ads:
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
CURSO DE DOUTORADO EM FÍSICA
Lucilene Pereira
ESTUDO ISOTÓPICO E HIDROQUÍMICO DAS ÁGUAS SUPERFICIAIS E
SUBTERRÂNEAS NO SEMI-ÁRIDO CEARENSE EM ÁREA DE PRESERVAÇÃO
ECOLÓGICA NO MUNICÍPIO DE AIUABA.
FORTALEZA-CE
nov/2006
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
LUCILENE PEREIRA
ESTUDO ISOTÓPICO E HIDROQUÍMICO DAS ÁGUAS SUPERFICIAIS E
SUBTERRÂNEAS NO SEMI-ÁRIDO CEARENSE EM ÁREA DE PRESERVAÇÃO
ECOLÓGICA NO MUNICÍPIO DE AIUABA
Tese submetida à Coordenação do Curso de
Pós-Graduação em Física da Universidade
Federal do Ceará como requisito parcial para
obtenção do Título de Doutorado em Física.
Orientadora: Profª Drª Maria Marlúcia Freitas
Santiago
FORTALEZA-CE
2006
ads:
LUCILENE PEREIRA
ESTUDO ISOTÓPICO E HIDROQUÍMICO DAS ÁGUAS SUPERFICIAIS E
SUBTERRÂNEAS NO SEMI-ÁRIDO CEARENSE EM ÁREA DE PRESERVAÇÃO
ECOLÓGICA NO MUNICÍPIO DE AIUABA
Tese submetida à Coordenação do Curso de
Pós-Graduação em Física da Universidade
Federal do Ceará como requisito parcial para
obtenção do Título de Doutorado em Física.
Aprovada em: 14/11/ 2006
BANCA EXAMINADORA
"Nós viveremos, universo afora, trazendo dentro
d'alma a vida acesa no ritmo da luz da Natureza, que
é a eterna vibração da eterna autora.
A dor, somente a dor nos aprimora, nos caminhos da
prova e da aspereza, elevando a nossa alma na
grandeza da grande claridade redentora.
Somos os lutadores peregrinos, sonhando pela estrada
dos destinos, um castelo de paz, ventura e glórias.
Sabemos do passado envolto em ruínas que a luz do
amor e as rudes disciplinas, são as chaves das últimas
vitórias."
Raul de Leoni
(Soneto psicografado por Chico Xavier)
Em memória de minha mãe Íris da Silva Pereira.
Em memória de meu pai Militino de Jesus Pereira.
Em memória de minha irmã, Marinilde Pereira.
Ao meu amado sobrinho-afilhado Vitor Fernando Pereira
Martins.
Aos meus sobrinhos, irmãs e irmão.
Às minhas queridas mães cearenses, Maria Moura, Eunice
Rodrigues, Noeme (Lúcia) de Sousa e Odete Chagas.
À Ariluce Silva de Sousa, amiga, irmã e companheira de
todas as horas.
AGRADECIMENTOS
Meus mais sinceros agradecimentos:
• A Deus, pela sua grandiosa bondade de fazer minha vida tão bela quanto gloriosa;
• À Profª Drª Maria Marlúcia Freitas Santiago pela orientação segura, estímulo e apoio
incondicionais no desenvolvimento desta tese;
• Ao Prof. Dr. Josué Mendes Filho pelo auxílio, incentivo e confiança em minha carreira
profissional;
• Ao Prof. Dr. José Carlos de Araújo pela oportunidade em fazer parte do Projeto IBESA
e pela amizade a mim concedida durante a realização deste trabalho;
• Ao Prof. Dr. Horst Frischkorn pelas valiosas sugestões e discussões durante este
trabalho;
• Ao Prof. Dr. José Ossian Gadelha de Lima pelo trabalho incansável frente ao
Laboratório de Hidroquímica do Departamento de Física onde foram realizadas as
análises químicas e físico-químicas das amostras d' água e pela inestimável amizade;
• Ao Laboratório de Física Nuclear Aplicada (LFNA) da Universidade Federal da Bahia,
nas pessoas da Profª Drª Maria do Rosário Zucchi e da doutoranda Andrea Fontes, pelas
análises de deutério;
• À equipe técnica do projeto IBESA, nas pessoas de Paulo Sérgio do Carmo Belo,
Roberto Antônio Cordeiro da Silva, Carlos Alberto Germano e Ana Maria Queiroz pelo
apoio logístico para a realização deste trabalho;
• Ao Sr. Antônio Francisco da Silva (Sr. Tico), residente da localidade da Gameleira, pelo
apoio de campo;
• À Hozana Américo Oliveira, residente da localidade da Gameleira, pelas coletas diárias
no Tanque Classe A para as análises isotópicas;
• Ao Prof. Dr. Luiz Alberto Ribeiro Mendonça pela amizade, discussões e sugestões no
desenvolvimento deste trabalho;
• À Profª Drª Carla Maria Salgado Vidal pela amizade e estima;
• À Maria do Carmo Germano (Carminha) pela eficiência e amizade;
• À Maria Aparecida Belém Fernandes pela grande amizade, convivência e apoio nos
momentos difíceis;
• Ao Prof. Dr. Humberto Filomeno da Silva Filho, do Depto. de Física da Universidade
Federal do Maranhão, pela amizade e incentivos incondicionais;
• Aos meus eternos amigos da UFMA Elisiany Brito, Patrícia Falcão, Ozenilde Cunha,
Alessandra de Jesus, Alfredo Pires, Gisélia Andrea, Orjediny Diniz e Glacy Ferreira;
• Ao amigo de sempre Márcio Pereira de Queiroga pela ajuda incondicional nas minhas
viagens a São Luís;
• À Conceição de Maria Moura (Filinha) pelas valiosíssimas palavras de incentivo e de
sabedoria;
• Aos meus amigos da Pós-Graduação Euzenil Almeida de Oliveira, Teldo Anderson da
Silva Pereira, Isabel Cristina Vieira Bento, Manoel Roberval Pimentel Santos, Rivelino
Vilela, Joelma Monteiro pela amizade e agradável convívio;
• Ao Maurício Barreto pela amizade e pelos bons momentos durante nossos trabalhos de
teses;
• Às secretárias da Pós-Graduação em Física Rejane Coelho e Ana Cleide Sampaio e ao
secretário Elias de Freitas pela atenção e presteza;
• Às auxiliares da Secretaria da Física Maria Creusa da Silva, Vera Lúcia dos Santos e Luiza
do Nascimento Barros pela presteza e amizade;
• Aos professores do Departamento de Física da UFC pelos valiosos ensinamentos;
• À FUNPEC (Fundação Norte Rio-Grandense de Pesquisa e Cultura) pelo apoio
financeiro ao Projeto IBESA;
• Ao IBAMA nas pessoas de Manoel Cipriano de Alencar (atual gerente da ESEC -
Aiuaba), Juan Marcelo de Oliveira e Luiz Eduardo Carvalho Bonilha (analistas ambientais
lotados, atualmente, em Brasília);
• À CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela bolsa
de estudos concedida;
• Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pelo
suporte financeiro ao Laboratório de Carbono-14 do Depto. de Física da UFC;
• À FUNCAP (Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e
Tecnológico) pelo apoio financeiro ao Laboratório de Carbono-14 do Depto. de Física
da UFC.
RESUMO
Águas superficiais em pequenos açudes e águas subterrâneas de cacimbas localizadas
em aluviões, no município de Aiuaba, no semi-árido cearense, foram estudadas sob os
aspectos de qualidade, dos processos de salinização e dos modelos isotópicos (
2
H) que foram
aplicados para avaliar as perdas d´água por infiltração e evaporação no Açude do Boqueirão.
Os resultados das análises químicas das águas e dos solos mostraram que, em áreas vizinhas
ao Açude do Boqueirão, a infiltração de águas de chuvas é pequena devido à presença de
argila do tipo caulinita. O pH do Açude do Boqueirão, em quatro das oito campanhas, revela
águas básicas com valores de até 9,4 devido aos processos de trocas iônicas ocorridas entre
água e solo. A maioria dos dados hidroquímicos das águas superficiais e subterrâneas mostra
que elas são quimicamente adequadas ao consumo humano; no entanto, apesar de se tratar
de uma área de proteção ambiental, sofrem leve efeito da ação antrópica como mostra a
presença de
4
NH
+
e
3
NO
−
nos açudes. Os sais dissolvidos nas águas têm origem,
principalmente, no processo de dissolução da interação água/rocha e das precipitações
atmosféricas; o efeito do processo de evaporação aparece como agente de enriquecimento de
sais nas águas superficiais e subterrâneas. Os modelos isotópicos aplicados no Açude do
Boqueirão identificaram durante o período de 3 meses de amostragem elevada perda d'água
por evaporação com média de 60,7 % e por infiltração de 13,4 % do volume estocado. As
lâminas d'água perdidas por estes processos foram de 614 mm e 106 mm, respectivamente.
SUMMARY
Surface waters from small dams and groundwater from dug wells located in alluviums,
in the township of Aiuaba, in the semi-arid region of Ceará, were studied to avaluate their
quality and process of salination, and isotope models (
2
H) were used for assessing losses
through infiltration and through evaporation of the Boqueirão dam. Results from chemical
analyses of waters and soils show that in neighbouring areas to the Boqueirão dam
infiltration of rainfall water is reduced due to caulinitic clay soils. In four out of eight
samplings pH of Boqueirão dam water was found to be alkaline with values up to 9.4, due to
water/soil ion exchange. The major part of hydrochemical values for surface and
groundwaters show that these are chemically suitable for human consumption. However, in
spite of the area being of environmental protection, antropic influence is revealed through
+
4
NH
and
−
3
NO
in dam waters. Dissolved salts originate, principally, from water/rock
interaction but also from atmospheric precipitation; evaporation is the process responsable
for increasing concentration in both surface and groundwater stable isotope models applied
to Boqueirão dam waters identified, for the three months of observations, an elevated loss
through evaporation of 60.7% and 13.4% through infiltration of the volume stored. The
respective absolute heights for these processes were 614 mm and 106 mm.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Localização da área de estudo e dos pontos amostrados .......................................33
Figura 2.2. Médias mensais de temperatura e umidade relativa em Tauá.................................34
Figura 2.3. Aspecto fechado da caatinga na Bacia Experimental de Aiuaba em duas estações
do ano no mesmo local...............................................................................................................36
Figura 2.4. Mapa Geológico da Estação Ecológica de Aiuaba, tendo em destaque a Bacia da
Gameleira.......................................................................................................................................39
Figura 2.5. Mapa de Solos da Estação Ecológica de Aiuaba, tendo em destaque a Bacia da
Gameleira. - Adaptado de ARAÚJO (2005)...........................................................................41
Figura 3.1 – Açude do Boqueirão (A1). ...........................................................................................43
Figura 3.2 – Açude do Caititu (A2)...................................................................................................43
Figura 3.3 – Açude da D. Leontina (A3). ........................................................................................44
Figura 3.4 – Cacimba da Casa da Estação (C1)..............................................................................44
Figura 3.5 – Cacimba Antonio Fideles (C2)....................................................................................45
Figura 3.6 – Cacimba Geraldo Nogueira (C3)................................................................................45
Figura 3.7 – Amostragem utilizando a garrafa de Van Dorn. (a) açude; (b) cacimba. ...........46
Figura 3.8 – Amostragem de solos....................................................................................................47
Figura 3.9 – Tanque Classe A. ...........................................................................................................49
Figura 3.10 – Laboratório de Hidroquímica do Depto. de Física da UFC...............................50
Figura 3.11 – Espectrômetro de Massa Finningan Delta Plus.....................................................52
Figura 3.12 - Esquema do processo de evaporação. .....................................................................58
Figura 3.13 - Processo de evaporação em um Tanque Classe A ................................................62
Figura 3.14 - Variação de δ com a fração de volume de água remanescente (f)......................64
Figura 3.15 - Variação de δ
18
O com a fração de volume de água remanescente (f) em função
da umidade relativa (h).. .............................................................................................................65
Figura 3.16 - Esquema dos processos de perdas por evaporação e por infiltração em um
reservatório superficial de água.................................................................................................66
Figura 3.17 - Esquema dos processos de perdas por evaporação e por infiltração em um
reservatório com alimentação subterrânea. ............................................................................70
Figura 4.1 – Granulometria de amostras de solos coletadas em furos (F), em diferentes
profundidades na Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE. ..........................................................73
Figura 4.2 – Correlação entre a massa específica aparente seca e a matéria orgânica (MO)
dos solos da Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE.....................................................................75
Figura 4.3 – Correlação entre o conteúdo de argila e a condutividade elétrica (CE) dos solos
da Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE.......................................................................................75
Figura 4.4 – Análises químicas das amostras coletadas em furos (F), em diferentes
profundidades, dos solos da Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE........................................76
Figura 4.5 - Correlação entre a saturação de bases (V) e o pH dos solos da Bacia da
Gameleira, Aiuaba – CE.............................................................................................................77
Figura 4.6 - Diagramas de estabilidade da albita em contato com água para as amostras de
C1 e de C3.....................................................................................................................................78
Figura 4.7 - Diagramas de estabilidade da anortita em contato com água para as amostras de
C1 e de C3.....................................................................................................................................79
Figura 4.8 – (a) Precipitação durante o período de coleta. Variação da condutividade elétrica
com o tempo (b) nos açudes e (c) nas cacimbas. ..................................................................82
Figura 4.9 – (a) Precipitação durante o período de coleta. Variação do pH com o tempo (b)
nos açudes e (c) nas cacimbas. ..................................................................................................85
Figura 4.10 – Diagrama de Piper para as águas superficiais e águas subterrâneas da Bacia da
Gameleira e adjacências, Aiuaba – CE. (a) Açudes (b) Cacimbas. ....................................86
Figura 4.11 – Cloretos versus condutividade elétrica das águas superficiais e águas
subterrâneas da Bacia da Gameleira e adjacências, Aiuaba – CE. (a) Açudes (b)
Cacimbas........................................................................................................................................88
Figura 4.12 – Concentração de cloretos versus sódio para as amostras das cacimbas da Bacia
da Gameleira, Aiuaba – CE. ......................................................................................................89
Figura 4.13 – (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das
concentrações com o tempo dos íons Ca
2+
e Mg
2+
, respectivamente, nos açudes........90
Figura 4.14 – (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das
concentrações com o tempo dos íons Na
+
e K
+
, respectivamente, nos açudes.............91
Figura 4.15– (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das
concentrações com o tempo dos íons Fe
2+
e Al
3+
, respectivamente, nos açudes..........92
Figura 4.16– (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das
concentrações com o tempo dos íons Cl
-
e HCO
3
-
, respectivamente, nos açudes........93
Figura 4.17– (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das
concentrações com o tempo dos íons NH
4
+
e NO
3
-
, respectivamente, nos açudes. ....94
Figura 4.18 - Classificação das águas para irrigação segundo o diagrama do US. Dept. of
Agriculture.....................................................................................................................................95
Figura 4.19 - Diagramas de Gibbs catiônico e aniônico, respectivamente, para os açudes. .97
Figura 4.20 - Diagramas de Gibbs catiônico e aniônico, respectivamente, para as cacimbas.
.........................................................................................................................................................97
Figura 4.21 - Relação entre a área inundada e o nível d’água (h) no Açude Boqueirão.........98
Figura 4.22 - Relação entre o volume de acumulação e o nível d’água no Açude Boqueirão
.........................................................................................................................................................99
Figura 4.23 – Variação de δ
2
H com a fração de volume de água remanescente no tanque
classe A. .......................................................................................................................................100
Figura 4.24 – Variação de δ
2
H com a fração de volume de água remanescente no Açude do
Boqueirão....................................................................................................................................101
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 - Características dos pontos amostrados (A: açude, C: cacimba)............................42
Tabela 3.2 – Localização das amostras de solos e as profundidades de coleta........................48
Tabela 4.1 – Localização e composição granulométrica em amostras de solos coletadas em
diferentes profundidades. ...........................................................................................................72
Tabela 4.2 - Grau de floculação, massas específica aparente seca e real das partículas, pH
em água, condutividade elétrica (CE) e conteúdo de matéria orgânica (MO) dos solos
em diferentes profundidades. ....................................................................................................73
Tabela 4.3 – Análises químicas do complexo sortivo, soma de bases (S), capacidades de
troca de cátions (CTC) potencial e percentual de saturação das bases (V) nos solos em
diferentes profundidades. ...........................................................................................................73
Tabela 4.4 - Dados utilizados na construção dos diagramas de estabilidade da albita e da
anortita............................................................................................................................................78
Tabela 4.5 - Análises físico-químicas e químicas de águas superficiais e de águas
subterrâneas coletadas na Bacia da Gameleira – Aiuaba/CE (A: açude, C: cacimba). ..80
Tabela 4.5 – Análises físico-químicas e químicas de águas superficiais e de águas
subterrâneas coletadas na Bacia da Gameleira – Aiuaba/CE (A: açude, C: cacimba)
Continuação...................................................................................................................................81
Tabela 4.6 - Fração de água remanescente (f) no tanque classe A e valores de δ
δδ
δ
2
H..............99
Tabela 4.7 - Fração de água remanescente (f) no Açude do Boqueirão, valores de δ
δδ
δ
2
H,
níveis d´água e volumes calculados. .......................................................................................101
Tabela 4.8 - Divisão dos valores medidos em três etapas para os cálculos de k e das frações
de volumes infiltrado e evaporado no Açude do Boqueirão.............................................102
Tabela 4.9 - Valor calculado de k, frações totais de volumes infiltrado e evaporado no
Açude do Boqueirão pelo modelo 1.......................................................................................104
Tabela 4.10 - Valor calculado de k, frações totais de volumes infiltrado e evaporado no
Açude do Boqueirão pelo modelo 2.......................................................................................104
Tabela 4.11 - Valores das frações totais de volumes infiltrado e evaporado no Açude do
Boqueirão pelo modelo 3. ........................................................................................................105
Tabela 5.12 - Valores das lâminas de água perdidas por evaporação e por infiltração no
Açude do Boqueirão pelo Modelo 1. .....................................................................................107
Tabela 5.13 - Valores das lâminas de água perdidas por evaporação e por infiltração no
Açude do Boqueirão pelo Modelo 2. .....................................................................................108
Tabela 5.14 - Valores das lâminas de água perdidas por evaporação e por infiltração no
Açude do Boqueirão pelo Modelo 3. .....................................................................................109
LISTA DE QUADROS
Quadro 3.1 – Métodos de análises químicas utilizados para determinação dos íons..............51
Quadro 3.2 - Espécies isotópicas das moléculas de água e suas ocorrências na natureza. ...53
Quadro 3.3 - Os isótopos ambientais
18
O e
2
H..............................................................................54
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................19
1.1 - Generalidades ........................................................................................................... 19
1.2 - Objetivos ................................................................................................................... 20
1.2.1 - Objetivo geral
................................................................................................ 20
1.2.2 - Objetivos específicos
................................................................................... 20
1.3 - Relevância do tema.................................................................................................. 21
1.4 - Revisão bibliográfica............................................................................................... 21
1.4.1 - Hidroquímica
................................................................................................ 22
1.4.2 - Isótopos Ambientais
.................................................................................... 26
1.4.3 - Perdas d'água por evaporação e por infiltração
....................................... 29
2. ÁREA DE ESTUDO.....................................................................................................................32
2.1 - Localização geográfica............................................................................................ 32
2.2 - Clima ......................................................................................................................... 34
2.3 - Vegetação ................................................................................................................. 35
2.4 - Geologia.................................................................................................................... 37
2.5 - Solos........................................................................................................................... 40
3. METODOLOGIA ..........................................................................................................................42
3.1 - Trabalho de campo.................................................................................................. 42
3.1.1 - Coleta de amostras de água para análise hidroquímica
......................... 42
3.1.2 - Coleta de amostras de solo
......................................................................... 47
3.1.3 - Coleta de amostras de água para análises isotópicas
............................. 48
3.2 - Trabalho de laboratório .......................................................................................... 50
3.2.1 – Análise química das águas
......................................................................... 50
3.2.2 – Análises químicas dos solos
...................................................................... 51
3.2.3 – Análises isotópicas
...................................................................................... 52
3.3 - Isótopos ambientais ................................................................................................ 53
3.3.1 – Generalidades
.............................................................................................. 53
3.3.3 - Modelo isotópico
......................................................................................... 61
3.3.3.1. - Evaporação da água no Tanque Classe A sob uma atmosfera úmida ......... 61
3.3.3.2. - Cálculo das perdas por evaporação e por infiltração em um reservatório........ 66
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................................................................72
4.1 - Química dos solos.................................................................................................... 72
4.2 - Química das águas.................................................................................................. 79
4.3 - Perdas d´água por evaporação e infiltração utilizando modelo isotópico....... 98
5. CONCLUSÕES.............................................................................................................................110
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................114
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
19
1. INTRODUÇÃO
1.1 - Generalidades
De acordo com a ONU, calcula-se que existam 1,3 bilhões de pessoas no mundo sem
acesso à água potável, enquanto 2,4 bilhões de pessoas não têm acesso aos serviços
sanitários. O Brasil possui cerca de 11% dos recursos hídricos doces do Planeta porém, 45
milhões de brasileiros ainda não têm acesso à água potável (ASC, 2004).
