carbonáticos. Há uma tendência dos minerais nos poços PTR

33, CAC 20 e CAC 44 estarem menos subsaturados e, neste último poço, a calcita se encontra

em equilíbrio como mostrado na figura 34.

-8.00

-7.00

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

PZ-01 PZ-02 PZ-03 PZ-15 PZ-25 PZ-27 PZ-28 PZ-29 PZ-33 PZ-40 PZ-42

Indice de Saturação

Aragonita

Calcita

Dolomita

Rodocrosita

Siderita

Figura 33: Índice de saturação de minerais carbonáticos para os piezômetros do grupo 2. Nota-se que o

mineral siderita encontra-se saturado nos poços Pz 2 e Pz 42.

-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

2.00

CAC-12 CAC-14 CA C-16 CAC-19 CA C-20 CA C-39 CAC-44 PTR-15 PTR-23 PTR-29 PTR-33 PTR-34

Indice de Saturação

Aragonita

Calcita

Dolomita

Rodocrosita

Siderita

Figura 34: Índice de saturação de minerais carbonáticos para os poços cadastrados.

Minerais sulfatados

Para os grupos 1 e 2 dos piezômetros, os minerais sulfatados se encontram também

subsaturados, como é apresentado na figura 35. Para os poços cadastrados, todos minerais se

encontram também subsaturados, exceto o mineral barita que se encontra saturado em alguns

poços, conforme apresentado na figura 36.

-4.00

-3.50

-3.00

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

PZ - 01 PZ - 02 PZ - 03 PZ - 15 PZ - 25 PZ - 27 PZ - 28 PZ - 29 PZ - 33 PZ - 40 PZ - 42

Indice de Saturação

Anidrita

Gesso

Figura 35: Índice de saturação de minerais sulfatados para os piezômetros do grupo 1.

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

CAC-12 CAC-14 CA C-16 CA C-19 CAC-20 CAC-39 CA C-44 PTR-15 PTR-23 PTR-29 PTR-33 PTR-34

Indice de Saturação

Anidrita

Barita

Celestita

Gesso

Figura 36:

Índice de saturação de minerais sulfatados para os poços cadastrados.

Minerais de Ferro

Os 3 tipos de pontos de captação de água (Pz, CAC e PTR) se encontram supersaturados

para os minerais goetita, hematita, magnetita e Fe(OH)

, conforme ilustrado na figura 37, para

os poços cadastrados. Para os piezômetros do grupo 1, os poços cacimba e os poços tubulares

rasos, o Fe(OH)

amorfo e a siderita apresentam índices de saturações muito próximos,

estando subsaturados. O Fe(OH)

amorfo se mostra estável para os piezômetros do grupo 2, e

saturado no CAC 20. Verifica-se, quanto aos minerais de ferro, que as águas do aqüífero

encontram-se saturadas, o que é típico de águas que percolam materiais lateríticos resultantes

da alteração de materiais cristalinos, como é o caso de alguns poços da área de estudo.

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

CAC-12 CA C-14 CA C-16 CAC-19 CAC-20 CAC-39 CAC-44 PTR-15 PTR-23 PTR-29 PTR-33 PTR-34

Indice de Saturação

Fe(OH)3(a)

Fe(OH)2.7C10.3

Goetita

Hematita

Magnetita

Siderita

Figura 37: Índice de saturação de minerais de ferro para os poços cadastrados, ilustrando a condição de

saturação dos minerais de ferro observada na maioria dos poços da área de estudo.

Minerais de Alumínio

Os piezômetros não tiveram o parâmetro alumínio analisado, de maneira que não foram

calculados os índices de saturação deste elemento nestes poços. Nos poços CAC 16, CAC 20,

CAC 44, PTR 15, PTR 23 e PTR 33, o alumínio apresentou concentração inferior ao limite de

detecção do método analítico. Nos poços cacimba, o Al(OH)

, a albita, anortita e a ilita

encontram-se subsaturadas nas águas subterrâneas. A gibsita, a mica potássica e a caulinita se

encontram supersaturadas em quase todos os poços. O CAC 39, a exemplo dos minerais de

ferro, está subsaturado em todos os minerais de alumínio. O poço PTR 29 apresentou

subsaturação para todos os outros minerais, com exceção do mineral caulinita. O poço PTR

34 encontra-se subsaturado nos minerais albita e anortita, alcançando equilíbrio com Al(OH)

amorfo.

5.2.3 – Discussão sobre os Resultados de Índices de Saturação e Cálculos de Especiação

Obtidos com o Programa PHREEQC

É possível observar a partir dos gráficos que, de uma forma geral, todos os pontos de

água observados apresentam semelhança nos índices de saturação, exceto para os minerais

sulfatados, em que os poços cacimba e tubulares rasos se assemelham na saturação dos

minerais anidrita, barita, celestita e gesso, mas mostram diferenças significativas em relação

aos piezômetros do grupo 1 e do grupo 2, que não apresentam os minerais barita e celestita na

composição de suas águas.

Quanto aos minerais carbonatados, os piezômetros, poços cacimba e poços tubulares

rasos mostram comportamento bastante semelhante, com subsaturação em todos os minerais

presentes (aragonita, calcita, dolomita, rodocrosita e siderita) para quase todos os poços, com

exceção do PZ 2, que se mostra saturado em siderita, e o CAC 44, que atingiu o equilíbrio

para a calcita. Os poços PZ 29, CAC 20, CAC 44 e PTR 23 se encontram menos subsaturados

em relação aos demais, no entanto não foi possível estabelecer nenhuma correlação entre eles

uma vez que não se encontram locados na mesma litologia, nem possuem profundidades

semelhantes, já que o PTR 23 é mais profundo que os demais.

Observou-se que para todos os poços a dolomita foi o mineral mais subsaturado. Em

verdade, quando o índice de saturação é muito negativo, o mineral pode na realidade nem

existir na solução na prática, sendo calculado pelo programa a partir dos dados

termodinâmicos de sua base de dados, como um resultado residual das interações

matemáticas. Desse modo, deve-se interpretar os resultados buscando analisar com mais

detalhes os minerais que apresentam índices mais próximos do equilíbrio, pois são os que

compõem, segundo os cálculos do PHREEQC, efetivamente o equilíbrio da solução.

Para os minerais sulfatados há semelhanças entre os poços cacimba e tubulares rasos

(poços cadastrados) que se encontram mais próximos entre si e geograficamente perto do

litoral. Estes se apresentam subsaturados para todos os minerais, com exceção do mineral

barita, que se encontra em situação de saturação nos poços CAC 12, CAC 19, PTR 23 e PTR

34. Os piezômetros Pz 12, Pz 13 e Pz 15 apresentam uma subsaturação da ordem de -3,5 a -5,

mostrando maior solubilidade que os demais piezômetros em relação ao sulfato.

Os minerais de ferro apresentam comportamento semelhante em todos os grupos de

poços, com elevada saturação em hematita e magnetita na maioria dos piezômetros e nos

poços cadastrados CAC 40, CAC 44, PTR 33 e PTR 34. Siderita e Fe(OH)

amorfo são

subsaturados em todos os poços. Destaca-se o poço CAC 39 que se encontra subsaturado para

todos os minerais.

O alumínio só foi analisado para os poços cacimba e tubulares rasos. Os minerais

gibsita, mica potássica e caulinita se encontram supersaturados para quase todos os poços,

com exceção do poço CAC 39 que, a exemplo dos minerais de ferro, também se encontra

subsaturado para todos os minerais de alumínio. Isto poderia indicar que a água deste poço

seria a de maior poder solvente entre os demais poços analisados.

Os poços CAC 12, CAC 19 e PTR 34 seriam os poços com águas de menor poder

dissolvente dentre todos os outros, uma vez que se encontram saturados para diversos

minerais.

Comparando os poços rasos (piezômetros e cacimbas) e os mais profundos (poços

tubulares rasos) do ponto de vista dos índices de saturação dos minerais, é possível constatar

que:

− a calcita, ao contrário dos poços profundos, apresenta-se subsaturada (IS<0) para os

poços rasos. A calcita é um dos minerais mais comuns e disseminados pela crosta

terrestre. A aragonita também aparece no índice de saturação, sendo um mineral muito

menos comum que a calcita. A rodocrosita não é um mineral de ocorrência comum,

logo o fato de aparecer nos cálculos do PHREEQC não significa dizer que realmente

esteja presente na bacia. Porém, o manganês ultrapassou até mesmo o limite do

CONAMA 357/05, ou seja, a fonte do manganês pode ser a rodocrosita, que está

presente nos materiais geológicos regionais com certa freqüência;

− os minerais de ferro apresentam tendência à precipitação, tanto nos poços rasos como

nos profundos. A hematita e a magnetita (óxidos de ferro) obtiveram índice de

saturação mais elevado em todos os poços, independente de suas profundidades. A

hematita e a magnetita podem ter sua fonte nos granitos presentes na região de estudo.

A goetita (óxido de ferro hidratado), mineral associado ao quartzo por alteração de

sulfetos como pirita, também aparece precipitada. Outro mineral que também apareceu

dentro dos óxidos de ferro, foi hidróxido de ferro amorfo, que está associado a alguns

minerais que ocorrem na calha do rio Macaé, como a magnetita e hornblenda;

− quanto aos minerais sulfatados, a barita (sulfato de bário), que descontando o erro,

esteve próximo do equilíbrio nos poços cacimba e poços tubulares rasos, foi o único

que apresentou tendência à precipitação. Na descrição geológica da área, os minerais

sulfatados não são citados, mas diversas águas, principalmente as provenientes dos

piezômetros da parte central do aluvião, foram classificadas como sulfatadas. As

fontes de sulfato podem vir dos sedimentos quaternários ricos em matéria orgânica e

também, eventualmente, ocorrer através da presença de minerais acessórios;

− os minerais de alumínio e alumino-silicatos, analisados apenas para os poços cacimba

e poços tubulares rasos, se apresentam com comportamentos semelhantes,

independentes da profundidade dos poços que tiveram suas águas analisadas. O

alumínio se apresenta nos poços CAC 12 e CAC 14, locados sob o solo residual da

Unidade São Fidélis; nos poços CAC 19 e PTR 29, instalados no solo residual das

rochas da Unidade Região dos Lagos; e nos poços CAC 39 e PTR 34, ambos nos

sedimentos quaternários do aluvião. As duas primeiras unidades são formadas por

gnaisses ricos em minerais que possuem alumínio em sua composição, como a

microclina, biotita, silimanita, almandina, hornblenda e minerais do grupo dos

plagioclásios. Nas Unidades de Sedimentos Quaternários (Q) o feldspato potássico se

encontra bem distribuído. Diversos minerais que aparecem nos gráficos de alumínio

não são citados na descrição da geologia da área, o que leva a crer, de acordo com os

dados do PHREEQC, que o mapeamento mais detalhado possa revelar a existência de

novos minerais ou também que haja necessidade de trabalhar com outro banco de

dados do programa, já que este é um importante fator limitador das inferências

geoquímicas.

A análise comparativa dos índices de saturação de acordo com a profundidade dos

poços indicou que a semelhança entre os poços se dá muito mais pelo posicionamento

geográfico (entre os poços e em relação ao litoral), do que pelas diferenças de profundidade

dessas águas.

Os índices de saturação das águas dos poços na bacia hidrográfica do rio Macaé

sugerem a ocorrência de águas subterrâneas com forte poder de dissolução, pouco

mineralizadas. Minerais de ferro apresentam-se saturados em solução, o que é esperado para

as condições da área em questão.

Os resultados indicam que a água subterrânea local é quimicamente jovem, não

equilibrada com as litologias que ocorrem na área, resultado esse esperado em função das

características geológicas e hidrogeológicas locais.

5.2.4 – Modelagem com o Programa PHREEQC

A proporção de cada solução na mescla foi obtida com base na concentração de cloretos

(íon conservativo), da composição hidroquímica média das águas do aqüífero. Determinadas

as proporções das soluções 1 (água do mar) e 2 (piezômetros), a solução resultante (MIX 1)

foi comparada à composição química média das águas dos poços cadastrados. Considerando

48,09 mg/L como a média do teor de Cl

nos poços cadastrados, 25.500 mg/L o teor de cloreto

nas águas do mar, e 23,14 mg/L o teor nos piezômetros, temos:

25.500(x) + 23,14(100-x) = 48,09

x = 0,1%

Portanto, a proporção da solução 1 (mar) na mescla é de 0,1% e da solução 2

(piezômetros), é de 99,9%. A solução resultante (MIX 1) foi comparada à composição

química das águas de um poço cacimba (CAC 12) e de um poço tubular raso (PTR 23) que

melhor representam a química de seu grupo de poços. Os resultados foram comparados

também com a química das águas do rio Macaé com o intuito de estabelecer possíveis

interações que influenciem o caráter químico das águas destes poços, pois ocorrem sucessivos

eventos de cheia do rio Macaé que provocam a inundação da planície aluvionar atingindo

muitos poços.