Na região semi-árida do Nordeste do Brasil, essa situação é ainda mais grave. Primeiro,
devido às condições climáticas; insuficiência e má distribuição interanual das chuvas e
características fisiográficas; segundo, pela grande perda por evaporação das águas dos
reservatórios superficiais e terceiro, pela dificuldade ao acesso à água de qualidade para o
consumo humano, pois geralmente, as fontes de água potável existentes no semi-árido estão
situadas à alguns quilômetros de distância das residências.
Na região dos Inhamuns, semi-árido cearense, o deficit hídrico é de aproximadamente
1000 mm/ano (ARAÚJO et al., 2002), o que torna muito importante as formas de proteção
quantitativa e qualitativa dos recursos hídricos. Como o potencial hídrico desta área é baixo,
o manejo adequado destes recursos permite criar reservas estratégicas para o abastecimento
de pequenas comunidades em longos períodos de estiagem.
Por isto, foi implantado, em 2002, o Projeto IBESA (Implantação de Bacias
Experimentais do Semi-Árido), por uma equipe de pesquisadores de Universidades da região
Nordeste (UFC, UFPB, UFCG, UFBA, UFPE, UFRPE e UFRN) com o objetivo de
desenvolver pesquisas conjuntas e manter atualizado e ordenado o conhecimento científico e
tecnológico da Hidrologia do Semi-árido do Nordeste, aplicando metodologias unificadas.
1
CAPÍTULO
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
20
A Bacia Experimental de Aiuaba, ou Bacia da Gameleira, onde foi desenvolvido esse
trabalho de tese, foi escolhida por ser representativa da região e por ter área com vegetação
de caatinga extremamente conservada. Além disso, está situada em uma Estação Ecológica,
administrada pelo IBAMA, onde se pôde desenvolver a pesquisa sem a preocupação com
perdas de equipamentos e de dados, e assim, obter informações sobre a gestão da água e uso
da terra na bacia, com pouca ação antrópica. As únicas ações observadas dentro da Estação
Ecológica são o uso da água do Açude Boqueirão pelos animais para a dessedentação e a
presença de caçadores durante a estação da migração de avoantes (Zenaida Auriculata
Noronha) (LEAL FILHO et al., 1997). Tendo como base a contagem dos animais que
recorrem diariamente ao reservatório, foi possível estimar o consumo diário em
aproximadamente 1 m
3
, que representa em média, perda no açude de 1,5 mm/mês (0,005
mm/dia), que está aquém da precisão das medidas realizadas. Por esta razão, o impacto do
uso da água para dessedentação foi desprezado na estimativa do volume de água açude.
1.2 - Objetivos
1.2.1 - Objetivo geral
Utilização de medidas isotópicas e hidroquímicas para caracterização de uma área
preservada localizada no Semi-Árido Nordestino.
1.2.2 - Objetivos específicos
Obter as características químicas e físico-químicas das águas, subterrâneas e
superficiais, em uma área com vegetação de caatinga bem conservada, com características
hidrológicas do semi-árido e com limitada ação antrópica.
Estudar os processos de salinização das águas superficiais e subterrâneas da Bacia da
Gemeleira e áreas contíguas;
Aplicar três modelos isotópicos para avaliar as taxas de evaporação e de infiltração no
Açude Boqueirão, que tem um volume máximo estimado em 60.000 m
3
, e
conseqüentemente, comparar os resultados obtidos.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
21
1.3 - Relevância do tema
A possibilidade de conhecer melhor as características das águas superficiais e
subterrâneas, os processos que levam à salinização e a avaliação das taxas de evaporação dos
açudes permitirão quantificar e qualificar detalhadamente o comportamento de reservatórios
localizados no semi-árido cearense com pouca ação antrópica, objetivando o manejo
eficiente dos recursos hídricos e sua conservação em qualidade e quantidade na busca de um
melhor aproveitamento desses recursos e, no futuro, utilizar esse estudo em áreas com
grandes ações antrópicas.
1.4 - Revisão bibliográfica
O manancial subterrâneo acha-se relativamente melhor protegido dos agentes de
contaminação que afetam a qualidade das águas dos rios, na medida em que ocorre sob uma
zona não-saturada (aqüífero livre) ou sob uma camada relativamente pouco permeável
(aqüífero confinado). Como resultado, a água subterrânea, em geral, tem como característica
básica importante ser naturalmente potável.
Ela representa a parcela do ciclo hidrológico que transita "escondida" na subsuperfície
da Terra; ocorre preenchendo os vazios intergranulares dos sedimentos ou rochas
sedimentares, as fraturas, falhas, fissuras e outras formas de vazios das rochas compactas.
Esses vazios têm, muitas vezes, dimensões milimétricas, porém, ocorrem em tão grande
número que os volumes da água doce estocados no subsolo dos continentes, até a
profundidade de 4000 m, são estimados entre 8 e 10 milhões de km
3
. As águas subterrâneas
constituem a origem do escoamento básico dos rios, representando uma contribuição
multianual da ordem de 13.000 km
3
/ano (PEIXOTO & OORT, 1990).
Praticamente, todos os países do mundo, desenvolvidos ou não, utilizam água
subterrânea para suprir suas necessidades, seja no atendimento total ou apenas suplementar
do abastecimento público e de atividades como irrigação, produção de energia, turismo,
indústria, etc. O início dessa utilização perde-se no tempo e o seu crescimento tem
acompanhado o desenvolvimento do homem na Terra. Consistia inicialmente no
aproveitamento da água de nascentes e de lençóis freáticos rasos, captados através de
escavações rudimentares, que com o tempo evoluíram para cacimbas revestidas de pedra e,
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
22
posteriormente, também de tijolo.
Com o passar dos anos, a explotação excessiva, as mudanças climáticas e o mau uso da
água produziram um grande problema mundial em relação à quantidade e à qualidade dos
recursos hídricos subterrâneos. A salinização e a poluição das águas por dejetos humanos
estão levando pesquisadores de todo o mundo a buscar soluções para esses problemas.
Com o advento da era industrial e a evolução dos equipamentos de perfuração,
tornou-se possível a construção de poços de maior consistência técnica em tempo cada vez
menor e com profundidades cada vez maiores. Estimativas apontam em 300 milhões o
número de poços perfurados no mundo nas três últimas décadas, 100 milhões dos quais nos
Estados Unidos, onde são perfurados cerca de 400 mil poços por ano (LEAL, 2004).
Nas regiões semi-áridas, em todo o mundo, a hidroquímica e os isótopos ambientais
estão sendo utilizados para determinar a origem, a caracterização das águas subterrâneas e os
processos de salinização como trocas iônicas entre solo e água. Inúmeros trabalhos estão
sendo realizados para estudar os processos de salinização que ocorrem nas águas superficiais
e subterrâneas.
1.4.1 - Hidroquímica
BERNALDEZ & REY (1992) usaram medidas hidroquímicas em áreas de cultivo da
Espanha Central para determinar a evolução química das águas subterrâneas e observaram
que houve um aumento na salinidade e no pH da água ao longo do seu percurso e que estes
aumentos afetaram as características dos solos. Os autores observaram que a distribuição das
plantas está relacionada com a salinidade e a alcalinidade dos solos, justificando o uso de
algumas espécies como indicadores biológicos da qualidade da água.
ADAMS et al. (2001) estudaram processos hidroquímicos das águas subterrâneas em
rochas fraturadas no semi-árido na localidade de Sutherland, oeste de Karoo, sul da África.
Nas áreas mais altas, as águas são do tipo bicarbonatadas cálcicas, enquanto que nas áreas
mais baixas são cloretadas sódicas. Este estudo contribuiu para identificar as áreas com água
subterrânea de boa qualidade.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
23
DINDANE et al. (2003) realizaram um trabalho usando medidas hidroquímicas e
isotópicas na Bacia Souss Upstream, sudoeste de Marroco, para identificar características
químicas e a origem das águas subterrâneas em um aqüífero em região semi-árida.
Verificaram que a água subterrânea é supersaturada em relação aos carbonatos causada pela
dissolução de rochas carbonáticas da Bacia. As medidas isotópicas revelaram que ocorre
infiltração rápida, antes de sofrer evaporação, sugerindo recarga através das rochas
fraturadas.
A preocupação com a escassez de recursos hídricos e com a qualidade das águas
subterrâneas e superficiais tem motivado a realização de estudos hidroquímicos e isotópicos,
nas mais diversas áreas do Brasil. Na região Semi-Árida do Nordeste, esses problemas são
mais agravantes devido aos mecanismos de salinização induzidos pelo clima. A origem dos
sais nas águas subterrâneas no Nordeste do Brasil tem sido estudada desde a década de 60.
No Brasil, os problemas de abastecimento de água nas áreas metropolitanas decorrem,
fundamentalmente, de duas circunstâncias principais: (1) nas bacias hidrográficas localizadas
em grandes centros urbanos e industriais, 90 % do volume dos esgotos domésticos e 70 %
dos afluentes industriais são lançados sem tratamento nos rios. Além disso, 99 % dos quase
90 milhões de toneladas/ano de resíduos urbanos são dispostos no solo na forma de aterros
e lixões; (2) no domínio do semi-árido, a degradação da qualidade é agravada pelo clima, que
gera insuficiência periódica das disponibilidades hídricas em face da crescente demanda
(REBOUÇAS, 1997).
TEIXEIRA & OLIVEIRA (1962) observaram que a salinização é produzida por
processos de dissolução dos minerais da rocha durante a circulação das águas de origem
meteóricas nas fendas no cristalino.
SCHOFF (1967) propôs que a salinidade na Bacia Paraíba/PB seja decorrente de
diluição progressiva de sais deixados pela água do mar na última ingressão marinha ocorrida
no Cretáceo Superior.
CRUZ & MELO (1968) estudando 1200 análises químicas de amostras do Nordeste
Brasileiro justificaram as altas salinidades como decorrentes do efeito da capilaridade.
Indicaram, em ordem decrescente, os principais fatores que contribuem para a salinização
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
24
das águas subterrâneas no Nordeste: a) clima; b) modo de ocorrência das águas (aquíferos
livres ou confinados); c) condições de circulação (zoneamentos verticais) e d) natureza
geológica (influência litológica).
LEAL (1969) identificou a mineralização elevada das águas subterrâneas no cristalino
como decorrente, principalmente, da evaporação e da dissolução de rochas, processos estes
que agem simultaneamente.
REBOUÇAS (1973) avaliou que a salinização das águas tanto superficiais quanto
subterrâneas é causada pelo transporte de aerossóis provenientes do mar nas correntes
atmosféricas. Este teor salino decresceria da costa para o interior.
CRUZ & MELO (1974) citaram alguns fatores como responsáveis para salinização das
águas subterrâneas do cristalino do Nordeste Brasileiro, entre eles, o processo de
concentração por evaporação, observando uma relação direta entre o índice de aridez e o
grau de salinização das águas.
FRISCHKORN et al. (1984) realizaram um estudo no Aqüífero Serra Grande, Bacia
Sedimentar Maranhão-Piauí, no sudoeste do Estado do Piauí, estabelecendo que o aumento
na concentração de sais nas águas subterrâneas é devido à dissolução de sais no aqüífero.
SANTIAGO (1984) estudou a concentração salina da água armazenada nos açudes
Pereira de Miranda e Caxitoré em Pentecostes/CE. Observou que a deposição seca e úmida
de aerossóis e a lixiviação de produtos de intemperismo no cristalino têm um papel
importante no sentido de representar fontes de salinidade e que o processo principal de
salinização é a evaporação.
SANTOS et al. (1984) consideraram a hipótese da salinização das águas subterrâneas no
cristalino do Estado do Rio Grande do Norte ser determinada pelo solo. Os autores
concluíram, com base nas análises químicas dos extratos dos diferentes tipos de solo e das
águas subterrâneas, que são os solos que mais decisivamente contribuem para a salinização
das águas subterrâneas.
CRUZ (1985) observou que os fatores que influem na salinização das águas
subterrâneas são extrínsecos e intrínsecos ao sistema. Dentre os fatores extrínsecos estão: o
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
25
clima, precipitação e evapotranspiração, as trocas de água com outros sistemas e os efeitos
da poluição antrópica. Dentre os fatores intrínsecos, distinguem-se aqueles relacionados às
características físicas do aqüífero, tais como permeabilidade, porosidade, profundidade do
nível da água, comprimento do percurso, e os processos físico-químicos que ocorrem com a
interação: água-rocha troca iônica, oxidação-redução, dissolução, etc.
MENDONÇA (1996), realizando simulações dos testes de bombeamento de poços no
sistema Aqüífero Superior, no Vale do Cariri, em Juazeiro do Norte/CE, observou que a
baixa salinidade das águas no aqüífero Rio da Batateira aumenta através do processo de
mistura com águas mais salinizadas ascendentes provenientes do aqüífero Missão Velha.
LIMA et al. (1996) analisando as águas das nascentes do Rio Carrapateiras, na região
dos Inhamuns, constataram a presença de águas subterrâneas com salinidade extremamente
alta. A deposição de aerossóis e a evaporação foram identificadas como processos
responsáveis pela salinização dessas águas.
SANTIAGO et al. (1997) analisaram os íons maiores em amostras de poços, cacimbas,
fontes e rios no município de Tauá, no centro-oeste do Ceará, com o objetivo de determinar
os mecanismos de salinização das águas subterrâneas. Os altos valores nas concentrações de
sais são provenientes da evaporação das águas superficiais na bacia hidrográfica durante o
período seco, e da deposição seca e deposição úmida dos aerossóis durante a estação
chuvosa.
OLIVEIRA & BATISTA (1997) fizeram um estudo estatístico com dados de perfis e
de análises químicas de 500 poços perfurados em aqüífero fissural na região semi-árida do
nordeste e concluíram que o índice de aridez e a litologia influenciam os processos de
salinização. Afirmaram que, a não ser em litologias bastante solúveis, como nos carbonatos,
o caráter físico das rochas no sentido de propiciar uma maior salinização mediante a
evaporação é mais importante do que a dissolução química. Litologias que produzem solos
arenosos, como os quartzitos, onde a água penetra mais facilmente no subsolo, mesmo nas
zonas de maior aridez, evitam a evaporação e, suas águas apresentam melhor qualidade do
que aquelas que propiciam taxas elevadas de evaporação, como os granitos.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
26
SANTIAGO et al. (1998) identificaram a origem dos sais nas águas subterrâneas como
produtos de intemperismo de feldspatos na Região de Tauá/Inhamuns e, em áreas perto do
mar, deposição de aerossóis, anualmente lixiviados e transportados pelo escoamento
superficial para as fraturas.
MEDEIROS (1992) e OLIVEIRA & MAIA (1998) estudaram a salinidade da água
utilizada na irrigação proveniente do aqüífero situado no calcário da Formação Jandaíra,
localizada na Chapada do Apodi, e verificaram que as águas apresentam concentrações de
sais relativamente elevadas, atingindo valores superiores a 2000 mg/L. Tais águas só podem
ser utilizadas em culturas com boa tolerância à salinidade.
AGUIAR et al. (2000) estudaram os aqüíferos costeiros no Município de Caucaia, na
Região Metropolitana de Fortaleza, e concluíram que a salinização se processa, basicamente,
por sais marinhos aerotransportados (sea spray).
SOUZA FILHO et al. (2004) realizaram análises químicas e físico-químicas das águas
subterrâneas na região de Irauçuba, no Ceará, para entender a origem dos sais e os processos
de salinização. Os resultados mostraram que os sais dissolvidos nas águas têm origem na
dissolução de evaporitos e são concentrados por efeito da intensa evaporação que ocorre na
região semi-árida.
FERNANDES et al. (2005) observaram aumento da salinidade nas águas subterrâneas
armazenadas nos calcários da Formação Jandaíra, Chapada do Apodi/CE, causado pela
evaporação e aplicação excessiva do fertilizante KCl em culturas de bananas.
1.4.2 - Isótopos Ambientais
No contexto hidrológico e hidrogeológico, os isótopos ambientais são utilizados como
traçadores de águas superficiais e subterrâneas em estudos de origem, de recarga e de idade
de um aqüífero (CLARK & FRITZ, 1997). Nas três últimas décadas, eles têm sido utilizados,
com muito êxito, como uma das ferramentas não convencionais no estudo das reservas
hídricas superficiais e subterrâneas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
27
Os primeiros estudos com isótopos ambientais em uso hidrológico no Brasil datam do
final da década de 60, início da década de 70 e tiveram como alvos principais o Nordeste
Brasileiro e a Amazônia.
No Nordeste, os estudos foram motivados pela seca e pela salinização das águas foram
apoiados pela Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE), e tinham
como objetivos o conhecimento da origem e dos mecanismos de recarga dos aqüíferos, a
causa da salinização, o tempo de trânsito e a datação destes aqüíferos.
Os estudos na Amazônia tiveram início com o objetivo de calcular a vazão dos rios
Negro e Solimões e estimar a contribuição dos afluentes para o rio Amazonas. Os isótopos
utilizados foram o deutério e o oxigênio-18. Paralelamente a esta linha de pesquisa, a
caracterização da composição isotópica da chuva foi monitorada para determinação de uma
reta meteórica local (SILVEIRA & SILVA JUNIOR, 2002).
FERREIRA DE MELO et al. (1969), utilizando medidas isotópicas na Bacia Potiguar,
principalmente na Formação Açu e no embasamento, mostraram que as águas subterrâneas
têm origem direta nas águas meteóricas e o aumento na salinidade pode ter sido causado pela
transgressão marinha, por evaporação intensa e/ou aerossóis marinhos.
REIS et al. (1977) realizaram um estudo na Ilha de Marajó/AM, com base na
caracterização isotópica da água de chuva, de poços, de rios e do mar; concluíram que as
águas do rio Amazonas, isotopicamente mais leves que as do mar e do rio Tocantins, têm
influência até o sul da ilha. Além disso, em toda a orla da ilha, a relação δ
2
H x δ
18
O para
estas águas coincide com a reta meteórica, não evidenciando contribuição de água marinha e
no interior da ilha.
SALATI et al. (1979) usando medidas de
3
H e
14
C nas águas subterrâneas no Nordeste
brasileiro obtiveram tempos de residência de 10 a 100 anos para os aqüíferos no cristalino e
de mais de 30.000 anos para os aqüíferos sedimentares. Nas áreas sedimentares, existe
indício de que estes aqüíferos sofreram recarga por águas meteóricas antigas, em condições
distintas das atuais, ou seja, paleoáguas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
28
LEOPOLDO et al. (1982) realizaram um estudo em uma pequena bacia de drenagem
na floresta amazônica, região de Manaus/AM, usando dados isotópicos da água da chuva e
da água do solo; os resultados indicaram que não ocorreu fracionamento isotópico
significativo nessas águas. O empobrecimento em
18
O e
2
H da água do igarapé foi
relacionado à mistura de água de chuva enriquecida em isótopos pesados, com água mais
velha no solo empobrecida nestes isótopos.
FRISCHKORN et al. (1988), utilizando dados hidroquímicos e isotópicos, concluíram
que a salinização no Aqüífero Açu, Bacia Potiguar/RN, recebe uma contribuição do
processo de dissolução de sais dentro do aqüífero pela proporcionalidade da condutividade
elétrica em relação à idade da água.
SANTIAGO et al. (1990), estudando as águas do Cariri/CE, através de medidas de
14
C
e
3
H, observaram que as águas no aqüífero Missão Velha Superior tinham idades até 3100
anos e no aqüífero Missão Velha Inferior, idades de 1900 a 9200 anos.
SILVA et al. (1996) realizaram um estudo de águas das aluviões e de águas profundas
nos municípios de Crato e Juazeiro do Norte/CE com medidas de
14
C e de condutividade
elétrica (CE). Verificaram que há uma diferenciação isotópica entre os aqüíferos
sedimentares profundos, Rio da Batateira e Missão Velha, e o aqüífero das aluviões. Nos
aqüíferos Rio da Batateira e Missão Velha existe uma correlação negativa entre o conteúdo
de
14
C e a CE; quanto menor o conteúdo de
14
C nestas águas, mais efetivo o processo de
dissolução, ocasionando aumento da CE. Nas aluviões, a correlação positiva dos mesmos
parâmetros foi associada à entrada de águas modernas (com alta concentração de
14
C) e à
lavagem de aerossóis do ar e do solo pela chuva, aumentando a condutividade elétrica.
BATISTA et al. (1998), usando medidas isotópicas e de condutividade elétrica nas
águas subterrâneas de Picos/PI, identificaram a presença de paleoáguas armazenadas no
sistema aqüífero Serra Grande, ou seja, nas águas armazenadas nos arenitos entre folhelhos
argilosos da Formação Serra Grande. As águas subterrâneas na Formação Cabeças são na
maioria, do holocênio, tendo também, águas de mistura com paleoáguas do pleistocênio.
CARNEIRO et al. (1998), usando isótopos ambientais em um estudo na Bacia
Sedimentar Piauí-Maranhão, especificamente, no sistema aqüífero Cabeças, não
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
29
identificaram correlação entre idades e o aumento da salinização e que, de maneira geral, as
águas são pouco mineralizadas.