A figura 38 ilustra a comparação entre a química do MIX 1, das águas do rio Macaé e

dos poços cadastrados escolhidos para a simulação.

O resultados obtidos na modelagem hidrogeoquímica se mostraram semelhantes para as

os 2 grupos de poços cadastrados analisados (CAC e PTR), conforme observado na figura 38.

Nota-se, nos três gráficos, que a mescla MIX 1 não possui um bom ajuste à composição

química destas águas. A concentração de cálcio, magnésio, sulfato e bicarbonato é maior nas

águas simuladas que nas águas representantes do aqüífero, e a de sódio e cloreto é menor.

Ao comparar-se a composição das águas dos poços cadastrados com as águas do rio

Macaé nota-se um bom ajuste dos íons magnésio, cálcio, sulfato, e bicarbonato (para as águas

dos poços cadastrados) que de certa forma explicaria os teores tão distintos destes poços em

relação à mescla (MIX 1). As águas dos poços cadastrados (cacimbas e poços tubulares rasos)

podem estar sofrendo um processo de diluição pelas águas do rio Macaé nos períodos de cheia

do rio, que tornam os poços cadastrados menos enriquecidos destes íons em relação aos

piezômetros que compõem a mescla e que, em sua maioria, não estão tão expostos às

enchentes provocadas pela água da chuva e pela subida do nível do rio.

Mg Ca Na Cl SO4 HCO3

Concentração (mg/L)

MIX 1 CAC 12 PTR 23 Rio Macaé

Figura 38 – Diagrama comparando a composição média das águas dos poços cadastrados e do rio Macaé com

os resultados da simulação MIX 1.

Outra explicação para a menor concentração de SO

nas águas dos poços estudados é a

possível ocorrência da redução de sulfato, identificada na caracterização química e que não

foi levada em conta na preparação da mescla.

O enriquecimento de Mg

no MIX 1 pode se dever a uma contribuição importante de

minerais de magnésio encontrados nos solos residuais dos gnaisses das Unidades São Fidélis e

Desengano, sobre os quais muitos piezômetros estão instalados, e de minerais de argila de

composição magnesiana nos piezômetros instalados no aluvião.

O desvio do valor do íon HCO

para o poço tubular raso PTR 23 se mostra anômalo,

podendo ser fruto de um erro analítico, uma vez que a média de bicarbonato para esses poços

é de 18,5 mg/L, não refletindo a realidade química das águas dos poços tubulares rasos em

relação a este íon.

Os elevados teores de sódio e cloreto nas águas dos poços podem ser explicados pela

ação de aerossóis marinhos através do seu fallout (deposição seca) ou arrastados pela água da

chuva, uma vez que estes poços se encontram próximos à linha de costa onde há visível

influência marinha. Uma pequena contribuição para estes íons poderia ser originada a partir

da evaporação das águas do rio Macaé após os períodos de cheia que provocaria a

concentração destes íons.

Outra hipótese aventada para explicar os elevadores teores de cloreto seria a locação

destes poços em drenagens mais antigas e preservadas, em locais pantanosos que seriam ricos

em sais. Em menor escala, teríamos influência do sal usado para a alimentar o gado nestas

águas, uma vez que estas áreas possuem como principal atividade econômica a pecuária.

5.2.5 – Modelagem Inversa com o Programa PHREEQC

Para modelagem inversa do PHREEQC, foi adotada como solução 1 a água do rio

Macaé e como solução 2 o poço cadastrado CAC 12, que seria o mais representativo das

interações termodinâmicas buscadas. Neste modelo tentou-se simular o efeito evaporativo das

águas do rio Macaé em mistura com as águas do aqüífero após os períodos de cheia, que

resultaria no enriquecimento de alguns íons supra citados nas águas dos poços cadastrados,

sobretudo nas cacimbas, por sua menor profundidade.

Quatro modelos foram sugeridos pelo programa, no entanto nenhum deles foi

satisfatório quanto à simulação pretendida. O modelo com menor margem de erro (cerca de

13,8%) sugere a precipitação do íon sódio e a transferência das fases dolomita e halita.

A própria grande dificuldade em se encontrar modelos termodinamicamente viáveis

provê um insight sobre a fragilidade da hipótese inicial de trabalho. Provavelmente, efeitos

mais complexos e de mais difícil ordenamento e quantificação respondem pelas características

químicas apresentadas pelos aqüíferos rasos em contato com o rio Macaé. A importância dos

episódios de cheia nas características químicas do aqüífero raso parece, portanto, reduzida, o

que não é de surpreender dada a efemeridade e ocorrência esparsa, fugaz.

6 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

A caracterização das águas subterrâneas do baixo curso do rio Macaé permitiu definir as

fácies geoquímicas bem como os processos reinantes que determinam a situação

hidrogeológica local, com seus condicionantes e particularidades.

O valor médio de pH encontrado para as águas subterrâneas da bacia hidrográfica do rio

Macaé (5,76) foi um pouco mais ácido do que inicialmente esperado, mas se mostra

condizente com a situação dos aqüíferos locais, que são rasos, e situados em zona

originalmente brejosa e rica em matéria orgânica.

O valor médio de temperatura para todas as águas subterrâneas locais é de 24,9

C. A

diferença de amplitude térmica semelhante para os poços cadastrados mostra que não há

grandes diferenças de temperatura em relação à profundidade dos poços. Embora haja

diferença entre os extremos de temperatura medidos, não há um trend de variação definido,

considerando-se a posição geográfica ou profundidade do local de medição. Isto poderia

indicar o efeito de variações sazonais pela rápida circulação das águas, aliado a caminhos

preferenciais verticais que permitam uma rápida infiltração da água. Os valores medidos

acima da média de temperatura para região seriam fruto de insolação prévia à entrada da água

de recarga, indicativa de efeitos evaporativos.

O valor médio de condutividade elétrica observado para todas as águas subterrâneas

locais foi de 0,46 mS/cm, o corresponderia a águas de salinidade baixa a alta. As áreas com

água subterrânea mais condutiva são as mais próximas ao litoral da cidade de Macaé e ao

baixo curso do rio, o que poderia demonstrar um processo de salinização das águas

subterrâneas locais. Os picos de condutividade elétrica e salinidade para alguns dos poços

cadastrados teriam sua explicação no contato com os sedimentos de origem marinha que, por

razões de baixa permeabilidade e/ou presença de zonas estagnadas, possam manter elevada

salinidade em certos locais; e aos efeitos evaporativos associados a águas superficiais

empoçadas – eventualmente em cheias do próprio rio Macaé - ou mesmo ação antrópica.

As áreas de menor condutividade elétrica são as de domínios colinosos, que

correspondem aos altos topográficos onde a água subterrânea sofre maior influência da água

da chuva, e que funcionam como áreas de recarga do aqüífero, com descarga direcionada aos

canais principais dos rios São Pedro e Macaé.

Os resultados de caracterização das fácies hidrogeoquímicas permitiu que fossem

definidas 3 fácies hidroquímicas principais, a saber: 1) fácies bicarbonatada, encontrada

predominantemente nas áreas de recarga do aqüífero; 2) fácies sulfata, predominante nos

poços localizados na área central do aluvião do rio Macaé; e 3) fácies cloretada, observada

nos poços mais próximos ao litoral, em drenagens mais interiores, em ambientes pantanosos e

ricos em sais e em matéria orgânica.

As águas dos piezômetros são, predominantemente, bicarbonatadas magnesianas e

sulfatadas magnesianas, e as águas dos poços cadastrados bicarbonatadas sódicas a cálcicas e

cloretadas sódicas, refletindo influência marinha nestas águas. Alguns parâmetros químicos

encontram-se em inconformidade com a regulamentação CONAMA 357/05 para todos os

poços, com destaque para o alumínio, ferro e manganês para corpos hídricos de classe 1. Os

altos teores de manganês e alumínio seriam comuns neste tipo de ambiente geológico

(depósitos aluvionares em regiões tropicais).

Os valores de nitrato acima dos limites estabelecidos pela resolução CONAMA 357/05

(Classe 1) nos poços tipo cacimba podem ser indicativos de contaminação da água

subterrânea por atividade humana (esgotos, fossas sépticas, depósitos de lixo, cemitérios,

adubos nitrogenados, resíduos de animais etc.), sobretudo pelas precárias condições sanitárias

de alguns destes poços.

Os Diagramas Logarítmicos de Schoeller ilustraram comportamento hidrogeoquímico

distinto para os piezômetros, e os poços cadastrados. Os valores mais altos dos íons cloreto e

sódio para os poços cadastrados mostram o caráter mais marinho destas águas, justificado por

sua localização próxima ao litoral.

O processo de redução de sulfato foi bem ilustrado no Diagrama de Schoeller referente

aos piezômetros, pela grande variação nas concentrações deste íon, e poderia ser explicada

pelos solos das planícies fluviais de Macaé, que são formados pela deposição de sedimentos

aluvionares, apresentando textura argilosa-orgânica e altos teores de carbono orgânico, que

facilitariam a ocorrência deste fenômeno.

Os valores da razão rMg

/rCa

para as águas dos piezômetros e poços cadastrados

mostraram que estas águas têm relação com litotipos ricos em silicatos magnesianos,

provenientes dos litotipos nos quais estão instalados. Os valores da razão rK

/rNa

para

piezômetros, cacimbas e poços tubulares rasos caracterizam estas águas como doces. A

relação iônica rCl

/rNa

se mostrou maior nas águas da área estudada que na água do mar,

indicando um enriquecimento relativo em sódio. A relação iônica rCl

/rHCO

para os

piezômetros mostra que essas águas têm composição de caráter continental, uma vez que se

encontram dentro do trend das águas continentais. Para os poços cadastrados, esta relação

iônica mostra águas de composição continental a intermediária entre as águas continentais e a

água do mar, muito embora a média de 3,38 nos indique caráter mais próximo ao continental

para estas águas.

A distribuição semelhante entre as espécies químicas, calculadas pelo programa

PHREEQC, entre os piezômetros e os poços cadastrados, sugere conexão entre as águas

desses aqüíferos, o que é observado em estudos hidrodinâmicos nesta área.

Os índices de saturação das águas da bacia hidrográfica do rio Macaé sugerem a

ocorrência de águas subterrâneas com forte poder de dissolução e pouco mineralizadas.

Alguns minerais de ferro apresentaram-se saturados em solução, o que é esperado para as

condições da área em questão. A análise comparativa dos índices de saturação de acordo com

a profundidade dos poços indicou que a semelhança entre os poços se dá muito mais pelo

posicionamento geográfico (entre os poços e em relação ao litoral) do que pelas diferenças de

profundidade dessas águas.

Os resultados indicam que a água subterrânea local é quimicamente jovem, não

equilibrada com as litologias que ocorrem na área, resultado esse esperado em função das

características geológicas e hidrogeológicas locais.

O modelo hidrogeoquímico de mescla se mostrou semelhante para os 2 tipos de poços

cadastrados analisados (poços cacimbas e poços tubulares rasos) e foi importante para

confirmar a influência de processos como a dissolução das águas do aqüífero pelas águas do

rio Macaé durante os eventos de cheia, que diminuem a concentração de alguns íons como

magnésio, cálcio, sulfato, e bicarbonato nestas águas. Outra explicação para a menor

concentração de SO

nas águas dos poços estudados seria o fenômeno de redução de sulfato,

identificado na caracterização química e que não foi levado em conta na preparação da

mescla.

O enriquecimento dos íons sódio e cloreto do aqüífero raso em relação às águas do rio

Macaé, no modelo de mescla (MIX), indicam a possível ocorrência de aerossóis marinhos

agindo sobre as águas destes poços, uma vez que eles encontram próximos à linha de costa

onde há visível influência marinha. Outra pequena contribuição para o enriquecimento dos

íons Na e Cl poderia ser explicada a partir da evaporação das águas do rio Macaé após os

períodos de cheia, que provocariam a concentração destes íons. Um modelo inverso foi

elaborado na tentativa de comprovar esta hipótese, e no entanto, os resultados foram pouco

esclarecedores e contraditórios. Os elevadores teores de cloreto também seriam explicados

pelos sedimentos pantanosos ricos em sais e pelo sal usado para alimentação do gado.

Para a continuidade do estudo recomenda-se a realização de mapeamento geológico

detalhado, com dados petrográficos e químicos dos materiais do substrato, para melhor avaliar

esse efeito nas águas da bacia hidrográfica do rio Macaé, já que o poder atenuador do meio

depende diretamente de suas características geológicas, e essas foram descritas apenas

qualitativamente na área de estudo até o presente momento.

Faz-se necessária a realização de campanhas periódicas de amostragens e análises

químicas, para acompanhamento da evolução da composição química das águas subterrâneas

da área.

Para um melhor refinamento do modelo hidrogeoquímico das águas da área de estudo,

recomenda-se considerar uma gama maior de processos geoquímicos atuantes, além de mais

campanhas de análises químicas, físicas e mineralógicas no solo e nas águas subterrâneas.