COSTA FILHO et al. (1998), através de medidas de isótopos estáveis na planície do
Recife/PE, não observaram o avanço da cunha salina como responsável pela salinização dos
aqüíferos costeiros. A diferença isotópica entre a água subterrânea e a água do mar invalida a
hipótese de intrusão marinha. Portanto, os sais foram originados de um processo interno de
dissolução e/ ou mistura com águas marinhas provenientes de manguezais.
SANTIAGO et al. (2001) utilizaram medidas hidroquímicas junto com medidas
isotópicas para identificar os mecanismos de recarga no Baixo Jaguaribe, em Limoeiro do
Norte/CE e concluíram que a recarga é feita pelas águas das chuvas sem evaporação.
PEREIRA (2002), através de medidas hidroquímicas e isotópicas, mostrou que o
Aqüífero Itapecuru, na Ilha de São Luís/MA é semi-confinado e não confinado como
apontavam estudos geológicos anteriores.
1.4.3 - Perdas d'água por evaporação e por infiltração
O primeiro trabalho utilizando modelo isotópico para estimar a evaporação foi feito
por DINÇER (1968) que estudou três reservatórios no sul da Turquia; este estudo foi
completado por MERLIVAT (1970) que observou, em um dos reservatórios, o lago Burdur,
operando em regime estacionário, com o volume evaporado igual ao volume recebido de
aqüífero subterrâneo.
FONTES & GONFIANTINI (1967) desenvolveram uma equação para evaporação
com condensação do vapor d'água da atmosfera e a aplicaram em duas bacias do Nordeste
do Saara.
SANTIAGO et al. (1975) aplicaram um modelo isotópico para estudar a evaporação no
açude Santo Antonio de Russas, Russas/CE, e encontraram percentuais de até 26% e de
33% do volume inicial, em dois períodos distintos, de agosto a janeiro de 1971 e de agosto a
dezembro de 1972.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
30
STOLF et al. (1979) usaram modelo isotópico junto com balanço de sais e obtiveram
perda por evaporação de 20 a 40% no Açude Quebra-Unhas/PE, no período de maio de
1974 a outubro de 1976.
GAT & LEVI (1978) determinaram a taxa de alimentação de lagos salinos periódicos
na área de Bardowil, Sinai, no período no qual o reservatório se encontrava, isotopicamente
no estado estacionário.
GIBSON et al. (1996) realizaram um estudo para validar um modelo isotópico que
estima a taxa de evaporação em um lago situado no Ártico do Canadá comparando os
resultados obtidos com outros métodos como balanço de massa, balanço de energia, perfil
aerodinâmico e tanque classe A.
GIBSON (2001) utilizou medidas de oxigênio-18 e de deutério em lagos de regiões do
nordeste do Canadá onde o monitoramento hidroclimático é limitado. Concluiu que o
enriquecimento isotópico em pequenos lagos pode ser utilizado para estimar evaporação e
compreender o comportamento de reservatórios em regiões árticas e subárticas.
GIBSON et al. (1999), através de medidas isotópicas realizadas em Tanque Classe A,
determinaram a composição isotópica do vapor d'água na atmosfera durante o verão nas
regiões árticas e subárticas do Canadá.
GIBSON et al. (2002b) utilizando balanço isotópico, calcularam e comparam o fluxo, o
tempo de residência e a infiltração das águas de 70 pequenos lagos na planície Boreal do
nordeste e do norte-central de Alberta, Canadá. A aplicação do modelo isotópico resultou
em uma poderosa ferramenta para analisar balanço de água de lagos.
GIBSON (2002) utilizou um balanço isotópico não-estacionário para calcular a
evaporação em lagos rasos no Ártico. O modelo foi consistente por identificar lagos com
características substancialmente diferentes.
CORLIS et al. (2003), através medidas isotópicas no Golfo Spencer, Sul da Austrália,
elaboraram um modelo simples de evaporação combinado com processos de mistura e de
troca entre o golfo e o mar aberto. Os resultados mostraram que no golfo a evaporação é
maior, enquanto que os processos de mistura são mais intensos no mar aberto.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
31
GRÜNBERGER et al. (2004), usando um modelo isotópico, avaliaram as taxas de
evaporação para o reservatório El Gouazine, Tunísia, estimaram uma taxa de evaporação de
300 m
3
/dia quando o nível do reservatório está acima de 4,5 m e de 170 m
3
/dia quando o
nível está abaixo de 4,5 m.
EHLMANN et al. (2005), através de um modelo isotópico, calcularam a taxa de
evaporação de 4,9 mm/dia no lago alpino Waiau, Havaí, cuja altitude é de 3960 m acima do
mar. Por modelos convencionais, a evaporação foi avaliada em 4,1 mm/dia com um desvio
padrão de 2,5 mm/dia.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
32
2. ÁREA DE ESTUDO
2.1 - Localização geográfica
O município de Aiuaba situa-se na região dos Inhamuns a sudoeste do Estado do
Ceará, a uma altitude de 466 m, compreendendo uma área de 24171,6 km
2
(TCM, 2003); tem
como limites os municípios cearenses Antonina do Norte, Arneiroz, Campos Sales, Parambu
e Saboeiro, além das porções limítrofes com o Estado do Piauí.
O acesso ao município, a partir de Fortaleza, pode ser feito através da rodovia
Fortaleza/Canindé/Tauá, seguida do ramal que leva a Campos Sales e à sede do município
de Aiuaba. A Estação Ecológica de Aiuaba dista 425 km de Fortaleza por esse trajeto. Um
acesso alternativo à bacia pode ser feito através da rodovia estadual Estrada do Algodão,
passando por Quixadá, Quixeramobim, Iguatu e Saboeiro; por esse acesso, a distância da
Bacia Experimental da Gameleira à Fortaleza é de 511 km.
A Estação Ecológica (ESEC) de Aiuaba tem uma área de 115,3 km
2
e localiza-se entre
as coordenadas: 06°35' - 06°46' S e 40°07' - 40°20' W. Destaca-se em importância por ser a
maior Unidade de Conservação Federal do Bioma Caatinga representando um papel
importante para o ciclo hidrológico da região. A Bacia Experimental da Gameleira está
inteiramente inserida na Estação Ecológica de Aiuaba, com área de aproximadamente
12 km
2
e perímetro de 15,22 km (Figura 2.1).
2
CAPÍTULO
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no cristalino cearense em área de preservação ecológica no município de Aiuaba
33
P
I
A
U
Í
C
A
M
P
O
S
S
A
L
E
S
A
N
T
O
N
I
N
A
D
O
N
O
R
T
E
S
A
B
O
E
I
R
O
S
A
B
O
E
I
R
O
C
A
T
A
R
I
N
A
A
R
N
E
I
R
O
Z
A
R
N
E
I
R
O
Z
P
A
R
A
M
B
Ú
P
A
R
A
M
B
Ú
P
I
A
U
Í
P
I
A
U
Í
,,
4030
O
,
600
6
0
0
6
0
0
6
0
0
6
0
0
MUNICÍPIO DE AIUABA - CE
4020
O
,
40
10
O
,
40
10
O
,
Estação Ecológica
de Aiuaba - IBAMA
DETALHE
3,5
3,5
7,0
3,5
0
km
6 3
0
O
,
6
40
O
,
6 50
O
,
N
CEARÁ
Fortaleza
Sertão dos
Inhamuns
A1
A2
C3
C2
C1
A3
Bacia da
Gameleira
F2
F1
F3
F4
rios intermitentes
contorno da Bacia da Gameleira
rios intermitentes
contorno da Bacia da Gameleira
Legenda
pontos de coleta d´água
A: Açude; C: Cacimba
F: furos para coleta de solos
P
I
A
U
Í
C
A
M
P
O
S
S
A
L
E
S
A
N
T
O
N
I
N
A
D
O
N
O
R
T
E
S
A
B
O
E
I
R
O
S
A
B
O
E
I
R
O
C
A
T
A
R
I
N
A
A
R
N
E
I
R
O
Z
A
R
N
E
I
R
O
Z
P
A
R
A
M
B
Ú
P
A
R
A
M
B
Ú
P
I
A
U
Í
P
I
A
U
Í
,,
4030
O
,
600
6
0
0
6
0
0
6
0
0
6
0
0
MUNICÍPIO DE AIUABA - CE
4020
O
,
40
10
O
,
40
10
O
,
Estação Ecológica
de Aiuaba - IBAMA
Estação Ecológica
de Aiuaba - IBAMA
DETALHE
3,5
3,5
7,0
3,5
0
km
6 3
0
O
,
6
40
O
,
6 50
O
,
N
CEARÁ
Fortaleza
Sertão dos
Inhamuns
A1
A2
C3
C2
C1
A3
Bacia da
Gameleira
F2
F1
F3
F4
rios intermitentes
contorno da Bacia da Gameleira
rios intermitentes
contorno da Bacia da Gameleira
Legenda
pontos de coleta d´água
A: Açude; C: Cacimba
F: furos para coleta de solos
rios intermitentes
contorno da Bacia da Gameleira
rios intermitentes
contorno da Bacia da Gameleira
Legenda
pontos de coleta d´água
A: Açude; C: Cacimba
F: furos para coleta de solos
Figura 2.1 - Localização da área de estudo e dos pontos amostrados
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
34
2.2 - Clima
Segundo Köeppen, a região em estudo está classificada como sendo uma Zona de
Clima Seco, tipo B, quente e semi-árido. Os dados de temperatura revelam valores médios
de 24,5 °C para o período mais frio (junho-julho) e 27,8 °C para o mais quente (novembro-
dezembro). O ar é seco, apresentando umidade relativa média anual de 61,6 % com o
mínimo de 44,0 % no mês de setembro (DNMET, 1992). Os dados de umidade relativa e de
temperatura médias mensais estão apresentados na Figura 2.2.
A precipitação pluviométrica média anual, medida pela Estação Meteorológica de
Aiuaba, fica em torno de 569 mm. Devido à característica de clima semi-árido, apresenta
uma distribuição concentrada das chuvas durante alguns meses do ano. O período chuvoso
coincide com o verão-outono, registrando as maiores precipitações em março-abril. O
período seco corresponde ao inverno-primavera. A evapotranspiração potencial chega aos
1567 mm/ano, propiciando elevado déficit hídrico atmosférico de 1000 mm/ano (ARAÚJO,
2005).
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Mês
Umidade relativa (%)
24.0
24.5
25.0
25.5
26.0
26.5
27.0
27.5
28.0
Temperatura (ºC)
Umidade relativa Temperatura
Figura 2.2. Médias mensais de temperatura e umidade relativa em Tauá (Fonte: DNMET, 1992)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
35
2.3 - Vegetação
A vegetação predominante na área é uma caatinga arbórea e sub-arbórea densa. O
termo Caatinga é originário do Tupi-Guarani que significa mata-branca, clara, esbranquiçada
ou aberta, em alusão ao seu aspecto fisionômico no período seco do ano. Apesar da
diversidade das formações vegetais xerofíticas do Nordeste Semi-Árido, incluindo
fisionomias arbustivas, o termo Caatinga tem sido mais aplicado à tipologia arbórea,
considerada por Andrade-Lima (FIGUEIREDO & LIMA VERDE, 1999) como "a verdadeira
Caatinga dos Tupis". A Caatinga ocorre no semi-árido sobre solos geralmente rasos; no
entanto, são ricos e férteis, decorrentes da desintegração de material geológico cristalino,
onde predominam processos internos de erosão.
A ocorrência de secas periódicas estabelece regimes intermitentes aos rios e provoca a
queda das folhas da vegetação. O rebrotamento ocorre apenas nos curtos períodos de
chuvas, provocando forte mudança na vegetação ao longo do ano, como ilustram as Figuras
2.3 (a e b). A maior parte da vegetação arbórea apresenta folhas pequenas, com adaptação à
redução da transpiração, porte médio a baixo, 3 a 7m, sendo entremeadas por cactáceas e
bromeliáceas (ARRUDA, 2001).
Destacam-se entre as espécies arbóreas, a braúna, a aroeira, o angico, o pereiro e o
cumaru que, ao lado de diversas cactáceas, compõem a cobertura vegetal. Em algumas
manchas, no entanto, a caatinga torna-se bem esparsa, apresentando solo praticamente
desnudo, com a ocorrência de espécimes arbustivos.
Em geral, na Estação Ecológica de Aiuaba, devido à antiga ocupação deste bioma e a
continuidade de práticas de preparo do solo (através de grandes desmatamentos,
principalmente para a formação de pastagens e pecuária extensiva, a extração de madeiras
para produção de lenha, estacas e carvão, a queimada para produção de pequenas lavouras de
subsistência, a caça e a agroindústria) houve consumo de cerca de 80% do ecossistema
original (NASCIMENTO, 2000; ARRUDA, 2001).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
36
(a) Estação úmida
(b) Estação de estio
Figura 2.3. Aspecto fechado da caatinga na Bacia Experimental de Aiuaba em duas estações do ano no
mesmo local (ARAÚJO, 2003).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
37
2.4 - Geologia
A geologia da Estação Ecológica de Aiuaba apresenta características dos períodos
Paleo-proterozóico e Cenozóico. Nela, foram reconhecidas cinco unidades litoestratigráficas
denominadas de Faixa Orós, Intrusões Graníticas, Intrusões Básicas, Coberturas Tercio-
Quartenárias e Aluviões (OLIVEIRA et al., 1983 e CPRM, 2003).
Como mostrada na Figura 2.4, a geologia da Bacia Experimental de Aiuaba
compreende a uma unidade litoestratigráfica, a Faixa de Orós do período Paleo-
Proterozóico. Esta unidade é dividida em Suíte Granitóide Serra do Deserto e Formação
Santarém.
A Suíte Granitóide Serra do Deserto é constituída de augenortognaisses graníticos,
biotita e hornblenda. Compreende rochas de coloração cinza a escura, apresentando em
alguns pontos coloração rosada; sua estrutura é gnáissica fina, constituída de alternância de
faixas escuras e claras. As faixas claras são compostas basicamente de quartzo, feldspato e
muscovita; as faixas escuras são constituídas de biotita e minerais opacos. A granulação varia
de fina a média contendo "augen" de feldspatos dispersos numa massa formada de grãos de
quartzo, feldspato e muscovita.
A Formação Santarém compreende uma seqüência constituída de intercalações de
quartzitos, filitos e calcários. Localiza-se na parte central estendendo-se até a porção oeste e
nordeste da Bacia, representando a unidade de maior expressão na área estudada.
Os quartzitos apresentam grandes exposições na área e caracterizam-se por cores
esbranquiçadas, em alguns trechos são amarelados, de granulação fina, compactos e em
parte, micáceos, com aspecto sedoso brilhante nos planos de foliação.
Os filitos apresentam-se com aspecto variado podendo ser classificados em dois tipos.
O primeiro, possui uma coloração cinza-escura, com tonalidade cinza-esverdeada, brilho
sedoso, granulação fina, boa foliação, às vezes exibindo uma alternância de faixas claras e
escuras, bem nítidas. A mineralogia é constituída por quartzo, micas e como acessórios
observam-se pontuações de minerais opacos. A mica predominante é a sericita, que ocorre
concentrada em finos níveis intercalados com faixas quartzosas. Em algumas amostras,
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
38
observam-se estruturas dobradas, em faixas milimétricas, que se sobressaem na rocha, por
apresentarem uma coloração mais escura. O outro tipo de filito encontrado apresenta-se
bastante friável, de cor cinza, granulação fina, intercalado com níveis quartzíticos de
espessura variada. A mineralogia é constituída por micas, principalmente biotita, pequena
quantidade de grãos de quartzo e cristais de magnetita ora bem formados, ora alternados
para hematita.
Os calcários apresentam-se com características bem distintas. O primeiro tipo
encontrado caracteriza-se por um bandamento com faixas escuras, granulação fina a média,
constituídos basicamente por carbonatos, podendo aparecer esporadicamente lamelas de
muscovita e diminutos grãos de minerais opacos disseminados. O outro tipo apresenta-se
compacto, de coloração esbranquiçada, mostrando grau de pureza mais elevado que o
primeiro. É formado também por carbonatos, principalmente a dolomita, com ocasionais
lamelas de muscovita.
Pereira, L.
Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de preservação ecológica no município de Aiuaba
39
7
0
°
6
5
°
7
5
°
8
0
°
8
0
°
6
5
°
6
5
°
7
5
°
6
0
°
6
0
°
5
5
°
4
7
°
5
5
°
6
0
0
6
0
0
5
6
0
6
8
0
6
8
0
6
6
0
6
8
0
5
0
0
5
0
0
5
0
0
6
0
0
6
4
0
6
0
0
6
2
0
5
0
0
5
6
0
56
0
5
8
0
6
6
0
6
0
0
6
0
0
5
0
0
5
0
0
4
8
0
48
0
4
6
0
4
6
0
4
6
0
5
0
0
4
8
0
4
60
60
0
5
4
0
5
6
0
5
4
0
5
6
0
5
4
0
5
4
0
0 1 2 3 Km
NM NG
LEGENDA GEOLÓGICA
Zona de Cisalhamento
7
0
°
Atitude de foliação (vertical)
Contato definido
Fraturas
COLUNA ESTRATIGRÁFICA
CENOZÓICO
NEO-
PROTEROZÓICO
PALEO-
PROTEROZÓICO
Coberturas
Tércio-Quaternárias
Aluviões
Rochas
Plutônicas
Intrusões Graníticas
Intrusões Básicas
Faixa Orós
fi
Suíte Itaporanga - granitos porfiríticos e
ortognaisses porfiríticos milonitizados
Suíte Gabróide - gabros
Suíte Granitóide Serra do Deserto -
constituida de augenortognaisses
graníticos à biotita hornblenda
Formação Santarém - metapelitos (filitos
e xistos aluminosos), com intercalações
de quartzitos e mármores dolomíticos
CTQr - Depósitos residuais com crostas e
coberturas lateritizadas contendo concreções
ferruginosas e espessos depósitos de caulim
Curvas de Níveis
Drenagem
353000
362000
363000
377000
9
2
7
1
0
0
0
9263000
9262000
9
2
5
4
0
0
0
Adaptado de OLIVEIRA et al (1983) e CPRM (2003)
GAMELEIRA
CAITITU
S
E
R
R
A
B
O
N
I
T
A
S
E
R
R
A
D
E
S
Ã
O
C
O
R
N
É
L
I
O
CACHOEIRA
DESERTO
SERRA
DO
ESCONDIDO
S
E
R
R
A
D
O
R
O
S
I
L
H
O
CTQa - Sedimentos inconsolidados de acumulação
Ae
NPsit
NPsgb
PPsgsd
PPfs
qz
ca
CTQ
Aluviões
NPsit
NPsgb
PPFS(fi)
PPFS(qz)
PPFS(Ca)
PPsgsd
CTQr
CTQa
Ae
Ae
Ae
PPFS(fi)
Figura 2.4. Mapa Geológico da Estação Ecológica de Aiuaba, tendo em destaque a Bacia da Gameleira. Adaptado de ARAÚJO (2005)
Bacia da GameleiraBacia da Gameleira
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
40
2.5 - Solos
Os solos da Estação Ecológica de Aiuaba, de acordo com a classificação da
EMBRAPA (1999), compreendem as classes dos Argissolos, os Luvissolos, os Neossolos
litólicos e os Planossolos, antes denominados Podzólicos Vermelhos-Amarelos, Bruno Não-
Cálcicos, Litólicos e Planossolos Solódicos, respectivamente.
Na Bacia da Gameleira, os solos compreendem a três unidades pedogenéticas, a saber:
Latossolo Vermelho-Amarelo (LV), Podzólico Vermelho-Amarelo raso (PV1 e PV3) e Solos
Litólicos (Re3), como mostrados na Figura 2.5 (ARAÚJO, 2005).
A unidade Latossolo Vermelho-Amarelo demonstra alto grau de intemperização com
presença de sesquióxidos e predomínio de minerais argilosos do grupo 1/1 (grupo da
caulinita). Devido a processos de migração e precipitação do ferro, evidencia-se, em
profundidade nos perfis, presença de concreções ferruginosas sobrejacentes a uma camada
de natureza também ferruginosa, aparentemente contínua e de natureza irreversível.
Compreende solos que possuem baixo grau de saturação de bases (V%), baixa capacidade de
troca catiônica (CTC) e fraca presença de minerais alteráveis.
Os solos do tipo Podzólico Vermelho-Amarelo foram denominados de Argilossolos
pela nova classificação da EMBRAPA (1999). Esta classe subdivide-se em Podzólico
Vermelho-Amarelo raso (da área de estudo) e Podzólico Vermelho-Amarelo latossólico. O
tipo Podzólico Vermelho-Amarelo raso apresenta características evidenciais de Podzólico
Vermelho-Amarelo; entretanto, com profundidade normalmente não superior a 60 cm, o
que lhe confere o caráter raso. Estes solos possuem saturação de bases (S) média a alta,
denotando argila de atividade baixa.