Dentre tais parâmetros, destaca-se a necessidade da determinação do pH e Eh (potencial

redox) dos solos, uma vez que a variação de pH pode influir na capacidade de troca catiônica

dos elementos, além de ocasionar precipitação ou dissolução de compostos no solo, e o Eh

influi em reações de oxidação e redução com bactérias no solo.

Realização de estudos isotópicos, com o uso de isótopos ambientais de O, C e H, para

melhor avaliar as características geoquímicas, estimativas de recarga e tempo de residência da

água subterrânea nos aqüíferos estudados.

Repassar esses resultados para o governo local, pois medidas simples de gestão podem

ser tomadas pela administração pública, para garantir o uso seguro e otimizado dos recursos

hídricos superficiais e subterrâneos.

100

7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Estuário do Rio Macaé: Modelagem Computacional como

Ferramenta para o Gerenciamento Integrado de Recursos Hídricos. 2003. 160p.

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<http://www.ambientebrasil.com.br/natural/biomas/costeiros.html> Acesso em: 3 de Mai.

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BARBOSA, G. R.

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ANEXO 1

PLANILHAS COM OS DADOS DE MONITORAMENTO DOS

PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS NOS PONTOS D`ÁGUA DA

BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MACAÉ

Pz UTM N UTM E ago_04 nov_04 jan_05 fev_05 mar_05 abr_05 mai_05 jun_05 ago_05 dez_05

1 7533705 203975 23.3 24.4 25.3 25.2 25.4 25.8 24.7 24.1 23.3 22.3

2 7532168 203381 24.3 25.2 26.2 26.1 21.8 27.5 26.3 25.2 24.3 23.8

3 7533701 205070 23 24.3 24.7 25.2 25.5 25.2 23.8 23

4 7534652 204933 24.1 25.4 25.3 26.1 26.1 26.2 25.2 24.9 24.1 25

6 7537560 196700 23.6 25.2 27.3 26.6 23.2 25.5 24.7 23.6 25

7 7537432 196979 23.7 24.2 23.8 24.9 24.7 23.7

12 7535110 195991 23.5 24.8 27 26.8 26.5 25.6 24.7 23.5 24.1

13 7536811 194146 22.4 25.6 28.2 28.5 24.8 23.1 22.4 24.3

14 7532565 200872 23.2 25.4 25.5 26.2 25.1 23.8 23.2

15 7530751 194860 23.1 24.2 24.5 25 25.8 24.8 23.1 24.1

18 7538859 199494 22.8 24.8 26.6 26.6 25.1 26.4 24.7 23.6 22.8 24.3

25 7528012 192683 23.8 24 24.3 24.8 25.3 25.3 25.6 25.3 23.8 24.3

26 7534362 204159 24.5 24.6 25.6 27.0 25.7 26.5 25.2 25 24.5 23.6

27 7533515 202207 25.3 25.8 25.9 26.5 25.5 25.3

28 7531536 203708 23.1 24.3 25.9 26.3 26.3 24.8 24 23.1 23.3

29 7533327 204627 24.1 25.2 26.1 26.2 25.7 25.3 24.1

30 7536602 203725 22.4 24.5 25.5 26.9 27.1 23.4 25 24 22.4 23.1

33 7528332 194455 23.8 25.1 26.0 24.7

40 7532224 198249 26.1 26.6 26

41 7534815 206127 24.7 25.4 26.2 26.3 27 27.7 26.7 23.6 24.7 24.6

42 7534249 205945 22.7 23.9 25.9 25.8 26.4 26.8 25.3 24 22.7 21.2

44 7535386 196099 21.3 25.1 26.7 26.2 24.4 22.4 21.3

45 7537024 197072 22.5 23.8 25.6 25.4 25.1 23.9 22.5

Temperatura das águas subterrâneas monitoradas nos piezômetros da Bacia do rio Macaé (

Pz UTM N UTM E ago_04 nov_04 jan_05 fev_05 mar_05 abr_05 mai_05 jun_05 ago_05 dez_05

1 7533705 203975 6.02 6.03 5.94 5.95 5.92 5.95 5.95 6.09 6.02 6

2 7532168 203381 6.26 6.23 6.67 6.78 6.88 6.67 6.09 6.27 6.26 6.25

3 7533701 205070 5.07 5.25 5.46 4.98 5.3 erro 5.23 5.07

4 7534652 204933 7.74 5.52 4.84 4.63 4.68 4.9 4.74 4.82 7.74 4.67

6 7537560 196700 6.39 5.34 5.99 5.87 5.92 5.58 5.82 6.39 6.08

7 7537432 196979 5.62 6.16 6.09 6 6.26 5.62

12 7535110 195991 4.42 6.22 5.49 5.82 5.44 5.67 4.6 4.42 5.48

13 7536811 194146 6.1 6.31 7.13 6.28 6.02 6.25 6.1 6.26

14 7532565 200872 5.85 5.03 5.47 5.89 5.92 5.85 5.85

15 7530751 194860 5.82 6 5.84 5.84 5.8 5.68 5.82 6.17

18 7538859 199494 5.88 6.12 5.61 5.60 5.65 5.84 5.77 5.92 5.88 5.95

25 7528012 192683 5.94 5.72 5.99 5.75 5.9 5.84 5.75 5.87 5.94 5.97

26 7534362 204159 5.69 6.19 6.52 6.58 6.2 6.24 6.34 6.05 5.69 6.26

27 7533515 202207 5.53 5.44 5.78 5.48 5.59 5.53

28 7531536 203708 5.88 5.67 5.59 5.76 5.76 5.64 5.75 5.88 6.67

29 7533327 204627 6.2 6.29 6.57 6.37 6.38 6.88 6.2

30 7536602 203725 6.27 6.38 6.58 6.51 6.4 6.82 5.97 6.51 6.27 6.12

33 7528332 194455 4.18 4.99 5.05 5.89

40 7532224 198249 5.64 5.43 5.53

41 7534815 206127 6.02 6.03 6.10 6.67 6.18 6.17 6.01 6.16 6.02 6.18

42 7534249 205945 6.26 6.26 6.23 6.21 6.18 6.21 6.13 6.28 6.26 6.19

44 7535386 196099 5.56 6.11 5.51 5.45 5.29 5.88 5.56

45 7537024 197072 5.44 5.71 5.44 5.33 5.64 5.59 5.44

Valores de pH das águas subterrâneas monitorados nos piezômetros da Bacia do rio Macaé

Pz UTM N UTM E ago_04 nov_04 jan_05 fev_05 mar_05 abr_05 mai_05 jun_05 ago_05 dez_05