Os regossolos são uma classe definida por solos litólicos, pouco desenvolvidos com
seqüência de horizontes A e C, ou medianamente profundos e com algumas porções de
minerais primários de fácil decomposição. Na nova classificação da EMBRAPA (1999), são
denominados de Neossolos Litólicos. São derivados do filito e do gnaisse (ARAÚJO, 2005).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de preservação ecológica no município de Aiuaba
41
NC
Ae
Ae
A
e
LV
AQ
PV2
PV1
PV3
Re2
PV2
Re3
LE
Re1
Re3
Re2
V
V
V
V
V
Re3
PV3
Ae
353000
363000
364000
377000
9
2
7
1
0
0
0
9270000
9
2
6
3
0
0
0
9
2
6
2
0
0
0
9254000
LE
PV1
PV2
PV3
NC
V
Re1
Re2
Re3
AQ
Ae
Latossolo Vermelho-amarelo
Latossolo Vermelho-Escuro
Podzólico Vermelho-amarelo
Podzólico Vermelho-amarelo
Podzólico Vermelho-amarelo
Bruno Não-Cálcico
Vertissolo
Solos Litólicos
Solos Litólicos
Solos Litólicos
Areias Quartzosas
Aluviões
Textura Média/argilosa + Latossolo Vermelho-Amarelo Pálido textura Média + Latossolo Vermelho-Amarelo
pouco profundo, fase concrecionária, Floresta / Caatinga / Caatinga Relevo Plano e Suave Ondulado
Podzólico Textura Média fase Caatinga Hiperxerófila Relevo Suave Ondulado
Raso Textura Média + Solos Litólicos substrato Gnaisses, fase Caatinga Hiperxerófila
Relevo Ondulado + Afloramento de Rocha
Latossólico Textura Média fase Floresta / Caatinga Relevo Plano
Raso Textura Média / argilosa + Solos Litólicos substrato Filito e Quartzito fase Caatinga
Hiperxerófila Relevo Suave Ondulado e Ondulado + Afloramentos de Rocha
Textura Média / argilosa + Bruno não-Cálcico Vértico + Solos Litólicos substrato Gnaisses
fase Caatinga Hiperxerófila Relevo Plano e Suave Ondulado + Afloramentos de Rocha
Fase Caatinga Hiperxerófila Relevo Plano
Textura Média substrato Filito-Quartzito e Gnaisses + Bruno não-Cálcico Textura Média +
Vertissolo, Fase Caatinga Hiperxerófila Relevo Plano a Ondulado + Afloramentos de Rocha
Textura Média, substrato Filito-Quatzito-Calcário, Fase Hipoxerófila Relevo Ondulado e
Forte Ondulado + Afloramentos de Rocha
Textura Arenosa / Média substrato Filito-Quartzito e Gnaisses + Planossolo Textura Média com Cascalho,
Fase Caatinga Hipoxerófila Relevo Plano a Forte Ondulado + Afloramentos de Rocha
Textura Arenosa + Regossolo Textura Arenosa / Média Caatinga Hipoxerófila Relevo Plano
Formações Colúvio-Eluviais + Afloramentos de Rocha
LEGENDA DOS SOLOS
FONTE: OLIVEIRA et al (1983)
NM NG
0 1 2 3 Km
GAMELEIRA
CAITITU
S
E
R
R
A
B
O
N
I
T
A
S
E
R
R
A
D
E
S
Ã
O
C
O
R
N
É
L
I
O
CACHOEIRA
DESERTO
SERR
A
D
O
R
O
S
I
L
H
O
SERRA
DO
ESCONDIDO
LV
Figura 2.5. Mapa de Solos da Estação Ecológica de Aiuaba, tendo em destaque a Bacia da Gameleira. - Adaptado de ARAÚJO (2005)
Bacia da GameleiraBacia da Gameleira
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
42
3. METODOLOGIA
Para o desenvolvimento desta tese, foi utilizada a seguinte metodologia para os
trabalhos de campo e de laboratório.
3.1 - Trabalho de campo
3.1.1 - Coleta de amostras de água para análise hidroquímica
A amostragem de água em três açudes e três cacimbas (Figuras 2.1 e 3.1 a 3.6) para
análise hidroquímica consistiu de 8 campanhas no período de fevereiro/2003 a maio/2004.
Em cada ponto de amostragem foi retirado o volume de 1,5 L armazenado em garrafas de
500 mL devidamente limpas. Todas as amostras foram conservadas por refrigeração em
caixas de isopor com gelo, para que fossem mantidas as propriedades físico-químicas. As
características dos pontos de amostragens estão mostradas na Tabela 3.1.
Os parâmetros físico-químicos, condutividade elétrica e pH foram determinados “in
loco” com os instrumentos pHmetro Cole Parmer Modelo 60061 e Condutivímetro portátil
Cole Parmer Modelo 1500-32.
Tabela 3.1 - Características dos pontos amostrados (A: açude, C: cacimba).
Localização (UTM)
Manancial
E N
Prof.
(m)
Revestimento
Uso Observações
Açude do
Boqueirão
A1
357323 9259250 4
-
Dessedentação de
animais
Regime
intermitente
Açude do Caititu
A2
358911 9258749 6
-
Dessedentação de
animais
Regime
intermitente
Açude da D.
Leontina
A3
356238 9260243 6
-
Fins domésticos
Escavado à
mão
Cacimba Casa da
Estação
C1
356254 9260099 14
Precário/
rachaduras
Impróprio
Presença de
animais
Cacimba Antonio
Fideles
C2
356644 9259904 14
Em boas
condições
Diversos fins
Abastece
comunidades
vizinhas
Cacimba Geraldo
Nogueira
C3
359452 9260063 10
Sem
revestimento
Lavoura e fins
domésticos
Água salobra
3
CAPÍTULO
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
43
Medidor de
profundidade
Medidor de
nível d’água
Medidor de
profundidade
Linígrafo ou
medidor de
nível d’água
Figura 3.1 – Açude do Boqueirão (A1) - Data: 27/02/2003.
Figura 3.2 – Açude do Caititu (A2) - Data: 30/01/2003.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
44
Figura 3.3 – Açude da D. Leontina (A3) - Data: 30/01/2003.
Figura 3.4 – Cacimba da Casa da Estação (C1).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
45
Figura 3.5 – Cacimba Antonio Fideles (C2).
Figura 3.6 – Cacimba Geraldo Nogueira (C3).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
46
As coletas das amostras foram feitas com garrafa de Van Dorn (Figura 3.7a e b). No
caso das cacimbas, elas foram retiradas à meia profundidade e nos açudes, a uma
profundidade cerca de 2 m.
(a)
(b)
Figura 3.7 – Amostragem utilizando a garrafa de Van Dorn. (a) açude; (b) cacimba.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
47
3.1.2 - Coleta de amostras de solo
Amostras de solos foram coletadas em diferentes pontos da Bacia da Gameleira para
análises granulométrica e química. As amostragens em cada um dos quatro furos de 20 cm
em 20 cm, em áreas uniformes quanto à cor, topografia e textura, a partir da camada
superficial do solo, que foi limpa antes, removendo folhas e outros detritos. As amostras de
uma mesma área uniforme e de mesma profundidade foram homogeneizadas e delas foi
retirada uma alíquota de no mínimo 1 Kg (Figura 3.8).
A localização dos pontos de amostragem dos solos e as profundidades dos furos
estão mostradas na Tabela 3.2.
GPS
Rocha
Amostra de
solo
GPS
Rocha
Amostra de
solo
Figura 3.8 – Amostragem de solos - GPS Modelo Rino 110/Garmin.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
48
Tabela 3.2 – Localização das amostras de solos e as profundidades de coleta.
Localização (UTM)
Furo
E N
Profundidade
da amostra (cm)
0-20
F1 357336 9259274
20-35
0-20
F2 357206 9259225
20-40
0-20
20-40
F3 357089 9258529
40-50
0-20
F4 357043 9258795
20-40
3.1.3 - Coleta de amostras de água para análises isotópicas
A amostragem para análise isotópica, para cálculo das taxas de evaporação, foi feita
por coletas diárias em um Tanque Classe A localizado próximo ao Açude do Boqueirão
(Figura 3.9) e coletas semanais no Açude do Boqueirão, durante o período de estiagem. As
amostras foram armazenadas em frascos de 50 mL, lacradas com parafina para evitar o
fracionamento isotópico por evaporação.
O Tanque Classe A tem 121 cm (3 pés) de diâmetro e 25 cm (10 pol) de altura,
armazenando 282,6 L de água. Ele foi colocado em área aberta, para que ocorresse
incidência direta da luz solar. Dentro do tanque foi colocado um "poço tranqüilizador" para
as medidas de nível com maior precisão.
O tanque foi instalado, ao lado de uma estação meteorológica, a uma distância
aproximada de 200 m do Açude do Boqueirão, objeto de estudo de evaporação. Assim,
condições climáticas são as mesmas tanto para o tanque quanto para o açude, e as medidas
dos parâmetros como temperatura e umidade relativa do ar não necessitaram correções.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
49
Figura 3.9 – Tanque Classe A.
Tranqüilizador
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
50
3.2 - Trabalho de laboratório
3.2.1 – Análise química das águas
Em cada amostra foram determinadas as concentrações dos íons Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, K
+
,
Fe
2+
, Al
3+
, NH
4
+
, Cl
-
, SO
4
2-
, HCO
3
-
, CO
3
-
, OH
-
, NH
3
-
e NO
2
-
. As análises foram feitas no
Laboratório de Hidroquímica do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará
(Figura 3.10).
Espectrofotômetro
Fotômetro de
Chamas
Espectrofotômetro
Fotômetro de
Chamas
Figura 3.10 – Laboratório de Hidroquímica do Depto. de Física da UFC.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no cristalino cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
51
Os métodos utilizados (Quadro 3.1) na determinação destes íons obedecem ao
Standard Methods [APHA, (1992)], exceto para o íon NO
3
-
que foi determinado pelo
método do NITRAVER. Os dados das medidas foram obtidos através de curvas de
calibração feitas para cada íon a ser determinado.
Quadro 3.1 – Métodos de análises químicas utilizados para determinação dos íons (APHA, 1992).
Íons Método de análise
Ca
2+
e Mg
2+
Titulométrico com EDTA
Na
+
e K
+
Fotometria de chama
Cl
-
Titulométrico com AgNO
3
-
HCO
3
-
, CO
3
-
e OH
-
Titulométrico com HCl
SO
4
2-
Turbidimétrico/espectrofotométrico com BaCl
2
Al
3+
Espectrofotométrico da ericromocianina
NO
2
-
Espectrofotométrico da sulfanilamida
NH
4
Espectrofotométrico de Nessler
Fe
2+
Espectrofotométrico da ortofenantrolina
3.2.2 – Análises químicas dos solos
As análises químicas dos complexos sortidos (Ca
2+
, Mg
2+
,
Na
+
, K
+
, H
+
e Al
3+
) e da
capacidade de troca de cátions dos solos foram feitas no Laboratório de Solos do
Departamento de Ciências do Solo da UFC, utilizando a metodologia da EMBRAPA (1979).
Juntamente com as análises químicas, foram medidas a granulometria das amostras, através
da norma da ABNT - Solo (Análise Granulométrica) NBR 7181/dez (1984), a matéria
orgânica, pelo método da EMBRAPA (1999), e ainda determinados o grau de floculação, as
massas específicas aparente seca e real das partículas, o pH em água e a condutividade
elétrica dos solos.
Com as análises químicas dos solos foram determinados os parâmetros:
• Soma de Bases (S) que corresponde à soma das cargas dos cátions trocáveis
predominantes nos solos (Ca
2+
, Mg
2+
,
Na
+
e K
+
);
• Capacidade de Troca de Cátions definida como CTC = (S) + [H
+
] + [Al
3+
];
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no cristalino cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
52
• Capacidade de Troca de Cátions Potencial (CTC
pot
) que é a CTC que o solo pode alcançar
em pH 7,0;
• Saturação de Bases (V) que corresponde à porcentagem da CTC
pot
que é ocupada pelos
cátions básicos (Ca
2+
, Mg
2+
,
Na
+
e K
+
) e é calculada pela Equação V = S • 100/CTC
pot
.
A obtenção destes parâmetros está descrita em FASSBENDER & BORNEMISZA
(1987), KIEHL (1979) e VIEIRA et al. (1988).
3.2.3 – Análises isotópicas
As análises isotópicas foram realizadas no Laboratório de Física Nuclear Aplicada da
Universidade Federal da Bahia - LFNA - UFBA, que conta com um sistema de
Espectrometria de Massa contendo: um Espectrômetro de Massa - MS Finningan MAT
Delta Plus (Figura 3.11) e um reator automático H-Device Thermo Quest Finningan,
específico para a análise da razão D/H. A precisão das medidas foi de ±1 ‰.
Figura 3.11 – Espectrômetro de Massa Finningan Delta Plus (Figura meramente ilustrativa) - Retirada do
site: http://www4.nau.edu/cpsil/images/Delta%20Plus%20XL.JPG- Acessado em 17/07/2006.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no cristalino cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
53
3.3 - Isótopos ambientais
3.3.1 – Generalidades
A utilização de isótopos ambientais em estudos hidrogeológicos iniciou a cerca de 50
anos, com os trabalhos pioneiros de UREY et al. (1951) e EPSTEIN & MAYEDA (1953) na
década de 50. Atualmente, o emprego de isótopos ambientais, assim denominados por serem
encontrados de forma generalizada no meio ambiente em quantidades que permitem seu uso
como traçadores ou marcadores cronológicos, é muito difundido a nível mundial, podendo-
se considerar como tradicional no meio técnico hidrogeológico (FRITZ & FONTES, 1980).
Dentre os isótopos estáveis destacam-se o oxigênio-18 e o deutério, que são parte
integrante da molécula de água; são traçadores naturais ideais para o estudo da Hidrologia.
Os isótopos radioativos mais utilizados na datação da água são o carbono-14 e o trício; o
primeiro, utilizado para datações na faixa de alguns séculos até 30.000 a 40.000 anos e o
segundo, para águas modernas até algumas dezenas de anos.
As formas isotópicas mais abundantes das moléculas de água são H
2
16
O, H
2
18
O e
HD
16
O, cujas proporções variam quando a água é submetida, principalmente, às mudanças
de fase. As ocorrências médias dessas espécies foram determinadas por DANSGAARD
(1964) (Quadro 3.2). As concentrações das moléculas pesadas, H
2
18
O e HD
16
O, dependem
da origem e da história da água podendo, por isso, serem utilizadas como traçadores naturais
no estudo do ciclo hidrológico.
Quadro 3.2 - Espécies isotópicas das moléculas de água e suas ocorrências na natureza.
Molécula H
2
16
O H
2
18
O HD
16
O
Ocorrência (ppm) 997.680 158 2.000
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
54
As medidas isotópicas são realizadas em Espectrômetro de Massa através das razões
18
O/
16
O ou
2
H/
1
H comparadas com as mesmas razões de uma água padrão e expressas em
valores de δ (‰), chamado delta por mil, definido pela relação:
3
( ) 10
a p
p
R R
x
R
δ
−
=‰
(3.1)
onde, R
a
(
18
O/
16
O ou
2
H/
1
H) é a razão do isótopo pesado em relação ao isótopo leve na
amostra e R
p
é esta razão em uma amostra padrão.
Os isótopos
18
O e
2
H existem no meio ambiente em pequeníssimas frações do número
total de cada elemento (Quadro 3.3), com concentrações que variam quando as águas sofrem
processos de mudança de fase, como acontece na evaporação. Além do
18
O e do
16
O, o
17
O
pode fazer parte da molécula de água como também, o
3
H (trício), mas em concentrações
muito inferiores à destes dois isótopos.
Quadro 3.3 - Os isótopos ambientais
18
O e
2
H (Fonte: CLARK & FRITZ, 1997)
Isótopo Razão
Abundância
natural (%)
18
O
18
O/
16
O 0,204
2
H
2
H/
1
H 0,015
Atualmente, o padrão utilizado para medidas de oxigênio-18 e de deutério é o
VSMOW - Vienna - Standard Mean Ocean Water (GONFIANTINI, 1981), que é uma
amostra de água obtida pela mistura de água destilada do Oceano Pacífico com pequenas
quantidades de outras águas para ajustar as razões isotópicas do oxigênio-18 e do deutério
aos valores do SMOW, o primeiro padrão usado por CRAIG (1961a).
Em 1961, CRAIG (1961b) observou que o oxigênio-18 e o deutério nas águas naturais
mundiais guardam uma relação previsível, embora seja complexo o ciclo hidrológico. Esta
relação é conhecida como Reta Meteórica Mundial e, em dados atuais (ROZANSKI et al.,
1993), é expressa por:
2 18
H 8,17( 0,07) O 11,27( 0,65) ( )
δ = ± δ + ±
‰
(VSMOW) (3.2)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
55
Águas que apresentam reta com coeficiente angular menor que o da reta meteórica
mundial (igual a 8) indicam que houve evaporação cinética (de não equilíbrio entre o vapor e
água), sendo a temperatura o principal fator que controla os processos de mudanças na
composição isotópica.
Se nenhum processo produzir modificação na composição isotópica da água pluvial
durante sua infiltração no solo, deve-se esperar que a composição isotópica da água
subterrânea seja a mesma da água de precipitação que a originou. Neste caso, a água
subterrânea apresenta uma composição isotópica que é a média ponderada da composição
isotópica das águas de recarga. No entanto, o processo de evaporação pode ocorrer durante
a precipitação, durante o escoamento superficial antes da infiltração e durante a infiltração
até atingir profundidades elevadas quando então a evaporação torna-se desprezível, elevando
desta maneira, o valor de δ da água subterrânea em relação ao da chuva.
3.3.2. - Fracionamento isotópico
Os isótopos de um elemento químico são caracterizados pelo mesmo número atômico
e diferentes números de massa devido um número diferente de nêutrons. Uma mudança na
abundância relativa entre os vários isótopos é denominada de fracionamento isotópico.
Quanto maior a diferença de massa entre eles, maior o fracionamento que pode ocorrer por
mudança de fase ou estado, diferença na taxa de reação química e diferença na velocidade de
difusão molecular (CLARK & FRITZ, 1997).
O fracionamento isotópico físico-químico está relacionado basicamente com a
diferença que existe entre as forças de ligação moleculares devido à diferença de massa dos
isótopos. A molécula do mais pesado tem uma ligação mais forte do que a do isótopo mais
leve, necessitando de mais energia para a sua dissociação.
De fato, H
2
18
O e HDO têm uma pressão de vapor saturado mais baixa do que H
2
16
O,
ou seja, as duas primeiras evaporarão menos facilmente e condensarão primeiro do que a
última.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
56
É importante distinguir dois tipos de fracionamento isotópico: o cinético e o estático
(termodinâmico). O fracionamento cinético resulta de processos físicos ou químicos
irreversíveis. Como exemplos de processos físicos têm-se a absorção e a difusão de gases; e
para processos químicos, a precipitação da calcita. Estes efeitos de fracionamento são
determinados pelas energias de ligação dos compostos originais; nos processos físicos,
moléculas mais leves possuem maiores velocidades e energias de ligação pequenas; nos
processos químicos, as moléculas leves reagem mais rapidamente do que as pesadas
(BIGELEISEN & WOLFSBERG, 1958).
O segundo tipo de fracionamento é o termodinâmico que ocorre durante as mudanças
de fase sob condições de equilíbrio. Isótopos pesados são mais comumente encontrados em
fase agregada (água líquida) do que em fase volátil (vapor d´água). Se ocorrer evaporação em
um reservatório (δ
o
), o vapor ficará pobre em isótopos pesados (δ
evap
< δ
o
) e o líquido
remanescente ficará enriquecido de isótopos pesados ((δ
liq
> δ
o
).
H
2
O
líquida
H
2
O
vapor
O coeficiente de fracionamento isotópico (α) dessa reação é definido por:
líq
vap
R
R
α
=
(3.3)
onde, R
líq
e R
vapor
são as razões isotópicas do líquido e do vapor, respectivamente.
Escrevendo a Equação (3.3) em notação δ, temos:
1
1
líq
vap
δ
α
δ
+
=
+
(3.4)
Se há informação suficiente sobre as energias de ligação dos átomos e das moléculas,
os coeficientes de fracionamento cinético (BIGELEISEN, 1952) e termodinâmico (UREY,
1947) podem ser calculados; na prática, estes dados não são fáceis de determinar. A
dificuldade é devido ao fato dos processos naturais não serem puramente cinéticos ou
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
57
reversíveis. O fracionamento cinético é muito difícil de ser medido em laboratório, porque:
(1) a irreversibilidade completa não pode ser garantida, ou seja, parte do vapor d'água pode
retornar ao líquido; (2) o composto pode não ser totalmente homogêneo e a composição
isotópica não é mensurável e o fracionamento isotópico ocorre na superfície do composto.
Em geral, os efeitos isotópicos são pequenos; α ≈ 1; por isso, a quantidade (α - 1) é
mais utilizada do que o coeficiente de fracionamento. Esta quantidade, chamada de
enriquecimento, é definida por:
1
1
1
1
líq
vap
ε α
δ
ε
δ
= −
+
= −
+
1
líq vap
vap
δ δ
ε
δ
−
=
+
(3.5)
ε representa o enriquecimento (ε > 0) ou o empobrecimento (ε < 0) do isótopo pesado no
líquido em relação ao vapor.
MAJOUBE (1971) propôs relações empíricas do fator de fracionamento α(T) em
função temperatura T, no intervalo de 273,15K a 373,15K:
Para o H
2
18
O:
3
3
2
1,137 10 0,4156
ln[ ( )] 2,0667 10
T
T T
α
−
×
= − − ×
(3.6)
Para o HDO:
3
3
2
24,844 10 76,248
ln[ ( )] 52,612 10
T
T T
α
−
×
= − − ×
(3.7)
CRAIG & GORDON (1965) propuseram um modelo para o processo responsável
pelo fracionamento que ocorre na evaporação. A Figura 3.12 mostra um esquema deste
processo em um tanque onde, R
C
, R
V
,
R
S
, e R são, respectivamente, composições isotópicas
do vapor condensado, do vapor d´água, do vapor saturado na interface e da camada
superficial do líquido.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
58
Turbulência
Difusão
Interface Líquido-Vapor
Vapor
Líquido
R
C
R
V
R
S
R
Turbulência
Difusão
Interface Líquido-Vapor
Vapor
Líquido
R
C
R
V
R
S
R
Figura 3.12 - Esquema do processo de evaporação.
Inicialmente, o vapor deixa o líquido formando uma camada saturada na interface
líquido-atmosfera, como define GAT (1981). O vapor fica em equilíbrio isotópico com o
líquido e é mais empobrecido nos isótopos pesados do que a água. A razão entre as
concentrações do líquido e do vapor é dada pelo fator de fracionamento em equilíbrio
líquido-vapor.
O vapor sai da interface para a atmosfera onde o transporte é feito por difusão
molecular aumentando o empobrecimento pela difusão das moléculas pesadas (H
2
18
O e
HD
16
O) no ar que é menor do que a das moléculas leves (H
2
16
O). Depois de atravessar a
camada de difusão, o vapor encontra uma região de turbulência onde se mistura com o
vapor proveniente de outras fontes sem fracionamento isotópico.
O vapor de água da região de turbulência, também, penetra a camada de difusão
molecular até alcançar o líquido e se condensar. Este processo é usualmente chamado de
troca molecular do líquido com o vapor da atmosfera (GONFIANTINI, 1983).
O modelo de destilação de Rayleigh calcula o empobrecimento de isótopos pesados nas
nuvens em função da quantidade de chuvas. A destilação de Rayleigh ocorre quando o vapor
que deixa o líquido é removido da interface vapor/líquido; então, a composição isotópica da
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
59
água remanescente dependerá somente da fração de volume restante e do fator de
fracionamento em equilíbrio líquido-vapor. A lei de destilação de Rayleigh é definida por:
( ) 1 ( )
vap
T T
o
R
f f
R
α ε
−
= =
(3.8)
onde, f é fração de líquido remanescente.
Escrevendo na notação δ:
( ) 1
[( 1) ] 1
T
vap o
f
α
δ δ
−
= + −
(3.9)
e utilizando a eq. (3.3),
( ) 1
( )[( 1) ] 1
T
líq o
T f
α
δ α δ
−
= + −
(3.10)
A equação de destilação de Rayleigh será discutida mais detalhadamente na subseção
3.3.3.
Uma vez que a pressão de vapor do H
2
16
O é maior do que as pressões de vapor do
H
2
18
O e do HD
16
O, em um processo de evaporação onde umidade relativa do ar é nula, a
água remanescente fica mais enriquecida em isótopos pesados.
Se, por outro lado, a evaporação ocorre na natureza onde a umidade relativa não é
nula, há recondensação do vapor de água da atmosfera e a lei de Rayleigh não é satisfeita.
Este fato foi observado inicialmente por CRAIG et al. (1963) que verificaram, através de
experiências com Tanques Classe A, que a composição isotópica do líquido tende a um valor
estacionário.
A falta de umidade das massas de ar combinada com a composição isotópica
dependente da temperatura explica porque os traçadores isotópicos
18
O e D em calotas
polares podem ser usados como um paleotermômetro. Se no ciclo hidrológico não houver
mudanças significativas (R
o
e f não variarem) e a condensação ocorrer em condições de
equilíbrio, então δ
18
O
líq
na calota pode estar relacionado à temperatura na época da
deposição do gelo.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
60
Apesar de sua extrema simplicidade, a equação de destilação de Rayleigh consegue
explicar os seguintes efeitos isotópicos clássicos (DANSGAARD, 1964):
- Efeito Latitude: Diminuição δ
18
O e δD nas chuvas com o aumento da latitude, o fator de
fracionamento aumenta com o decréscimo da temperatura [∂α(T)/∂T) < 0]. Portanto, o
empobrecimento isotópico das nuvens é mais pronunciado em climas frios e em grandes
altitudes.
- Efeito Continental: Diminuição de δ
18
O com o aumento da distância da costa. A identificação
deste efeito requer um conhecimento da trajetória das massas de ar.
- Efeito de Quantidade: Revela a relação inversa entre δ
18
O e a precipitação em regiões
tropicais. Assim como para o efeito continental, chuvas intensas resultam em
empobrecimento de isótopos pesados.
- Efeito de Altitude: Diminuição de δ
18
O com a altura. A massa de vapor d´água, que forma as
nuvens esfria-se à medida que sobe seguindo a topografia do local. Em grandes altitudes,
onde as temperaturas médias são mais baixas, as precipitações são empobrecidas
isotopicamente.
- Efeito Sazonal: Em regiões com climas temperados, o δ
18
O no inverno é mais baixo do que
no verão devido à dependência do fator de fracionamento α com a temperatura.
Outro processo relevante que ocorre junto ao fracionamento isotópico é o processo de
difusão molecular. A difusão é um fenômeno físico que acontece fora do equilíbrio
termodinâmico e, portanto, difícil de ser tratada analiticamente, de modo que é geralmente
expressa, fenomenologicamente, através dos dados experimentais que a descrevem. Um
exemplo importante de fracionamento isotópico onde ocorre a difusão é na evaporação da
água quando esta ocorre, como comumente, com valores de umidade menores que 100%. A
evaporação será estudada com mais detalhes no estudo do modelo isotópico, na seção
seguinte.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
61
3.3.3 - Modelo isotópico
O uso de traçadores isotópicos tem sido sugerido como método potencial para
calibração de modelos climáticos e para quantificar perdas de água por evaporação e
infiltração de reservatórios. Uma série de estudos tem sido realizada para quantificar as
perdas por evaporação e infiltração utilizando modelos de balanços de massa e de isótopos.
Em geral, o cálculo desses balanços em reservatórios requer estimativas dos valores de
alguns componentes que são de difícil obtenção, como a composição isotópica do vapor da
atmosfera (δ
a
), devido à grande dificuldade de amostragem; necessitando de medidas de
temperatura e da umidade relativa do ar.
Neste trabalho foram utilizados três modelos distintos para calcular as perdas por
evaporação e por infiltração fazendo uma comparação entre eles. Os modelos foram
desenvolvidos por STOLF et al. (1979), ALLISON (1979) e SANTIAGO (1984). O
princípio destes modelos consiste em determinar as frações de volume evaporado e
infiltrado através dos balanços de massa e isotópico.
No estudo do Açude do Boqueirão, durante o período seco, foi utilizado o caso mais
simples que inclui menos parâmetros, por se tratar de um açude de pequena dimensão,
recarga somente no período chuvoso, e não haver tomada d´água em grandes proporções,
pois só é utilizado somente para dessedentação de animais cujo volume retirado é
desprezível.
3.3.3.1. - Evaporação da água no Tanque Classe A sob uma atmosfera úmida
Os parâmetros climáticos são obtidos usando um Tanque Classe A, cuja perda d'água é
devida somente por evaporação. Os balanços de massa e isotópico foram feitos
considerando a atmosfera úmida. A Figura 3.13 ilustra o processo de evaporação em um
Tanque Classe A.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
62
V
v
, R
v
dV
V, ρ, R
ρ
s
, R
c
ρ
a
, R
a
V
v
, R
v
dV
V, ρ, R
ρ
s
, R
c
ρ
a
, R
a
Figura 3.13 - Processo de evaporação em um Tanque Classe A
onde,
V, V
v
, dV: Volumes do líquido, do vapor no ar e volume de água perdida por
evaporação do tanque, respectivamente;
R, R
v
, R
a
, R
c
: Razões isotópicas do líquido (
18
O/
16
O ou
2
H/H), vapor d' água, vapor
da atmosfera, vapor de água condensado da atmosfera, respectivamente;
ρ, ρ
a
, ρ
s
: Densidades do líquido, do vapor no ar e do vapor saturado.
Quando a umidade não é nula, há condensação do vapor d'água da atmosfera que pode
finalmente compensar isotopicamente a mudança na concentração isotópica pela evaporação
fazendo com que o reservatório atinja uma composição isotópica estacionária (saturada)
dependendo da umidade relativa do ar.
Os balanços de massa e isotópico são expressos por:
( )
s a
dV dV
ρ ρ ρ
= −
(3.11)
( ) ( )
s v a c v
d RV R R V
ρ ρ ρ
= −
(3.12)
Considerando que o reservatório seca devido somente à evaporação então, ( )
E
d RV R dV
=
.
Utilizando as Equações (3.11) e (3.12) e as definições
1;
β ε
= ∆ +
*
/
V
R R
α β
= ;
/
C a
R R
β
=
;
/
a s
h
ρ ρ
=
,
*
ε ε ε
∆ = −
e
* *
1
ε α
= −
:
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
63
onde,
h: a umidade relativa do ar;
α
*
: fator de fracionamento em equilíbrio isotópico líquido-vapor;
∆ε: separação cinética;
ε: enriquecimento isotópico com remoção de vapor;
ε
*
: enriquecimento isotópico sem remoção de vapor.
Fazendo um arranjo com essas equações obtemos a razão isotópica do líquido
evaporado,
*
(1 )(1 )
a
E
R hR
R
h
α
ε
−
=
− + ∆
(3.13)
Expressando a Equação (3.13) e em termos de δ, ou seja, considerando
3
( 1) 10
R
δ
= + ×
e substituindo
*
ε ε ε
∆ = −
;
* *
1
ε α
= −
e
0
h
ε
∆
temos,
*
(1 )(1 )
a
E
h
h
α δ δ ε
δ
ε
− −
=
− + ∆
(3.14)
A concentração isotópica do líquido no estado estacionário pode ser determinada pela
concentração isotópica do vapor de água na atmosfera, umidade relativa do ar e fator de
fracionamento isotópico termodinâmico.
Como
( ) ( )
E E
d RV R dV VdR R R dV
= → = −
em notação δ tem-se:
/
E
d
dV V
δ
δ δ
= −
(3.15)
Substituindo a Equação (3.14) na Equação (3.15); e fazendo
1
ε α
= −
e
0
h
ε
∆
:
( ) ( )
/ 1
a
h h
d
dV V h
ε δ δ ε
δ
ε
− − +
=
+ ∆ −
(3.16)
No estado estacionário,
0
/
d
dV V
δ
=
, então a Equação (3.16) torna-se;
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
64
a
s
h
h
δ ε
δ
ε
+
=
−
(3.17)
Substituindo a Equação (3.17) na Equação (3.16) e definindo
;
1
o
h V
m f
h V
ε
ε
−
= =
+ ∆ +
,
obtém-se:
( )
m
s o s
f
δ δ δ δ
= + −
(3.18)
Esta equação mostra a composição isotópica
δ
em função da fração de volume de água
remanescente;
s
δ
e
m
são funções da umidade relativa e da temperatura através do fator de
fracionamento isotópico em equilíbrio líquido-vapor
*
α
.
Na prática, os valores
s
δ
e
m
são obtidos medindo a fração de líquido remanescente
(
o
V
f
V
= ) e a composição isotópica correspondente para cada volume
V
. Plota-se f
δ
×
ajusta-se os pontos à equação
c
y A Bx
= + , fazendo uma analogia, ;
s o s
A B e c m
δ δ δ
= = − =
.
O gráfico f
δ
×
gerado ajustado à
c
y A Bx
= + é da forma da Figura 3.14.
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
δ (‰)
δ = δ
s
+ (δ
o
- δ
s
) f
m
f (%)
Figura 3.14 - Variação de δ com a fração de volume de água remanescente (f).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
65
Como a composição isotópica do líquido tem forte dependência com a umidade
relativa do ar, para valores de
70%
h
>>
ela apresenta um comportamento estacionário como
mostra a Figura 3.15, onde a variação de δ com f satisfaz a equação de Rayleigh
considerando:
2 11
= = −
o
δ δ ε
a
‰; ‰; =15 ‰
e
ε
∆
= 6 ‰
. São valores aproximados para as
condições dos reservatórios estudados por SANTIAGO (1984). Este resultado ressalta a
influência da condensação do vapor d' água da atmosfera sobre a água no reservatório.
Figura 3.15 - Variação de δ
18
O com a fração de volume de água remanescente (f) em função da umidade
relativa (h). Fonte: SANTIAGO (1984).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
66
3.3.3.2. - Cálculo das perdas por evaporação e por infiltração em um reservatório.
Considerando que no período seco açude não tem recarga e nem tomada d´água, as
perdas são devidas somente à evaporação e à infiltração (Figura 3.16):
dV
EVAPORAÇÃO
R
a
V
I
, R
I
V, R
V
E
, R
E
ATMOSFERA
Vapor d´água
SUBSOLO
Água Subterrânea
PERCOLAÇÃO
dV
EVAPORAÇÃO
R
a
V
I
, R
I
V, R
V
E
, R
E
ATMOSFERA
Vapor d´água
SUBSOLO
Água Subterrânea
dV
EVAPORAÇÃO
R
a
V
I
, R
I
V, R
V
E
, R
E
ATMOSFERA
Vapor d´água
ATMOSFERA
Vapor d´água
SUBSOLO
Água Subterrânea
PERCOLAÇÃO
Figura 3.16 - Esquema dos processos de perdas por evaporação e por infiltração em um reservatório
superficial de água.
onde,
V
E
, V
I
: Volumes perdidos por evaporação e por infiltração, respectivamente;
R
E
, R
I
: Razões isotópicas (
18
O/
16
O ou
2
H/H) no evaporado e na água infiltrada.
Os balanços de massa e isotópico são dados por:
E I
dV V V
= − −
(3.19)
( ) ( )
E E I I
d RV R V R V
= − +
(3.20)
Usando as Equações. (3.13), (3.19) e (3.20) e com
1
β ε
= ∆ +
e considerando um
reservatório bem homogêneo, ou seja,
I
R R
=
.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
67
1 (1 )
(1 ) (1 )
a
E
hR
h
VdR R V
h h
αβ
β αβ
− −
= − +
− −
(3.21)
Fazendo
1 (1 )
(1 )
h
m
h
αβ
αβ
− −
=
−
e
(1 )
h
p
h
β
=
−
,
(
)
a E
VdR pR mR V
= − − + (3.22)
Na saturação
s
R R
=
. Portanto, 0
a s s a
p
pR mR R R
m
− + = ⇒ = , então
(
)
s E
VdR m R R V
= − (3.23)
Se não houver percolação,
0
I
V
=
, então
E
V dV
= −
. Integrando nas condições de
, ,
o o
V R V R
→
, e expressando em termos de δ' (para indicar açude) tem-se:
' ' ' ' '
( )
m
s o s
f
δ δ δ δ
= + − (3.24)
Esta equação mostra que o comportamento do açude é o mesmo do Tanque Classe A.
Quando há infiltração, STOLF et al. (1979), ALLISON (1979) e SANTIAGO (1984)
apresentaram modelos distintos para se calcular taxas de evaporação e de infiltração, como
discutidos a seguir.
- Modelo 1:
STOLF et al. (1979) propuseram que o volume infiltrado seja admitido proporcional ao
volume evaporado por um fator k e a variação de volume do líquido no reservatório seja
proporcional ao volume evaporado pelo fator (1+k), ou seja,
I E
V kV
=
(3.25)
(1 )
E
dV k V
= − +
(3.26)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
68
Definindo
'
1
m
m
k
=
+
(3.27)
e utilizando as Equações. (3.27), (3.26) e (3.23), integrando nos limites
' ' ' '
, ,
o o
V R V R
→ e
expressando em termos de δ', tem-se:
' ' ' ' ' '
( )
m
s o s
f
δ δ δ δ
= + − (3.28)
Na prática, esta equação é obtida com o mesmo procedimento utilizado para o Tanque
Classe A, só que com os valores de
'
δ
e
'
f
medidos no açude.
Reescrevendo a Equação (3.28) em termos de R, tem-se:
'
1
' '
' '
' '
m
s
o
o s
R R
V V
R R
−
=
−
(3.29)
Usando a Equação (3.23), integrando
' '
o E
R R
→ , obtém-se,
' '
' '
'
1
E o
o
m V
V V
m V
= −
(3.30)
como
'
'
'
E
E
o
V
f
V
=
;
'
'
'
I
I
o
V
f
V
=
e
'
'
'
o
V
f
V
=
, então,
( )
'
' '
1
E
m
f f
m
= − (3.31)
( )
'
' '
1 1
I
m
f f
m
= − −
(3.32)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
69
- Modelo 2:
ALLISON (1979) sugere que a variação de volume perdido por infiltração seja
proporcional à variação do volume do reservatório e não ao volume evaporado como foi
proposto por STOLF et al. (1979), ou seja,
' ' ' '
= −
I
dV k V dV
(3.33)
Substituindo as Equações. (3.33) e (3.23) na Equação (3.19), integrando nas condições
de
' ' ' '
, ,
o o
V R V R
→ e expressando em notação δ', obtém-se,
' ' ' ' ' ' ' '
( ) exp[ ( )]
m
s o s o
f k m V V
δ δ δ δ
= + − − (3.34)
O valor de
'
k
é determinado pela Equação (3.33) utilizando os dados experimentais de
'
δ
e
'
f
no açude.
O volume perdido por infiltração pode ser determinado, integrando a Equação (3.33)
na condição de
' '
o
V V
→ ,
'2 '2
' '
( )
2
−
=
o
I
V V
V k (3.35)
- Modelo 3:
SANTIAGO (1984) analisou as perdas sem considerar proporcionalidade entre
parâmetros. Nesse modelo, mais uma variável é incluída no balanço de massa e isotópico, no
caso, a alimentação (subterrânea ou superficial - V
A
) (Figura 3.17). Considerando,
E I A
dV V V V
= − − +
(3.36)
e o balanço isotópico,
( )
E E I I A A
d RV R V R V R V
= − − +
(3.37)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
70
dV
EVAPORAÇÃO
PERCOLAÇÃO
R
a
V
I
, R
I
V, R
V
E
, R
E
ATMOSFERA
Vapor d´água
SUBSOLO
Infiltração
V
A
, R
A
SUBSOLO
Alimentação Subterrânea
dV
EVAPORAÇÃO
PERCOLAÇÃO
R
a
V
I
, R
I
V, R
V
E
, R
E
ATMOSFERA
Vapor d´água
ATMOSFERA
Vapor d´água
SUBSOLO
Infiltração
V
A
, R
A
SUBSOLO
Alimentação Subterrânea
Figura 3.17 - Esquema dos processos de perdas por evaporação e por infiltração em um reservatório com
alimentação subterrânea.
Com as Equações 3.36 e 3.37 obtém-se,
( ) ( ) ( )
A A E E I I
VdR R R V R R V R R V
= − + − + −
(3.38)
Fazendo
( ) ( )
E S
R R m R R
− = −
e considerando para um reservatório homogêneo,
I
R R
=
,
então,
( )
A A A I
S S
R R V V V
dR dV
m m
R R R R V V V
− −
= + −
− −
(3.39)
Considerando um intervalo de tempo para o qual se utiliza os valores médios
V
e
R
, pode-
se definir,
A
S
R R
D
R R
−
=
−
(3.40)
tem-se,
( )
( )
A I
S
V D m mV
dR dV
m
R R V V
+ −
= −
−
(3.41)
Integrando desde as condições
, ,
o o
V R V R
→
,
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
71
(1 / )
ln ln 1
ln
S
I A
S o o
o
R R
V V D m
V
m
V
R R V
V
V
−
− +
= +
−
(3.42)
Definindo,
'
(1 / )
1
ln
I A
o
V V D m
m m
V
V
V
− +
= +
(3.43)
tem-se,
'
m
S
S o o
R R
V
R R V
−
=
−
(3.44)
que, em notação
δ
, transforma-se em:
'
( )
m
S o S
f
δ δ δ δ
= + −
(3.45)
O valor de
'
m
pode ser obtido experimentalmente com dados de campo de
δ
e
f
no
reservatório.
Considerando as aproximações,
0
o
dV V V
= − <
;
2
o
dV
V V= −
;
ln
o o
V dV
V V
e supondo que o açude em estudo não tem alimentação subterrânea, ou seja,
0
A
V
=
, então, a
Equação 3.42 torna-se,
'
1
I
o
m dV
V V
m V
= −
(3.46)
Substituindo a Equação 3.46 na Equação 3.36 com
0
A
V
=
, obtém-se
'
1 1
E
o
m V
V dV
m V
= − −
(3.47).