1 7533705 203975 0.44 0.58 0.61 0.51 0.55 0.52 0.4 0.43 0.44 0.56

2 7532168 203381 0.29 0.37 0.58 0.40 0.31 0.33 0.37 0.3 0.29 0.34

3 7533701 205070 0.3 0.18 0.31 0.29 0.29 0.28 0.28 0.3

4 7534652 204933 0.15 0.13 0.14 0.14 0.14 0.13 0.13 0.11 0.15 0.07

6 7537560 196700 0.21 0.17 0.15 0.14 0.15 0.11 0.13 0.21 0.12

7 7537432 196979 0.16 0.14 0.14 0.13 0.14 0.16

12 7535110 195991 0.33 0.12 0.34 0.29 0.29 0.29 0.24 0.33 0.3

13 7536811 194146 0.16 0.11 0.14 0.12 0.12 0.14 0.16 0.08

14 7532565 200872 0.22 0.13 0.20 0.16 0.2 0.19 0.22

15 7530751 194860 0.15 0.1 0.12 0.12 0.12 0.12 0.15 0.09

18 7538859 199494 0.15 0.24 0.13 0.15 0.13 0.16 0.14 0.14 0.15 0.95

25 7528012 192683 0.5 0.29 0.49 0.47 0.46 0.45 0.42 0.45 0.5 0.38

26 7534362 204159 0.14 0.15 0.21 0.27 0.18 0.19 0.14 0.13 0.14 0.13

27 7533515 202207 0.2 0.19 0.18 0.2 0.2 0.2

28 7531536 203708 0.43 0.3 0.38 0.36 0.35 0.4 0.39 0.43 0.76

29 7533327 204627 1.29 0.64 0.15 0.35 0.29 0.3 1.29

30 7536602 203725 0.19 0.16 0.22 0.23 0.21 0.2 0.18 0.18 0.19 0.15

33 7528332 194455 0.35 0.41 0.18 0.08

40 7532224 198249 0.29 0.35 0.23

41 7534815 206127 0.17 0.15 0.18 0.18 0.17 0.16 0.16 0.15 0.17 0.17

42 7534249 205945 1.1 1.16 1.17 1.25 1.12 1.11 1.07 1.12 1.1 0.85

44 7535386 196099 0.3 0.11 0.16 0.13 0.11 0.15 0.3

45 7537024 197072 0.15 0.1 0.14 0.13 0.11 0.13 0.15

Condutividades elétricas das águas subterrâneas monitoradas nos piezômetros da Bacia do rio Macaé (mS/cm)

Ponto UTM N UTM E mar_05 abr_05 mai_05 jun_05 ago_05 dez_05

CAC 12 7535434 211804 26.5 25.6 24.9 24.3 24.9

CAC 14 7535916 212259 27.5 25.8 25.2 23.8 25.2

PTR 15 7534253 211986 25.2 25 25.4 24.9 25

CAC 16 7533409 212003 25.7 24.4 23.1 22 23.8

CAC 19 7525931 211207 23.6 25.5 24.3 24.2 24.7

CAC 20 7526311 211470 25.6 25.7 25.2 24.3 23.3 24.2

PTR 23 7527210 210150 27.9 25.2 26.1 25.1 24.7

PTR 24 7527017 209916 25.4 24.4 24.2 23.8 24.2

PTR 25 7527602 210699 26.8 24.4 23.9 23.1 24.4

CAC 26 7528191 210220 26.4 26 25.4 25.1 25

PTR 27 7528325 209308 28.1 25.3 24.6 24.7

PTR 29 7526504 210305 27.2 26.3 24.2 24.5

CAC 32 7531885 210833 26.4 25.7 24.4 23.5 24.9

PTR 33 7530777 209651 26 25.9 26.4 25.6 24.1 24

PTR 34 7531723 208582 26.1 25.1 24.7 23.6 24.2

PTR 35 7532132 208494 24.4 24.4 24.4

PTR 38 7531302 212744 25.7 25 24.4 23.5

CAC 39 7530867 213253 25.3 25.1 24.2 23.2 24.1

PTR 43 7529498 210989 26.5 24 25 23.9 23.4

CAC 44 7530168 214578 26.7 25.5 24.7 23.9 24.3

Temperaturas das águas subterrâneas monitoradas nos poços cadastrados na Bacia do rio Macaé (

Ponto UTM N UTM E mar_05 abr_05 mai_05 jun_05 ago_05 dez_05

CAC 12 7535434 211804 5.8 5.13 5.32 5.27 5.14

CAC 14 7535916 212259 3.47 5.24 5.27 5.46 5.31

PTR 15 7534253 211986 5.49 5.51 5.57 5.64 5.7

CAC 16 7533409 212003 5.57 5.57 5.71 5.62 5.57

CAC 19 7525931 211207 5.44 5.36 5.6 5.41 5.4

CAC 20 7526311 211470 7.01 7.28 7.08 7.5 7.33 7.05

PTR 23 7527210 210150 6.09 6.04 6.31 6.19 6.19

PTR 24 7527017 209916 5.54 5.58 5.85 5.77 6.03

PTR 25 7527602 210699 6.19 5.84 6.09 6 6.21

CAC 26 7528191 210220 5.42 5.15 5.05 4.61 5.96

PTR 27 7528325 209308 4.19 4.39 4.25 4.21

PTR 29 7526504 210305 4.67 4.38 4.41 4.92

CAC 32 7531885 210833 6.1 6.23 6.81 6.4 6.41

PTR 33 7530777 209651 6.6 6.41 6.5 6.7 6.61 6.64

PTR 34 7531723 208582 4.45 5.18 5.43 5.21 5.88

PTR 35 7532132 208494 6.59 6.77 6.69

PTR 38 7531302 212744 5.09 5.2 6.25 5.58

CAC 39 7530867 213253 4.06 3.86 3.97 3.87 3.91

PTR 43 7529498 210989 6.01 6.58 5.98 6.25 5.83

CAC 44 7530168 214578 6.97 6.8 7.15 6.93 6.93

Valores de pH das águas subterrâneas monitorados nos poços cadastrados na Bacia do rio Macaé