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
72
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 - Química dos solos
Amostras de solo foram coletadas em diferentes pontos da bacia mostrados na Figura
2.1 para análises granulométrica e química. Os resultados estão mostrados nas Tabelas 4.1 a
4.3 que apresentam: a localização dos pontos de coleta e a granulometria (Tabela 4.1); grau
de floculação, massas específicas aparente seca e real das partículas, pH em água,
condutividade elétrica e matéria orgânica (Tabela 4.2); análises químicas dos complexos
sortivos (Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, K
+
, H
+
e Al
3+
) e capacidade de troca de cátions (Tabela 4.3).
Na classificação textural das amostras foi considerada a metodologia padrão de
classificação textural de solos, utilizada pelo IBGE (1995) apud ARAÚJO (2005). As
partículas de solo consideradas correspondem à fração argila (> 0,002 mm); silte (0,002 -
0,05 mm); areia fina (0,05 - 0,2 mm) e areia grossa (0,2 - 2 mm).
A Figura 4.1 mostra os valores da granulometria, apresentados na Tabela 4.1, das
análises de amostras coletadas nos furos F1 a F4, em diferentes profundidades.
Tabela 4.1 – Localização e composição granulométrica em amostras de solos coletadas em diferentes
profundidades.
Localização (UTM)
Composição granulométrica (%)
Furo
E (m) N (m)
Profundidade
da amostra
(cm)
Areia
Grossa
Areia
Fina
Silte Argila
0-20 15 20 46 19
F1 357336 9259274
20-35 11 15 41 33
0-20 2 3 51 44
F2 357206 9259225
20-40 16 10 41 33
0-20 21 26 41 12
20-40 24 25 38 13
F3 357089 9258529
40-50 32 25 31 12
0-20 21 25 41 13
F4 357043 9258795
20-40 27 25 38 10
4
CAPÍTULO
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
73
Tabela 4.2 - Grau de floculação, massas específica aparente seca e real das partículas, pH em água,
condutividade elétrica (CE) e conteúdo de matéria orgânica (MO) dos solos em diferentes profundidades.
Massa específica
(g/cm
3
)
Furo
Profundidade
da amostra
(cm)
Grau de
Floculação
(g/100g)
Aparente
seca
Real
pH em
água
CE
(µS/cm)
MO
(g/kg)
0-20 32 1,47 2,66 6,0 540 16,32
F1
20-35 27 1,45 2,81 5,3 560 6,90
0-20 41 1,20 2,69 4,0 780 23,89
F2
20-40 12 1,35 2,60 5,8 250 8,79
0-20 50 1,51 2,75 6,0 230 16,34
20-40 69 1,64 2,64 5,6 140 10,44
F3
40-50 58 1,62 2,60 6,0 110 7,45
0-20 46 1,60 2,68 5,0 220 15,93
F4
20-40 60 1,69 2,79 6,3 190 8,07
Tabela 4.3 – Análises químicas do complexo sortivo, soma de bases (S), capacidades de troca de cátions
(CTC) potencial e percentual de saturação das bases (V) nos solos em diferentes profundidades.
Complexo sortivo (meq/ 100g)
Furo
Profundidade
das amostras
(cm)
Ca
2+
Mg
2+
Na
+
K
+
H
+
+
Al
3+
Al
3+
S
CTC
potencial
V
(%)
0-20 2,6
2,4
0,06
1,45
3,13 0,20
6,5
9,6 68
F1
20-35 1,7
2,0
0,06
1,64
3,46 0,30
5,4
8,9 61
0-20 2,0
1,4
0,09
0,64
8,74 1,30
4,1
12,9 32
F2
20-40 2,5
2,2
0,05
0,53
3,63 0,55
5,3
8,9 59
0-20 3,0
1,8
0,04
0,40
2,64 0,15
5,2
7,9 66
20-40 1,5
1,9
0,04
0,17
2,14 0,20
3,6
5,7 63
F3
40-50 1,3
2,0
0,04
0,13
2,14 0,15
3,5
5,6 62
0-20 1,4
1,6
0,03
0,40
4,95 0,75
3,4
8,4 40
F4
20-40 1,2
2,2
0,13
0,11
1,81 0,20
3,6
5,4 67
Figura 4.1 – Granulometria de amostras de solos coletadas em furos (F), em diferentes profundidades na
Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
74
As amostras F1 a F4, representam bem as características da bacia, apresentam elevadas
concentrações de argila e silte. Estes resultados justificam a alta turbidez e cor das águas dos
açudes no período chuvoso, já que estes sedimentos finos são carreados pelo escoamento
superficial que contribui para recarga dos açudes.
As amostras F1 e F2 apresentaram os menores graus de floculação e as amostras F3 a
F4, os maiores (Tabela 4.2). A floculação permite que partículas muito finas se aglomerem
formando grânulos que se assemelham a conglomerados, fazendo com que estes solos
apresentem taxa de infiltração relativamente alta, mesmo quando argilosos. O grau de
floculação está condicionado à grandeza da carga elétrica negativa intrínseca dos cristais,
assim como, assim como, à natureza e ao teor dos cátions permutáveis absorvidos à sua
superfície.
A massa específica aparente seca das partículas (Tabela 4.2) apresenta valores baixos
nas amostras F1 a F4; já a massa específica real apresentou valores altos nas amostras F1 a
F4. As menores massas específicas reais têm valores em torno do correspondente ao
quartzo, que é de 2,67 g/cm
3
, e as maiores, em torno dos encontrados em solos ricos em
óxido de ferro, que é de 2,85 g/cm
3
(CAPUTO, 1988). Verifica-se também uma boa
correlação (R = -0,729) entre a massa específica aparente seca e o conteúdo de matéria
orgânica do solo (Figura 4.2). Indicando que o teor de matéria orgânica presente no solo
realmente diminui com a profundidade cuja massa específica aparente seca é maior. Apesar
de ser uma área em que as condições originais dos componentes geoambientais encontram-
se relativamente preservadas, a interação entre esses tais componentes favorecem a esses
baixos valores de matéria orgânica presente nos solos da área estudada. Em outras palavras,
os solos presentes encontram-se sob domínio de condições climáticas pouco expressivas,
com baixo índice de precipitação média anual (em torno dos 560 mm/ano), as quais
favorecem a predominância de condições de intemperismo químico, onde ocorra grande
atividade de microorganismos produtores de matéria orgânica e húmus.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
75
Massa específica aparente seca (g/cm
3
)Massa específica aparente seca (g/cm
3
)
Figura 4.2 – Correlação entre a massa específica aparente seca e a matéria orgânica (MO) dos solos da Bacia
da Gameleira, Aiuaba – CE
Todas as amostras de solo apresentaram caráter ácido, com pH em água entre 4,0
(amostra F2) e 6,3 (amostra F4) (Tabela 4.2). O conteúdo de sais presentes nas amostras está
relacionado com sua condutividade elétrica que variou de 110 µS/cm (amostra F3) a
780 µS/cm (amostra F2). A condutividade elétrica (CE) apresenta uma boa correlação
(R = 0,839) com o conteúdo de argila (Figura 4.3). Neste caso, amostras com baixo
conteúdo de argila apresentam baixa CE (representando solos de maior drenagem) e
amostras com alto conteúdo de argila apresentam alta CE (representando solos de menor
drenagem).
Figura 4.3 – Correlação entre o conteúdo de argila e a condutividade elétrica (CE) dos solos da Bacia da
Gameleira, Aiuaba – CE
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
76
Os resultados das análises químicas dos solos apresentados na Tabela 4.3 estão
mostrados na Figura 4.4.
Figura 4.4 – Análises químicas das amostras coletadas em furos (F), em diferentes profundidades, dos solos
da Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE.
Analisando os íons separadamente (Figura 4.4), verifica-se que as amostras dos furos
F1 e F2 apresentaram, em todas as profundidades, maiores concentrações dos cátions
H
+
+ Al
3+
que dos demais cátions. O íon Na
+
apresentou sempre concentrações muito
baixas e o íon K
+
apresentou as menores concentrações em relação aos demais íons. As
concentrações de Al
3+
são bem menores do que as de H
+
,
como vistas isoladamente na
Figura 4.4. O complexo trocável é dominado pela soma dos íons cálcio e magnésio em todas
as profundidades de F1 e F3; e em 20-40 cm de F2, F3 e F4.
Desta forma, segundo FENZL (1988), a maioria das argilas da área é de ionização fraca
por conter excessos dos íons H
+
, Ca
2+
e Mg
2+
, enquanto uma ionização forte se dá na
presença dos íons Na
+
e K
+
. Estas argilas em solução aquosa apresentaram uma menor
quantidade de carga negativa nas suas partículas suspensas e uma menor repulsão, levando a
uma rápida floculação.
A saturação de bases (V), que indica a percentagem do complexo coloidal que é
ocupada pelas bases permutáveis (Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
e K
+
), apresenta valores superiores a
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
77
50 % na maioria das amostras, indicando alta saturação; ela apresenta boa correlação
(R = 0,922) com o pH (Figura 4.5). Esta correlação indica que, à medida que houver uma
redução na saturação de base devido à perda dos elementos metálicos, por drenagem ou
escoamento superficial, o pH também será reduzido.
Figura 4.5 - Correlação entre a saturação de bases (V) e o pH dos solos da Bacia da Gameleira, Aiuaba – CE
A capacidade de troca de cátions dos solos apresenta valores entre 3,7 e 12,9
meq/100g, sugerindo a possibilidade da presença de argila do tipo caulinita (DRAGUN,
1988). Este tipo de argila também foi encontrado através dos diagramas de estabilidade
(FAURE, 1991) das rochas albita e anortita em contato com água, vistos nas Figuras 4.6 e
4.7. Os pontos plotados se referem aos dados de amostras coletadas nas cacimbas C1 e C3
(Tabela 4.4), cujas concentrações de Na
+
e Ca
2+
e pH foram determinados no Laboratório
de Hidroquímica do Departamento de Física da UFC, e as concentrações de sílica no
NUTEC.
Análise de amostra feita no Laboratório de Raios–X do Departamento de Física da
UFC também revela a existência deste tipo de argila. Este argilomineral, tipo 1:1, apresenta
cristais em forma de placas, constituindo unidades cristalográficas achatadas, compostas de
camadas alternadas de uma lâmina de sílica e uma de alumina. Estas lâminas são retidas por
átomos de oxigênio que fazem parte de suas estruturas. Este conjunto apresenta muita
rigidez quando comparada com a dos argilominerais do tipo 2:1 (duas lâminas de sílica e uma
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
78
de alumina). Esta estrutura não permite que haja expansão da argila quando molhada. Nos
argilominerais 1:1, os cátions e a água não penetram entre as placas, tornando sua área eficaz
restrita à superfície (KEHEW, 2001).
Tabela 4.4 - Dados utilizados na construção dos diagramas de estabilidade da albita e da anortita.
Concentração
(mg/L)
Cacimba
pH
Na
+
Ca
2+
SiO
2
C1 7,45
29,05
16,77
2,00
C3 7,51
80,09
71,86
2,00
CaulinitaCaulinita
ALBITA
CaulinitaCaulinita
ALBITA
Figura 4.6 - Diagramas de estabilidade da albita em solução com amostras das cacimbas C1 e C3.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
79
Caulinita
Caulinita + Calcita
Caulinita
Caulinita + Calcita
ANORTITA
Caulinita
Caulinita + Calcita
Caulinita
Caulinita + Calcita
ANORTITA
Figura 4.7 - Diagramas de estabilidade da anortita em solução com as amostras das cacimbas C1 e C3.
4.2 - Química das águas
Os resultados das análises hidroquímicas das águas amostradas em oito etapas de
campo nos três açudes e nas três cacimbas estão apresentados na Tabela 4.5.
A Figura 4.8a mostra as precipitações durante o período de coletas, fevereiro de 2003 a
maio de 2004. Os valores muito elevados ocorridos em janeiro e fevereiro de 2005 são
efeitos da simultaneidade da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) com vórtice. Os
dados pluviométricos foram adquiridos na Estação Ecológica pela FUNCEME. Os gráficos
das variações temporais de CE nas cacimbas e nos açudes são apresentados nas Figuras 4.8b
e 4.8c, respectivamente, permitindo comparar a salinidade das águas dos açudes no período
seco com o período chuvoso.
As condutividades elétricas das amostras dos açudes são baixas em relação às cacimbas,
pois eles são pequenos reservatórios com renovação anual quase total de suas águas. Os
açudes A1 e A2 apresentam forte variação sazonal da condutividade elétrica, o que não é
observado no açude A3, que é o menor deles, com um volume aproximado de 576 m
3
. No
período de estiagem, os três açudes chegam a diminuir de volume até atingir cerca de 5% de
sua capacidade de armazenamento.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de preservação ecológica no município de Aiuaba
80
Tabela 4.5 - Análises físico-químicas e químicas de águas superficiais e de águas subterrâneas coletadas na Bacia da Gameleira – Aiuaba/CE (A: açude, C: cacimba).
Concentração (mg/L)
Data
Coleta
Amostra
CE
(µS/cm)
pH
STD
(mg/L)
Ca
2+
Mg
2+
Na
+
K
+
Fe
+2
Al
+3
NH
4
+
Cl
-
SO
4
2-
HCO
3
-
CO
3
2-
OH
-
NO
3
-
NO
2
-
2A1
119 9,0 106
11,18
3,88
7,45
20,34
1,22
0,00
0,54
12,29
1,58
10,89
18,35
0,00
17,94
0,04
2A2
117 7,2 156
6,39
5,34
4,61
12,98
7,11
0,09
2,07
12,78
7,24
59,13
0,00
0,00
38,14
0,10
2A3
51 6,7 137
7,19
2,43
0,91
3,90
14,07
0,03
2,38
0,00
16,76
38,90
0,00
0,00
50,92
0,02
2C1
486 7,6 513
23,95
33,71
51,73
9,90
2,41
0,00
3,99
49,64
6,55
308,07
0,00
0,00
23,24
0,05
2C2
278 5,7 214
10,38
18,92
21,41
1,94
0,54
0,02
2,99
73,24
6,84
68,46
0,00
0,00
9,91
0,04
Fev/03
2C3
614 7,7 607
28,74
55,78
48,14
9,90
0,27
0,00
3,43
71,27
34,35
339,19
0,00
0,00
16,25
0,11
3A1
98 6,9 85
6,39
1,46
1,46
7,88
2,27
0,01
0,00
0,00
3,40
60,98
0,00
0,00
0,81
0,03
3A2
81 6,7 70
3,99
0,49
0,97
3,90
0,90
0,01
1,05
0,00
3,86
50,03
0,00
0,00
4,90
0,05
Mar/03
3A3
29 6,1 62
1,60
0,00
0,97
1,94
2,74
0,03
0,85
0,00
16,65
31,27
0,00
0,00
6,28
0,05
4A1
68 8,1 90
7,19
6,79
4,83
7,84
2,27
0,02
1,05
0,00
0,00
57,54
0,00
0,00
2,48
0,04
4A2
64 7,4 81
6,39
4,85
4,83
6,54
4,22
0,01
1,68
2,95
0,00
47,53
0,00
0,00
2,48
0,04
Abr/03
4A3
26 6,4 75
7,98
2,43
4,00
1,31
9,95
0,02
0,76
0,00
0,00
43,78
0,00
0,00
4,45
0,04
5A1 61 6,6 69 3,97
2,65
5,24
9,13
1,86
0,01
0,95
0,74
0,00
41,90
0,00
0,00
2,48
0,01
5A2 73 7,1 77 6,36
2,41
5,66
7,84
4,28
0,02
0,90
4,91
0,00
41,90
0,00
0,00
2,91
0,03
5A3 27 6,3 39 2,38
1,21
3,59
2,62
9,70
0,02
1,96
0,00
0,00
17,51
0,00
0,00
0,00
0,00
5C1 269 7,0 283 15,89
19,30
28,53
6,54
5,60
0,01
1,05
15,70
6,74
183,2
0,00
0,00
0,61
0,06
5C2 315 6,1 223 9,53
21,23
33,25
2,62
0,46
0,01
0,95
85,37
8,04
54,41
0,00
0,00
7,23
0,01
Mai/03
5C3 913 7,4 794 60,37
56,46
97,99
13,00
14,07
0,03
2,60
160,9
38,29
324,0
0,00
0,00
26,35
0,10
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de preservação ecológica no município de Aiuaba
81
Tabela 4.5 – Continuação.
Concentração (mg/L)
Data
Coleta
Amostra
CE
(µS/cm)
pH
STD
(mg/L)
Ca
2+
Mg
2+
Na
+
K
+
Fe
+2
Al
+3
NH
4
+
Cl
-
SO
4
2-
HCO
3
-
CO
3
2-
OH
-
NO
3
-
NO
2
-
6A1 147 9,4 86 8,78
4,12
10,82
2,62
0,92
0,02
0,26
11,11
0,00
26,91
12,59
0,00
7,91
0,01
6A2 110 8,4 107 7,19
4,61
7,77
10,43
4,23
0,05
0,00
10,10
0,00
52,54
0,00
0,00
9,69
0,02
6A3 31 6,8 46 3,99
0,49
5,24
2,62
2,71
0,03
0,50
0,00
1,40
20,50
0,00
0,00
8,49
0,02
6C1 237 7,4 343 23,95
24,25
32,19
6,54
0,49
0,01
0,00
11,11
8,14
228,08
0,00
0,00
7,91
0,04
6C2 205 5,9 172 7,19
16,49
24,47
2,62
0,21
0,03
0,00
52,54
6,74
51,25
0,00
0,00
10,92
0,01
Set/03
6C3 750 7,4 722 63,87
43,17
80,21
10,43
0,29
0,01
0,00
96,99
38,01
375,44
0,00
0,00
13,83
0,10
7A1 312 9,2 274 13,86
8,90
20,06
45,41
0,13
0,03
1,05
33,34
0,00
130,70
0,00
0,00
20,84
0,01
7A2 192 6,9 141 8,32
5,53
13,51
18,12
4,37
0,13
1,31
32,33
0,00
51,25
0,00
0,00
6,28
0,02
7A3 48 7,3 60 7,92
0,00
5,24
3,93
1,01
0,04
0,62
2,02
1,49
30,75
0,00
0,00
6,75
0,01
7C1 402 7,8 388 25,34
24,30
35,94
6,54
0,39
0,00
0,21
13,13
8,04
263,96
0,00
0,00
9,91
0,03
7C2 229 6,0 165 9,50
11,55
23,48
2,62
0,30
0,01
0,62
43,44
7,14
56,38
0,00
0,00
10,16
0,03
Nov/03
7C3 753 7,6 652 41,98
44,75
63,67
2,62
1,26
0,00
0,85
59,61
24,58
402,35
0,00
0,00
10,67
0,08
8A1 107 6,4 91 7,92
2,89
9,94
5,24
1,93
0,01
0,26
5,91
0,00
48,69
0,00
0,00
7,70
0,05
8A2 90 6,5 74 5,54
2,89
8,20
3,93
1,64
0,01
0,00
5,42
0,00
38,44
0,00
0,00
7,46
0,05
8A3 26 6,1 45 1,58
3,37
4,00
1,31
3,21
0,01
0,34
0,49
0,00
17,94
0,00
0,00
12,47
0,07
8C1 398 7,2 318 20,59
25,02
25,98
6,54
0,43
0,01
0,76
11,83
0,00
221,67
0,00
0,00
5,13
0,04
8C2 480 6,2 252 11,09
24,06
40,91
3,41
0,14
0,02
0,13
100,5
7,74
56,38
0,00
0,00
7,70
0,03
02/mai/04
8C3 2240 7,5 1312 98,21
109,9
168,2
35,65
0,79
0,01
0,85
377,1
93,16
384,41
0,00
0,00
44,36
0,09
9A1 96 6,9 96 7,92
5,77
10,38
5,24
1,71
0,02
1,05
6,90
0,00
49,97
0,00
0,00
7,23
0,04
9A2 78 6,9 81 4,75
6,74
9,94
3,93
0,53
0,01
0,00
8,87
0,00
38,44
0,00
0,00
7,46
0,04
9A3 25 6,7 45 2,38
3,37
5,24
2,62
1,68
0,02
0,00
0,00
0,00
17,94
0,00
0,00
11,69
0,06
9C1 375 7,4 344 24,55
24,06
29,05
6,54
1,62
0,00
0,00
13,80
0,00
239,61
0,00
0,00
4,68
0,03
9C2 394 6,2 228 11,09
19,73
36,49
3,93
0,14
0,06
0,00
89,68
8,14
51,25
0,00
0,00
7,46
0,03
30/mai/04
9C3 1585 7,3 1044 118,8
50,52
145,9
30,70
3,38
0,00
0,00
260,2
71,21
320,34
15,11
0,00
29,58
0,09
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
82
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
fev
ma
r
abr
mai
ju
n
jul
ago
s
e
t
out
nov
d
ez
ja
n
fev
m
a
r
a
br
02/mai
3
0/mai
Tempo (mês)
CE(
µ
S/cm)
A1
A2
A3
2003
2004
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
fe
v
ma
r
ab
r
mai
ju
n
jul
a
go
set
out
nov
d
e
z
ja
n
fe
v
ma
r
ab
r
0
2
/
m
a
i
30/mai
Tempo (mês)
CE(
µ
S/cm)
C1
C2
C3
Legenda
2003 2004
Figura 4.8 – (a) Precipitação durante o período de coleta. Variação da condutividade elétrica com o tempo
(b) nos açudes e (c) nas cacimbas.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
83
Nos açudes, o comportamento da CE em relação ao tempo mostra que as águas são
menos mineralizadas do que as das cacimbas por receberem maior quantidade de águas de
chuvas, havendo, portanto, diluição nos períodos chuvosos. Pode-se observar também que,
o açude A3 apresenta os menores valores de CE revelando a presença de suas águas das
chuvas recentes. Por ser menor, seca no período seco e suas águas são sempre as do último
período chuvoso.
Apesar da baixa CE das águas da cacimba C1 ela não é utilizada pela comunidade
devido ao seu péssimo estado sanitário e de conservação com a presença de pequenos
animais no interior dela. C2 tem amostras menos mineralizadas e é utilizada intensamente
pela comunidade; o seu nível estático pouco varia indicando recuperação rápida do aqüífero.
A cacimba C3 tem águas mais mineralizadas do que C1 e C2, mesmo nos períodos chuvosos.
A elevada condutividade elétrica pode ser decorrente da lavagem dos solos pelas águas das
chuvas e/ou do desmoronamento de suas paredes.
Os gráficos das variações temporais do pH nas águas das cacimbas e dos açudes são
apresentados nas Figuras 4.9b e c, respectivamente, juntamente com a precipitação durante o
período de coleta (Figura 4.9a).
O pH, na maioria das amostras dos açudes A1 e A2, apresenta perfil básico. Como os
açudes são rasos, no período seco a evaporação diminui drasticamente o seu volume estes
recebem quase toda água no período no período chuvoso. Assim, trocas entre os minerais
em solução e as argilas em suspensão, trazidas pelo escoamento superficial podem ocorrer.
Neste processo, parte do cálcio e do magnésio contidos em solução na água no período
chuvoso, é trocada pelo sódio das argilas em suspensão no período seco, mantendo a água
sempre básica. O açude A3 tinha a maioria das suas amostras do tipo ácida, por armazenar
água de chuva. Como é conhecido, o pH das chuvas de regiões sem poluição é de 5,6;
portanto, os valores de pH das amostras de A3 são esperados.
Nas cacimbas, a variação do pH com o tempo mostra que em C2 a maioria das
amostras era do tipo ácida durante todo o período de coletas. Isso se deve ao fato de que as
águas de C2 terem rápida renovação com águas das chuvas, e o seu tempo de residência s
pequeno. As cacimbas C1 e C3 apresentam os maiores valores de pH o que pode está
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
84
associado ao tempo de residência das águas pela falta de uso de suas águas permitindo trocas
iônicas com o solo.
Os diagramas de Piper para as amostras dos açudes e das cacimbas estão apresentados
nas Figuras 4.10a e 4.10b, respectivamente.
A maioria das amostras dos açudes era do tipo bicarbonatada mista, indicando a
presença de água nova proveniente de precipitações recentes e as outras eram do tipo
bicarbonatadas cálcicas, evidenciando um tempo maior de residência que favorece reações
de trocas. Observa-se que no açude A3 há predominância de bicarbonatadas cálcicas, o que
pode ser atribuído ao contato com o solo argiloso durante o escoamento.
As cacimbas apresentam águas bicarbonatadas mistas e cloretadas mistas; elas foram
escavadas nas aluviões de riachos intermitentes que só escoam nos períodos chuvosos e suas
águas têm maiores condutividades elétricas do que as dos açudes.
As cacimbas C1 e C3 apresentaram, na maioria das amostras, o tipo bicarbonatada
mista, que caracteriza contribuição de água de recarga em contato com rochas de
composição química diferentes, enquanto que a maioria das amostras da cacimba C2 foi
cloretada mista que indica mistura com águas subterrâneas.
As Figuras 4.11a e b mostram as concentrações de cloretos versus condutividade
elétrica nas amostras dos açudes e das cacimbas, respectivamente. Na Figura 5.11a, observa-
se que há dois grupos distintos das amostras dos açudes. O grupo 1 apresenta
condutividades elétricas e baixas concentrações de cloretos, devido à mistura dessas
amostras com águas de chuvas que são bicarbonatadas, portanto as amostras desse grupo
são, predominantemente, bicarbonatadas. As amostras do grupo 2, apesar de serem
bicarbonatadas, têm valores de condutividades elétricas e de cloretos mais elevadas do que o
grupo 1 sugerindo evaporação dessas águas. As amostras do grupo 1 têm CE < 100 µS/cm e
as do grupo 2 têm CE mais altas atingindo 192 µS/cm.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
85
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
5
6
7
8
9
10
fev
mar
abr
m
ai
jun
ju
l
ag
o
set
out
nov
de
z
jan
fev
m
ar
ab
r
02
/m
ai
30
/m
ai
Tempo (mês)
pH
A1
A2
A3
2003 2004
Legenda:
5
6
7
8
9
10
f
e
v
mar
a
br
mai
j
u
n
jul
a
g
o
set
o
u
t
n
o
v
d
e
z
ja
n
fev
mar
a
b
r
02/mai
30/
m
a
i
Tempo (mês)
pH
C1
C2
C3
2003 2004
Figura 4.9 – (a) Precipitação durante o período de coleta. Variação do pH com o tempo (b) nos açudes e (c)
nas cacimbas.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
86
(a)
(b)
Figura 4.10 – Diagrama de Piper para as águas superficiais e águas subterrâneas da Bacia da Gameleira e
adjacências, Aiuaba – CE. (a) Açudes (b) Cacimbas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
87
Nas cacimbas, as amostras agrupam-se por cacimba explotada. Observa-se que as
variações da CE e dos cloretos nas cacimbas C1 e C2 estão numa faixa de CE entre 250 e
500 µS/cm e as concentrações de cloretos, abaixo de 100 mg/L. Essas duas cacimbas estão
localizadas próximas uma da outra (aproximadamente 440 m) podendo estar explotando o
mesmo manto de intemperismo. A cacimba C3 mostra valores altos de CE e de Cl
-
e
aumento intenso desses parâmetros nos períodos sem chuva, o que pode ser causado pela
falta de circulação das águas armazenadas durante os períodos chuvosos, pois ela só é
utilizada para irrigação e fins domésticos ocasionando um contato mais prolongado com as
rochas. O aumento das concentrações de cloretos com a CE deve ser provocado,
principalmente, pelo processo de evaporação.
A Figura 4.12 apresenta as concentrações Na
+
versus Cl
-
das amostras nas cacimbas,
cujos valores separam-se em grupos. Verifica-se que, a maioria das amostras da cacimba C1
tem concentrações de cloretos e de sódio muito baixas. Na cacimba C2 estes íons são bem
correlacionados e com concentrações baixas. A cacimba C3 tem amostras com maiores
valores de condutividade elétrica e apresentam concentrações de cloretos bem
correlacionados com as concentrações de sódio. A proporção 1:1 na relação dos íons rNa
+
e
rCl
-
, indica dissolução do mineral halita ou presença de aerossóis carreados pelas chuvas.
Observa-se que, para essas amostras, os valores se distanciam dessa relação indicando que
esses processos não são os únicos responsáveis pela presença desses íons nestas águas.
As Figuras 4.13 a 4.17 mostram, no item (a) as precipitações durante os meses das
coletas. Os dados foram adquiridos pela estação pluviométrica instalada na Estação
Ecológica pela FUNCEME. As variações temporais das concentrações catiônicas e aniônicas
das amostras dos açudes estão mostradas nas Figuras 4.13 a 4.17 podendo ser comparados
com as precipitações.
Nas Figuras 4.13 a 4.15 estão apresentadas as concentrações dos cátions mais
abundantes nos açudes. Observa-se que, durante os períodos chuvosos, há diminuição nas
concentrações de todos os cátions ocasionada pela entrada de águas de chuvas. Nos
períodos secos, essas concentrações aumentam por efeito da evaporação.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
88
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
CE(µ
µµ
µS/cm)
Cl
-
(mg/L)
A1
A2
A3
Grupo 2
Grupo 1
(a)
0
100
200
300
400
500
0
2
5
0
5
0
0
7
5
0
1
0
0
0
1
2
5
0
1
5
0
0
1
7
5
0
2
0
0
0
2
2
5
0
2
5
0
0
CE(
µ
µµ
µ
S/cm)
Cl
-
(mg/L)
C1
C2
C3
(b)
Figura 4.11 – Cloretos versus condutividade elétrica das águas superficiais e águas subterrâneas da Bacia da
Gameleira e adjacências, Aiuaba – CE. (a) Açudes (b) Cacimbas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
89
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
rNa
+
rCl
-
C1
C2
C3
rNa
+
= rCl
-
(b)
Figura 4.12 – Concentração de cloretos versus sódio para as amostras das cacimbas da Bacia da Gameleira,
Aiuaba – CE.
As concentrações de Cl
-
e HCO
3
-
nos açudes são mostradas nas Figuras 4.16b e
4.16c, respectivamente. Como os açudes têm recarga rápida com águas de chuvas, as
concentrações de bicarbonatos aumentam tanto no período chuvoso (chuvas são
tipicamente bicarbonatas) quanto no período seco (evaporação). As concentrações de Cl
-
e
de HCO
3
-
diminuem durante o período chuvoso e aumentam no final do período seco por
causa da evaporação.
Quanto aos íons amônio e nitrato nos açudes, mostrados nas Figuras 4.17b e 4.17c,
observa-se que há entrada de água poluída nos açudes decorrente da lavagem da bacia
hidrográfica durante o período de chuvas. Essa poluição é devida à presença de bovinos,
caprinos, suínos e eqüinos na área. As concentrações de NO
2
-
(Tabela 4.5) são muito
pequenas indicando que este íon foi transformado quase na sua totalidade em NO
3
-
e que
caracteriza poluição afastada do ponto de coleta.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
90
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
0
2
4
6
8
10
12
14
16
f
e
v
mar
abr
m
ai
jun
j
ul
ago
s
et
o
ut
nov
de
z
jan
fev
mar
a
br
02/mai
3
0
/mai
Tempo (mês)
Ca
2+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Legenda:
0
2
4
6
8
10
f
ev
mar
a
br
ma
i
j
u
n
jul
ago
se
t
out
nov
d
ez
jan
f
ev
mar
a
br
02/m
ai
30/mai
Tempo (mês)
Mg
2+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Figura 4.13 – (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das concentrações com o tempo
dos íons Ca
2+
e Mg
2+
, respectivamente, nos açudes.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
91
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
0
5
10
15
20
25
fev
m
ar
a
br
m
ai
jun
j
u
l
a
g
o
set
o
u
t
nov
d
ez
j
a
n
fev
m
ar
a
br
02
/mai
30/mai
Tempo (mês)
Na
+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Legenda:
0
10
20
30
40
50
fev
ma
r
abr
m
a
i
jun
jul
a
go
s
e
t
o
u
t
n
ov
dez
j
a
n
fev
ma
r
a
b
r
0
2
/ma
i
30/mai
Tempo (mês)
K
+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Figura 4.14 – (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das concentrações com o tempo
dos íons Na
+
e K
+
, respectivamente, nos açudes.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
92
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
0
2
4
6
8
10
12
14
16
fev
m
ar
abr
mai
ju
n
jul
ago
set
out
n
o
v
dez
j
an
fev
m
ar
abr
02/mai
30/mai
Tempo (mês)
Fe
2+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Legenda:
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
f
ev
mar
abr
mai
j
un
ju
l
ago
s
et
out
nov
dez
jan
f
ev
mar
abr
02/m
ai
30/m
ai
Tempo (mês)
Al
3+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Figura 4.15– (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das concentrações com o tempo
dos íons Fe
2+
e Al
3+
, respectivamente, nos açudes.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
93
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
fev
m
a
r
a
br
mai
jun
jul
ago
set
out
nov
dez
j
an
f
e
v
mar
a
b
r
0
2
/m
ai
30/m
a
i
Tempo (mês)
Cl
-
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Legenda:
0
20
40
60
80
100
120
140
160
f
e
v
mar
a
b
r
m
a
i
ju
n
jul
a
g
o
set
o
u
t
nov
d
e
z
ja
n
f
ev
mar
a
b
r
02/mai
3
0
/mai
Tempo (mês)
HCO
3
-
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Figura 4.16– (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das concentrações com o tempo
dos íons Cl
-
e HCO
3
-
, respectivamente, nos açudes.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
94
Legenda:
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f
e
v
m
a
r
a
b
r
m
a
i
j
u
n
j
u
l
a
g
o
s
e
t
o
u
t
n
o
v
d
e
z
j
a
n
f
e
v
m
a
r
a
b
r
0
2
/
m
a
i
3
0
/
m
a
i
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Precipitação
2003
2004
Legenda:
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
fev
ma
r
abr
mai
ju
n
ju
l
ago
set
out
nov
dez
jan
fev
mar
abr
02/mai
30/m
ai
Tempo (mês)
NH
4
+
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Legenda:
0
10
20
30
40
50
60
fev
m
ar
abr
m
ai
j
un
ju
l
ag
o
set
out
nov
dez
j
a
n
f
ev
mar
abr
02/mai
30/mai
Tempo (mês)
NO
3
-
(mg/L)
A1
A2
A3
2003 2004
Figura 4.17– (a) Precipitação durante os meses de coleta, (b) e (c) Variações das concentrações com o tempo
dos íons NH
4
+
e NO
3
-
, respectivamente, nos açudes.
(a)
(b)
(c)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
95
A Figura 4.18 mostra o diagrama do US. Dept of Agriculture. As amostras dos açudes
apresentaram Risco de Salinidade na faixa de baixo a médio. Estas águas podem ser
utilizadas em todas as culturas, na maioria dos solos, com pequeno risco de salinização do
solo, salvo em áreas de permeabilidade extremamente baixa. O Risco de Sódio é baixo,
podendo todas as águas ser utilizadas para quase todos os solos com fraco risco de formação
de teores nocivos de sódio susceptível de troca. As águas das cacimbas apresentaram risco de
salinidade na faixa de baixo a alto. Quando amostras de águas apresentam condutividades
elétricas acima de 750 µS/cm só podem ser utilizadas em solos bem drenados e mesmo
quando o solo é bem cuidado devem ser tomadas precauções especiais para evitar a
salinização e apenas vegetais de alta tolerância salina devem ser cultivados. Quanto ao sódio,
todas as amostras apresentaram baixo risco.
Açudes
Cacimbas
Legenda
Açudes
Cacimbas
Legenda
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
100 1000 10000
R
I
S
C
O
D
E
S
Ó
D
I
O
S
A
R
BAIXO
MÉDIO
FORTE
M
U
I
T
O
F
O
R
T
E
C
1
– S
1
C
1
– S
2
C
1
– S
3
C
1
- S
4
C
2
– S
1
C
2
– S
2
C
2
– S
3
C
2
- S
4
C
3
– S
1
C
3
– S
2
C
3
– S
3
C
3
- S
4
C
4
– S
1
C
4
– S
2
C
4
– S
3
C
4
- S
4
C
5
– S
1
C
5
– S
2
C
5
– S
3
C
5
- S
4
C.E. (µS/cm)
NULO
BAIXO MÉDIO
ALTO MUITO ALTO
EXCEPCIONAL-
MENTE ALTO
RISCO DE SALINIDADE
250
750
2250
5000
Açudes
Cacimbas
Legenda
Açudes
Cacimbas
Legenda
Açudes
Cacimbas
Legenda
Açudes
Cacimbas
Legenda
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
100 1000 10000
R
I
S
C
O
D
E
S
Ó
D
I
O
S
A
R
BAIXO
MÉDIO
FORTE
M
U
I
T
O
F
O
R
T
E
C
1
– S
1
C
1
– S
2
C
1
– S
3
C
1
- S
4
C
2
– S
1
C
2
– S
2
C
2
– S
3
C
2
- S
4
C
3
– S
1
C
3
– S
2
C
3
– S
3
C
3
- S
4
C
4
– S
1
C
4
– S
2
C
4
– S
3
C
4
- S
4
C
5
– S
1
C
5
– S
2
C
5
– S
3
C
5
- S
4
C.E. (µS/cm)
NULO
BAIXO MÉDIO
ALTO MUITO ALTO
EXCEPCIONAL-
MENTE ALTO
RISCO DE SALINIDADE
250
750
2250
5000
Figura 4.18 - Classificação das águas para irrigação segundo o diagrama do US. Dept. of Agriculture.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
96
Os diagramas de Gibbs (GIBBS, 1970) com amostras dos açudes e das cacimbas são
apresentados nas Figuras 4.19 e 4.20, respectivamente. Quando o processo dominante é o
intemperismo de carbonatos, a água recebe cálcio e bicarbonato, os valores de sólidos totais
dissolvidos (STD) são moderados, e os dados localizam-se na parte central do
“bumerangue” de Gibbs. Águas com baixa salinidade são devidas à chegada de águas de
chuva e as amostras localizam-se no canto direito inferior do “bumerangue”. Outro
mecanismo que pode ser identificado é o processo de evaporação-cristalização, intenso em
regiões áridas, quando a evaporação chega a ser maior que a pluviosidade. O processo de
evaporação aumenta o STD e a relação Na
+
/(Na
+
+ Ca
2+
) devido à precipitação da calcita.
As amostras que respondem a este processo são localizadas no canto direito superior do
“bumerangue” de Gibbs.
Diagramas de Gibbs com amostras dos açudes são apresentados na Figura 4.19; neles a
maioria das amostras dos açudes A1 e A3 encontra-se na parte central dos bumerangues
indicando domínio de interação água/rocha. As amostras do açude A3 tendem para a parte
inferior do “bumerangue” catiônico indicando forte influência de águas de chuvas; os baixos
valores da razão iônica decorrem do alto percentual de água de chuva neste açude como foi
constatado pela baixa CE. No bumerangue aniônico, algumas amostras localizaram-se fora
deste devido a processos de precipitação de carbonatos que diminuem a concentração de
HCO
3
-
.
Na Figura 4.20, com os dados das cacimbas, observa-se que as amostras de C1 estão na
parte central dos bumerangues, catiônico e aniônico, indicando processo de intemperismo.
As amostras da cacimba C2 localizam-se fora dos bumerangues catiônico e aniônico; o que
caracteriza maior contribuição de águas subterrânea. São águas de chuvas que, quando
misturadas às águas subterrâneas, passam do processo de precipitação para o de
intemperismo, deslocando-se verticalmente para a parte superior do bumerangue sem mudar
o tipo químico. As amostras da cacimba C3 concentram-se na parte superior do
bumerangue, mostrando que o processo de intemperismo é o mais importante nestas águas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
97
1
10
100
1000
10000
100000
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Na
+
/(Na
+
+Ca
2+
)
STD (mg/L)
A1
A2
A3
1
10
100
1000
10000
100000
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Cl
-
/(Cl
-
+HCO
3
-
)
STD (mg/L)
A1
A2
A3
Figura 4.19 - Diagramas de Gibbs catiônico e aniônico, respectivamente, para os açudes.
1
10
100
1000
10000
100000
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Na
+
/(Na
+
+Ca
2+
)
STD (mg/L)
C1
C2
C3
1
10
100
1000
10000
100000
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Cl
-
/(Cl
-
+HCO
3
-
)
STD (mg/L)
C1
C2
C3
Figura 4.20 - Diagramas de Gibbs catiônico e aniônico, respectivamente, para as cacimbas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
98
4.3 - Perdas d´água por evaporação e infiltração utilizando modelo isotópico
Para calcular o volume d'água no açude foram instaladas duas réguas limnimétricas e
uma estação automática com linígrafo de bóia. As relações entre cota, área e volume do
açude Boqueirão foram determinadas com base nos dados de oito campanhas para avaliar as
áreas inundadas e associá-las aos níveis do açude (ARAÚJO, 2004). O contorno exato do
açude e a área da bacia hidrográfica foram determinados com auxílio de GPS e programa
CAD; para o cálculo dos volumes, foram utilizadas (por aproximação) as Equações (4.1) e
(4.2):
1
1 1
3
h
V A
∆
=
(4.1)
1 1 1
( )( )
2
i i i
i
A A h h
V
+ +
+ −
∆ = ,
0
i
>
(4.2)
onde,
V = volume acumulado, A = área inundada, h = nível de referência.