Ponto UTM N UTM E mar_05 abr_05 mai_05 jun_05 ago_05 dez_05

CAC 12 7535434 211804 0.22 0.16 0.14 0.2 0.18

CAC 14 7535916 212259 0.17 0.13 0.18 0.16 0.08

PTR 15 7534253 211986 0.6 0.39 0.45 0.71 0.46

CAC 16 7533409 212003 0.2 0.17 0.19 0.21 0.12

CAC 19 7525931 211207 0.42 0.43 0.44 0.47 0.5

CAC 20 7526311 211470 0.57 0.57 0.64 0.62 0.63 0.52

PTR 23 7527210 210150 0.35 0.37 0.33 0.46 0.33

PTR 24 7527017 209916 0.2 0.21 0.22 0.24 0.26

PTR 25 7527602 210699 0.29 0.3 0.3 0.32 0.28

CAC 26 7528191 210220 0.37 0.4 0.43 0.46 0.27

PTR 27 7528325 209308 1.57 1.6 2.15 1.11

PTR 29 7526504 210305 0.17 0.15 0.17 0.14

CAC 32 7531885 210833 0.28 0.29 0.33 0.33 0.25

PTR 33 7530777 209651 0.57 0.83 0.6 0.59 0.59 0.35

PTR 34 7531723 208582 1.56 1.68 1.36 1.61 0.29

PTR 35 7532132 208494 0.77 0.82 0.9

PTR 38 7531302 212744 1.38 1.44 1.81 2.03

CAC 39 7530867 213253 1.03 0.86 0.95 0.96 0.74

PTR 43 7529498 210989 0.85 1.62 1.39 1.81 1.71

CAC 44 7530168 214578 0.76 0.76 0.85 0.86 0.59

Condutividades elétricas das águas subterrâneas monitoradas nos poços cadastrados na Bacia do rio Macaé

ANEXO 2

CONAMA 357/2005 – Águas Doces (Classe 1)

CONAMA 357/05

Seção II

Das Águas Doces

Art. 14. As águas doces de classe 1 observarão as seguintes condições e padrões:

I - condições de qualidade de água:

a) não verificação de efeito tóxico crônico a organismos, de acordo com os critérios

estabelecidos pelo órgão ambiental competente, ou, na sua ausência, por instituições nacionais

ou internacionais renomadas, comprovado pela realização de ensaio ecotoxicológico

padronizado ou outro método cientificamente reconhecido.

b) materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais: virtualmente ausentes;

c) óleos e graxas: virtualmente ausentes;

d) substâncias que comuniquem gosto ou odor: virtualmente ausentes;

e) corantes provenientes de fontes antrópicas: virtualmente ausentes;

f) resíduos sólidos objetáveis: virtualmente ausentes;

g) coliformes termotolerantes: para o uso de recreação de contato primário deverão ser

obedecidos os padrões de qualidade de balneabilidade, previstos na Resolução CONAMA no

274, de 2000. Para os demais usos, não deverá ser excedido um limite de 200 coliformes

termotolerantes por 100 mililitros em 80% ou mais, de pelo menos 6 amostras, coletadas

durante o período de um ano, com freqüência bimestral. A E. Coli poderá ser determinada em

substituição ao parâmetro coliformes termotolerantes de acordo com limites estabelecidos

pelo órgão ambiental competente;

h) DBO 5 dias a 20°C até 3 mg/L O

;

i) OD, em qualquer amostra, não inferior a 6 mg/L O

;

j) turbidez até 40 unidades nefelométrica de turbidez (UNT);

l) cor verdadeira: nível de cor natural do corpo de água em mg Pt/L; e

m) pH: 6,0 a 9,0.

II - Padrões de qualidade de água:

CLASSE 1 -ÁGUAS DOCES

PADRÕES

PARÂMETROS VALOR MÁXIMO

Clorofila a 10 μg/L

Densidade de cianobactérias 20.000 cel/mL ou 2 mm

Sólidos dissolvidos totais 500 mg/L

PARÂMETROS INORGÂNICOS VALOR MÁXIMO

Alumínio dissolvido 0,1 mg/L Al

Antimônio 0,005mg/L Sb

Arsênio total -0,01 mg/L As

Bário total 0,7 mg/L Ba

Berílio total -0,04 mg/L Be

Boro total 0,5 mg/L B

Cádmio total -0,001 mg/L Cd

Chumbo total -0,01mg/L Pb

Cianeto livre 0,005 mg/L CN

Cloreto total 250 mg/L Cl

Cloro residual total (combinado + livre) -0,01 mg/L Cl

Cobalto total 0,05 mg/L Co

Cobre dissolvido 0,009 mg/L Cu

Cromo total 0,05 mg/L Cr

Ferro dissolvido -0,3 mg/L Fe

Fluoreto total 1,4 mg/L F

Fósforo total (ambiente lêntico) 0,020 mg/L P

Fósforo total (ambiente intermediário, com tempo de residência entre 2 e

40 dias, e tributários diretos de ambiente lêntico)

0,025 mg/L P

Fósforo total (ambiente lótico e tributários de ambientes intermediários) 0,1 mg/L P

Lítio total 2,5 mg/L Li

Manganês total 0,1 mg/L Mn

Mercúrio total 0,0002 mg/L Hg

Níquel total 0,025 mg/L Ni

Nitrato 10,0 mg/L N

Nitrito 1,0 mg/L N

Nitrogênio amoniacal total

3,7mg/L N, para pH ≤ 7,5

2,0 mg/L N, para 7,5 < pH ≤ 8,0

1,0 mg/L N, para 8,0 < pH ≤ 8,5

0,5 mg/L N, para pH > 8,5

Prata total 0,01 mg/L Ag

Selênio total 0,01 mg/L Se

Sulfato total 250 mg/L SO

Sulfeto (H

S não dissociado) 0,002 mg/L S

Urânio total 0,02 mg/L U

Vanádio total 0,1 mg/L V

Zinco total 0,18 mg/L Zn

ANEXO 3

ÍNDICES DE SATURAÇÃO MINERAL PARA AS ÁGUAS DOS POÇOS

DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MACAÉ

Minerais PZ-01 PZ-02 PZ-03 PZ-04 PZ-06 PZ-07 PZ-12 PZ-13 PZ-15 PZ-18 PZ-25

Aragonita

-2.31 -1.89 -3.43 -4.50 -3.79 -2.99 -2.79 -2.49 -3.23 -3.07 -2.82

Calcita

-2.16 -1.74 -3.29 -4.36 -3.65 -2.85 -2.65 -2.35 -3.08 -2.93 -2.67

Dolomita

-3.88 -3.23 -6.72 -8.07 -7.25 -5.06 -4.95 -4.34 -5.53 -5.69 -4.89

Rodocrosita

-0.49 -1.38 -2.51 -3.75 -2.95 -2.65 -2.45 -2.16 -2.78 -0.48 -2.37

Siderita

-0.23 0.09 -2.60 -2.96 -3.99 -0.65 -1.08 -0.88 -1.90 -1.30 -1.74

Anidrita

-1.79 -2.97 -2.45 -3.36 -2.72 -2.32 -4.74 -4.74 -3.57 -2.99 -2.38

Gesso

-1.57 -2.75 -2.23 -3.14 -2.50 -2.10 -4.52 -4.53 -3.34 -2.77 -2.16

Fe(OH)3(a)

0.69 1.14 -3.15 -2.45 -4.06 0.47 0.21 0.40 -0.95 -0.28 -1.55

Fe(OH)2.7C10.3

5.75 6.25 2.13 2.75 1.31 5.90 5.20 5.15 4.02 4.65 3.56

Goetita

6.56 7.04 2.71 3.45 1.84 6.34 6.09 6.31 4.91 5.60 4.31

Hematita

15.12 16.09 7.43 8.91 5.68 14.68 14.20 14.63 11.83 13.21 10.62

Magnetita

15.93 17.17 5.18 7.12 2.45 15.14 14.35 14.89 11.02 12.97 9.50

Siderita

-0.23 0.09 -2.60 -2.96 -3.99 -0.65 -1.08 -0.88 -1.90 -1.30 -1.74

Minerais PZ-26 PZ-28 PZ-29 PZ-30 PZ-33 PZ-40 PZ-41 PZ-42 PZ-44 PZ-45

Aragonita

-2.31 -3.09 -0.93 -2.17 -2.67 -2.95 -1.62 -2.54 -3.65

Calcita

-2.16 -2.95 -0.79 -2.02 -2.53 -2.81 -1.48 -2.39 -3.51

Dolomita

-4.46 -5.08 -1.40 -4.01 -4.83 -4.79 -2.85 -4.74 -6.69

Rodocrosita

-1.32 -2.22 -0.58 -2.13 -1.92 -2.61 -0.83 -2.50 -3.30

Siderita

-1.19 -1.06 -0.54 -1.05 -1.59 -0.73 0.24 -1.34 -1.89

Anidrita

-2.73 -2.48 -1.65 -2.90 -2.03 -2.61 -3.19 -1.46 -3.17 -2.99

Gesso

-2.51 -2.26 -1.43 -2.68 -1.80 -2.40 -2.97 -1.23 -2.95 -2.77

Fe(OH)3(a)

-0.03 -0.93 0.12 0.36 -7.62 -1.58 0.12 1.28 -0.34 -1.31

Fe(OH)2.7C10.3

4.16 5.13 5.31 -2.05 3.66 5.17 6.48 4.48 3.68

Goetita

5.85 4.94 6.01 6.24 -1.77 4.35 6.03 7.13 5.56 4.54

Hematita

13.70 11.88 14.04 14.48 -1.54 10.71 14.07 16.26 13.12 11.08

Magnetita

11.43 14.03 14.62 -7.20 9.67 14.33 17.41 12.84 10.20

Siderita

-1.19 -1.06 -0.54 -1.05 -1.59 -0.73 0.24 -1.34 -1.89

Índices de Saturação Mineral para as Águas dos Piezômetros na Bacia Hidrográfica do rio Macaé

CarbonatoSulfat

Ferro

Índices de Saturação Mineral para as Águas dos Piezômetros na Bacia Hidrográfica do rio Macaé

CarbonatoSulfat

Ferro

Minerais CAC-12 CAC-14 CAC-16 CAC-19 CAC-20 CAC-39 CAC-44 PTR-15 PTR-23 PTR-29 PTR-33 PTR-34

Aragonita

-4.65 -4.67 -4.07 -3.81 -0.80 -0.27 -3.61 -2.91 -5.54 -1.73 -3.70

Calcita

-4.51 -4.53 -3.92 -3.67 -0.66 -0.12 -3.47 -2.77 -5.40 -1.59 -3.56

Dolomita

-8.63 -8.99 -7.67 -7.20 -1.55 -1.10 -6.41 -5.12 -10.73 -2.80 -6.87

Rodocrosita

-5.11 -4.29 -3.81 -3.26 -2.22 -2.09 -3.22 -3.71 -4.56 -0.88 -2.07

Siderita

-3.83 -3.95 -4.82 -3.82 -1.85 -2.05 -3.48 -3.49 -3.97 -1.64 -3.23

Anidrita

-3.73 -4.12 -3.86 -2.92 -2.22 -2.65 -1.90 -3.71 -3.70 -3.42 -3.61 -2.32

Barita

0.00 -1.09 -0.66 0.14 -0.13 -0.03 -0.57 -0.18 0.04 -0.19 -1.09 0.32

Celestita

-3.65 -4.23 -3.89 -3.07 -2.42 -2.76 -2.20 -3.58 -3.45 -3.62 -3.63 -2.57

Gesso

-3.51 -3.90 -3.64 -2.70 -2.00 -2.43 -1.68 -3.49 -3.48 -3.20 -3.39 -2.10

Fe(OH)3(a)

-4.34 -3.95 -4.59 -3.80 0.48 -8.02 -0.21 -2.93 -2.45 -4.27 -0.11 -1.93

Fe(OH)2.7C10.3

1.15 1.37 0.68 1.69 5.34 -1.99 4.75 2.55 2.75 1.18 4.95 3.27

Goetita

1.55 1.95 1.26 2.08 6.34 -2.16 5.66 2.96 3.43 1.60 5.74 3.94

Hematita

5.11 5.90 4.52 6.17 14.69 -2.31 13.32 7.94 8.86 5.21 13.49 9.88

Magnetita

1.79 2.81 0.50 3.13 14.26 -8.09 12.34 5.47 6.38 2.18 12.88 8.22

Siderita

-3.83 -3.95 -4.82 -3.82 -1.85 -2.05 -3.48 -3.49 -3.97 -1.64 -3.23

Al(OH)3(a)

-1.59 -0.90 -0.82 -3.27 -1.77 0.00

Albita

-5.10 -5.88 -4.51 -8.20 -7.01 -3.85

Anortita

-8.91 -8.02 -6.62 -14.50 -10.52 -4.48

Gibsita

1.10 1.79 1.87 -0.57 0.92 2.70

Ilita

-2.10 -2.09 -0.18 -8.05 -4.06 1.29

Mica Potássica

4.37 4.99 7.06 -2.51 2.65 8.95

Caulinita

3.12 3.66 4.31 -0.81 2.00 5.57

Alumínio

Índices de Saturação Mineral para as Águas dos Poços Cadastrados na Bacia Hidrográfica do rio Macaé

CarbonatoSulfatoFerro

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