A área inundada e o volume acumulado no açude Boqueirão para cada nível de água
estão representados graficamente nas Figuras 4.21 e 4.22; observa-se alta correlação entre as
grandezas, o que indica boa confiabilidade dos resultados.
h
(Altura = nível régua + 1,60 m)
Área = 0.0168 h
4.0007
R
2
= 0.999
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50
Área inundada (ha)
Figura 4.21 - Relação entre a área inundada e o nível d’água (h) no Açude Boqueirão.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
99
h (Altura = nível régua + 1,60 m )
y = 331.83 h
3.434
R
2
= 0.9996
0
2500
5000
7500
10000
12500
15000
17500
20000
22500
25000
27500
30000
32500
35000
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50
Volume de acumulação (m
3
)
Figura 4.22 - Relação entre o volume de acumulação e o nível d’água no Açude Boqueirão
Na Tabela 4.6 estão os valores de δ
2
H em função da fração de água remanescente (f)
em um tanque classe A instalado nas proximidades do Açude do Boqueirão e a Figura 4.23
mostra um gráfico com a representação desses parâmetros. A amostragem no Tanque Classe
A foi feita no período de 12 de novembro a 04 de dezembro de 2005 e a amostragem no
açude foi feita, semanalmente, no período de 12 de novembro de 2005 a 12 de fevereiro de
2006. A água utilizada no Tanque Classe A foi retirada do mesmo açude.
Tabela 4.6 - Fração de água remanescente (f) no tanque classe A e valores de δ
2
H.
f(%)
δ
δδ
δ
2
H(‰)
f(%)
δ
δδ
δ
2
H(‰)
100 61,13 60,4 78,89
94,0 73,04 57,2 80,60
91,6 73,37 54,8 80,20
89,6 72,31 52,8 79,91
86,0 72,99 50,0 79,23
82,0 74,15 47,6 77,85
78,4 73,58 45,6 78,01
74,0 76,09 42,4 79,02
72,8 75,38 39,6 80,71
68,8 77,15 37,2 81,21
66,0 78,52 34,8 80,12
62,4 77,79
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
100
Para o cálculo dos volumes infiltrado e evaporado do açude é necessário determinar
parâmetros que são obtidos através de medidas isotópicas feitas no tanque classe A e no
açude em estudo.
A determinação do valor de saturação (δ
s
) e do parâmetro m para o tanque classe A foi
feita plotando δ
2
H versus f(%) e ajustando os dados experimentais à uma função do tipo
m
y a bx
= +
.
Adotando essa metodologia, obteve-se:
2 2,57
81,86 20,73= −
H f
δ
(4.3)
Na Tabela 4.7 estão os valores de δ
2
H em função da fração de água remanescente
(f) do Açude do Boqueirão, o nível medido com linígrafo e o volume calculado pela
Equação 4.4. A Figura 4.24 mostra o gráfico δ
2
H(‰) versus f(%) para o Açude do
Boqueirão.
100 80 60 40 20 0
60
65
70
75
80
85
δ
2
H (‰)
δ
2
H = 81,86 - 20,73 f
2.57
f (%)
Tanque Classe A
Figura 4.23 – Variação de δ
2
H com a fração de volume de água remanescente no tanque classe A.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
101
Tabela 4.7 - Fração de água remanescente (f) no Açude do Boqueirão, valores de δ
2
H, níveis d´água e
volumes calculados.
Data de
coleta
f(%)
δ
δδ
δ
2
H(‰)
Nível (m)
Volume
(m
3
)
12/11/2005 100,0 61,13 2,58 8598
19/11/2005 92,2 65,61 2,52 7930
26/11/2005 87,3 66,51 2,48 7507
03/12/2005 81,4 68,31 2,43 7000
10/12/2005 76,2 69,64 2,38 6553
17/12/2005 72,1 71,25 2,35 6200
24/12/2005 67,4 73,56 2,30 5796
31/12/2005 62,5 75,14 2,25 5377
07/01/2006 54,2 76,88 2,16 4663
14/01/2006 51,3 77,53 2,12 4408
21/02/2006 46,6 78,44 2,07 4005
28/01/2006 42,1 78,86 2,01 3624
05/02/2006 34,9 79,54 1,90 3001
12/02/2006 32,2 79,92 1,85 2769
A determinação do valor de saturação (δ
s
) e do parâmetro m para o açude foi feita
utilizando o mesmo método usado para o tanque classe A como mostrado na Figura 4.24.
Neste caso, obteve-se:
2 2,19
82,10 20,97= −
H f
δ
(4.4)
100 80 60 40 20 0
60
65
70
75
80
85
Açude do Boqueirão
δ
2
H = 82,10 - 20,97 f
2,19
δ
δ
δ
δ
2
2
2
2
Η (
Η (
Η (
Η (‰
)
)
)
)
f (%)
Figura 4.24 – Variação de δ
2
H com a fração de volume de água remanescente no Açude do Boqueirão.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
102
Com as medidas isotópicas, os parâmetros δ
s
e m para o tanque e para o açude foram
determinados; juntamente com o volume d´água do açude foi possível calcular os volumes
evaporado e infiltrado do reservatório.
Os três modelos utilizados para os cálculos (Subseção 3.3.3.2) apresentam diferentes
considerações para o mesmo problema: Modelo 1 - considera que o volume infiltrado é
proporcional ao volume evaporado (Equação 3.25); o Modelo 2 - admite que a variação do
volume perdido por infiltração é proporcional à variação do volume do reservatório
(Equação 3.33); o Modelo 3, que não utiliza relação entre o volume infiltrado e o volume
evaporado do reservatório, abrange os modelos de conservação de massa já aceitos e indica,
inicialmente, o sentido dominante do fluxo subterrâneo, uma percolação ou uma
alimentação subterrânea, através do sinal de V
A
definido pela equação 3.36 (neste trabalho,
foi suposto V
A
= 0).
Os cálculos foram feitos discretizando os dados em três etapas como mostrado na
Tabela 4.8. Para cada etapa foram calculadas as frações parciais de volumes evaporado e
infiltrado considerando que, para cada uma delas, há um volume inicial e o final da etapa
anterior com os seus respectivos valores de fração remanescente (f), de δ
2
H e de nível. As
frações totais dos volumes evaporado e infiltrado foram obtidas a partir das frações parciais
calculadas sobre os volumes remanescentes em cada etapa.
Tabela 4.8 - Divisão dos valores medidos em três etapas para os cálculos de k e das frações de volumes
infiltrado e evaporado no Açude do Boqueirão.
Período de
coleta
ETAPA
f(%)
δ
δδ
δ
2
H(‰)
Nível
(m)
Volume
(m
3
)
12/11/2005
100,0 61,13 2,58 8598
10/12/2005
1
76,2 69,64 2,38 6553
10/12/2005
76,2 69,64 2,38 6553
14/01/2006
2
51,3 77,53 2,12 4408
14/01/2006
51,3 77,53 2,12 4408
12/02/2006
3
32,2 79,92 1,85 2769
No modelo 1, utilizou-se a Equação (3.30) para calcular o volume evaporado e a
Equação (3.26) para calcular o parâmetro
k
;
'
'
'
E
E
o
V
f
V
=
para a fração evaporada;
'
'
'
I
I
o
V
f
V
=
para
a fração infiltrada e a Equação (3.25) para o volume infiltrado.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
103
Os resultados obtidos pelo modelo 2 foram obtidos utilizando a Equação (3.34) para
determinar
k
; a Equação (3.35) para o volume infiltrado e a Equação (3.19) para o volume
evaporado. As frações dos volumes infiltrado e evaporado foram determinadas através das
equações
'
'
'
I
I
o
V
f
V
=
e
'
'
'
E
E
o
V
f
V
=
, respectivamente.
Com o modelo 3, considerando que não há alimentação subterrânea (
0
A
V
=
), as
frações de volumes infiltrado e evaporado foram calculadas pelas Equações (3.46) e (3.47),
respectivamente.
Os volumes parciais evaporados e de infiltrados, para cada etapa, foram obtidos pelas
seguintes equações:
EVAPORAÇÃO:
1 1
2 1 2
3 2 3
E o E
E E E
E E E
V V f
V V f
V V f
= ⋅
= ⋅
= ⋅
(4.5 )
(4.5 )
(4.5 )
a
b
c
INFILTRAÇÃO:
1 1
2 1 2
3 2 3
I o I
I I I
I I I
V V f
V V f
V V f
= ⋅
= ⋅
= ⋅
(4.6 )
(4.6 )
(4.6 )
a
b
c
onde,
o
V 8598,40
=
m
3
(volume inicial do açude)
As frações totais de evaporação e de infiltração foram calculadas, respectivamente,
pelas seguintes equações:
i
E
3
E
i 1
Tot
o
V
f 100%
V
=
= ×
∑
(4.7)
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
104
i
I
3
I
i 1
Tot
o
V
f 100%
V
=
= ×
∑
(4.8)
Esses procedimentos foram feitos para os 3 modelos aqui discutidos. Os resultados
obtidos para os parâmetros k e k', as frações de volumes infiltrado e evaporado, nas três
etapas, utilizando os modelos 1 e 2 estão apresentados nas Tabelas 4.9. e 4.10,
respectivamente. Com o modelo 3, os resultados das frações de volumes perdidos por
evaporação e infiltração são apresentados na Tabela 4.11.
Tabela 4.9 - Valor calculado de k, frações totais de volumes infiltrado e evaporado no Açude do Boqueirão
pelo modelo 1.
Modelo 1
k calculado = 0,173
ETAPA
Fração parcial
de volume
evaporado (%)
Fração parcial
de volume
infiltrado (%)
Volume
evaporado
(m
3
)
Volume
infiltrado
(m
3
)
Fração total
de volume
evaporado
E
Tot
f
(%)
Fração total
de volume
infiltrado
I
Tot
f
(%)
1
1
E
f
20,27
1
I
f
3,51
1
E
V
1743,10
1
I
V
301,56
2
2
E
f
27,89
2
I
f
4,84
2
E
V
1827,36
2
I
V
317,08
3
3
E
f
31,69
3
I
f
5,48
3
E
V
1397,27
3
I
V
241,73
60,73 13,21
Tabela 4.10 - Valor calculado de k, frações totais de volumes infiltrado e evaporado no Açude do Boqueirão
pelo modelo 2.
Modelo 2
k calculado
5
3,379 10
−
⋅
m
-3
ETAPA
Fração parcial
de volume
evaporado (%)
Fração parcial
de volume
infiltrado (%)
Volume
evaporado
(m
3
)
Volume
infiltrado
(m
3
)
Fração total
de volume
evaporado
E
Tot
f
(%)
Fração total
de volume
infiltrado
I
Tot
f
(%)
1
1
E
f
17,70
1
I
f
6,09
1
E
V
1521,94
1
I
V
523,62
2
2
E
f
26,66
2
I
f
6,06
2
E
V
1747,31
2
I
V
397,13
3
3
E
f
32,38
3
I
f
4,51
3
E
V
1440,89
3
I
V
198,83
59,37 15,76
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
105
Tabela 4.11 - Valores das frações totais de volumes infiltrado e evaporado no Açude do Boqueirão pelo
modelo 3.
Modelo 3
ETAPA
Fração parcial
de volume
evaporado (%)
Fração parcial
de volume
infiltrado (%)
Volume
evaporado
(m
3
)
Volume
infiltrado
(m
3
)
Fração total
de volume
evaporado
E
Tot
f
(%)
Fração total
de volume
infiltrado
I
Tot
f
(%)
1
1
E
f
20,69
1
I
f
3,10
1
E
V
1779,08
1
I
V
266,48
2
2
E
f
28,68
2
I
f
4,05
2
E
V
1879,25
2
I
V
265,19
3
3
E
f
32,72
3
I
f
4,48
3
E
V
1442,38
3
I
V
197,34
61,94 11,19
Comparando os valores das frações de volumes infiltrado e evaporado, mostrados nas
Tabelas 4.9, 4.10 e 4.11, obtidos pelos três modelos verifica-se que eles são próximos. As
médias dos valores obtidos para as frações de volume evaporado e volume infiltrado dos três
modelos foram 60,68% e 13,39%, respectivamente. Somando essas duas frações obteve-se
74,07% de perda total pelos efeitos da evaporação e da infiltração. A porcentagem restante
de 25,93 %, que falta para completar o total de 100 %, refere-se à água que ficou no açude
depois do período de coletas, pois esse reservatório não chegou a secar totalmente nesta
época.
Os valores das lâminas d'água perdidas por infiltração foram obtidos através das
seguintes etapas:
(a) Cálculo do volume médio do açude para cada etapa:
1
o f
1
V V
V
2
+
=
(4.9a)
1 2
f f
2
V V
V
2
+
= (4.9b)
2 3
f f
3
V V
V
2
+
= (4.9c)
onde
i
f
V
é o volume final de cada etapa e
o
V 8598,40
=
m
3
.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
106
(b) Cálculo da faixa de volumes máximo e mínimo evaporados em cada etapa:
( )
i
i
máx
mín
I
i
evap
V
V V
2
= ±
(4.10)
onde,
i
E
V
2
é a faixa de volume perdido por evaporação em torno da média do volume do
açude em cada etapa.
(c) Cálculo dos níveis máximo e mínimo
( )
i
máx
mín
h
referentes a cada valor de volume
evaporado, em cada etapa, usando a equação cota-volume obtida pelo gráfico da Figura
4.22, ou seja:
( )
( )
i
máx
mín
i
3,434
evap E
máx
mín
V 331,83 h= ⋅
(4.11)
(d) Cálculo da lâmina d' água perdida por evaporação em cada etapa:
i i
i máx mín
h h h
= −
(4.12)
(e) Cálculo da lâmina d' água total perdida por evaporação:
3
Etotal Ei
i 1
h h
=
=
∑
(4.13)
O mesmo procedimento foi usado para determinação das frações de volume infiltrado
e da lâmina d' água infiltrada.
Os valores das lâminas de água perdidas por infiltração e evaporação para cada um dos
três modelos estão mostrados nas Tabelas 4.12, 4.13 e 4.14. A lâmina d'água média perdida
por evaporação, feita com os três modelos, foi de 614 mm durante os três meses de coleta e
por infiltração o valor da lâmina d' água perdida foi 106 mm nesse período de amostragem.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
107
Tabela 5.12 - Valores das lâminas de água perdidas por evaporação e por infiltração no Açude do Boqueirão
pelo Modelo 1.
ETAPA
Faixa de volume
evaporado (m
3
)
Nível referente ao
volume evaporado
(m)
Lâmina d'
água perdida
por evaporação
em cada etapa
(m)
Lâmina d' água
total perdida por
evaporação (m)
( )
1
máx
evap
V
8598,40
( )
E 1
máx
h
2,580
1
( )
1
mín
evap
V
6855,50
( )
E 1
mín
h
2,415
1
E
h
0,165
( )
2
máx
evap
V
6855,50
( )
E 2
máx
h
2,415
2
( )
2
mín
evap
V
4943,50
( )
E 2
mín
h
2,196
2
E
h
0,219
( )
3
máx
evap
V
4943,50
( )
E 3
máx
h
2,196
3
( )
3
mín
evap
V
3376,91
( )
E 3
mín
h
1,965
3
E
h
0,231
Total
E
h
0,615
ETAPA
Faixa de volume
infiltrado (m
3
)
Nível referente ao
volume infiltrado
(m)
Lâmina d'
água perdida
por infiltração
em cada etapa
(m)
Lâmina d' água
total perdida por
infiltração (m)
( )
1
máx
inf
V
8598,40
( )
I 1
máx
h
2,580
1
( )
1
mín
inf
V
8296,60
( )
I 1
mín
h
2,553
1
I
h
0,027
( )
2
máx
inf
V
8296,60
( )
I 2
máx
h
2,553
2
( )
2
mín
inf
V
7895,04
( )
I 2
mín
h
2,517
2
I
h
0,036
( )
3
máx
inf
V
7895,04
( )
I 3
máx
h
2,517
3
( )
3
mín
inf
V
7462,39
( )
I 3
mín
h
2,475
3
I
h
0,042
Total
I
h
0,105
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
108
Tabela 5.13 - Valores das lâminas de água perdidas por evaporação e por infiltração no Açude do Boqueirão
pelo Modelo 2.
ETAPA
Faixa de volume
evaporado (m
3
)
Nível referente ao
volume evaporado
(m)
Lâmina d'
água perdida
por evaporação
em cada etapa
(m)
Lâmina d' água
total perdida por
evaporação (m)
( )
1
máx
evap
V
8598,40
( )
E 1
máx
h
2,580
1
( )
1
mín
evap
V
7076,48
( )
E 1
mín
h
2,438
1
E
h
0,142
( )
2
máx
evap
V
7076,48
( )
E 2
máx
h
2,438
2
( )
2
mín
evap
V
5189,89
( )
E 2
mín
h
2,227
2
E
h
0,227
( )
3
máx
evap
V
5189,89
( )
E 3
máx
h
2,227
3
( )
3
mín
evap
V
3493,83
( )
E 3
mín
h
1,985
3
E
h
0,242
Total
E
h
0,595
ETAPA
Faixa de volume
infiltrado (m
3
)
Nível referente ao
volume infiltrado
(m)
Lâmina d'
água perdida
por infiltração
em cada etapa
(m)
Lâmina d' água
total perdida por
infiltração (m)
( )
1
máx
inf
V
8598,40
( )
I 1
máx
h
2,580
1
( )
1
mín
inf
V
8074,76
( )
I 1
mín
h
2,533
1
I
h
0,047
( )
2
máx
inf
V
8074,76
( )
I 2
máx
h
2,533
2
( )
2
mín
inf
V
7585,43
( )
I 2
mín
h
2,487
2
I
h
0,046
( )
3
máx
inf
V
7585,43
( )
I 3
máx
h
2,487
3
( )
3
mín
inf
V
7243,32
( )
I 3
mín
h
2,454
3
I
h
0,033
Total
I
h
0,126
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
109
Tabela 5.14 - Valores das lâminas de água perdidas por evaporação e por infiltração no Açude do Boqueirão
pelo Modelo 3.
ETAPA
Faixa de volume
evaporado (m
3
)
Nível referente ao
volume evaporado
(m)
Lâmina d'
água perdida
por evaporação
em cada etapa
(m)
Lâmina d' água
total perdida por
evaporação (m)
( )
1
máx
evap
V
8598,40
( )
E 1
máx
h
2,580
1
( )
1
mín
evap
V
6819,39
( )
E 1
mín
h
2,411
1
E
h
0,169
( )
2
máx
evap
V
6819,39
( )
E 2
máx
h
2,411
2
( )
2
mín
evap
V
4863,59
( )
E 2
mín
h
2,185
2
E
h
0,226
( )
3
máx
evap
V
4863,59
( )
E 3
máx
h
2,185
3
( )
3
mín
evap
V
3272,22
( )
E 3
mín
h
1,947
3
E
h
0,238
Total
E
h
0,633
ETAPA
Faixa de volume
infiltrado (m
3
)
Nível referente ao
volume infiltrado
(m)
Lâmina d'
água perdida
por infiltração
em cada etapa
(m)
Lâmina d' água
total perdida por
infiltração (m)
( )
1
máx
inf
V
8598,40
( )
I 1
máx
h
2,580
1
( )
1
mín
inf
V
8331,85
( )
I 1
mín
h
2,556
1
I
h
0,024
( )
2
máx
inf
V
8331,85
( )
I 2
máx
h
2,556
2
( )
2
mín
inf
V
7994,41
( )
I 2
mín
h
2,526
2
I
h
0,030
( )
3
máx
inf
V
7994,41
( )
I 3
máx
h
2,526
3
( )
3
mín
inf
V
7636,26
( )
I 3
mín
h
2,492
3
I
h
0,034
Total
I
h
0,088
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
110
5. CONCLUSÕES
Com os resultados das análises químicas dos solos, das análises químicas e físico-
químicas das águas superficiais em três açudes e das águas subterrâneas em três cacimbas; e
dados isotópicos utilizados em três modelos para calcular as perdas por evaporação e
infiltração no Açude do Boqueirão, foi possível identificar processos naturais responsáveis
pela qualidade e renovação das águas.
Nos solos da Bacia da Gameleira, a Capacidade de Troca de Cátions varia de 3,7 a
12,9 meq/100g, apresentando valores mais elevados nos horizontes superficiais; o Complexo
Trocável é dominado pela soma dos íons Ca
2+
e Mg
2+
, com exceção de algumas amostras
onde o íon H
+
é dominante. Estes resultados mostram a importante contribuição do solo
para a concentração iônica das águas da região.
Sódio e potássio estão em baixas concentrações na maioria das argilas que contém
excesso somente os íons H
+
, Ca
2+
e Mg
2+
. Estas argilas, em solução aquosa, sofrem rápido
processo de floculação. Os menores graus de floculação que condicionam baixa taxa de
infiltração são observados em amostras de solos localizados próximos ao Açude do
Boqueirão.
A capacidade de Troca de Cátions dos solos, os diagramas de estabilidade das rochas
albita e anortita e as análises de Raios-X revelaram a presença de argila do tipo caulinita, nas
vizinhanças do Açude do Boqueirão, um argilomineral 1:1 que não permite que os cátions e
a água penetrem entre suas placas. Portanto, o percentual de água de chuva no solo que
infiltra nesta área é pequeno.
5
CAPÍTULO
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
111
A saturação de base (V) com valores, na maioria das amostras, superiores a 50 %, e
com boa correlação (R = 0,922) com o pH, indicam perda de elementos metálicos por
drenagem ou escoamento superficial, o que explica os baixos valores de pH no solo. Nos
locais mais baixos onde ocorre o depósito de sedimentos erodidos na bacia, as águas ficam
com um pH mais elevado devido às trocas iônicas solo-água.
Como as reações de troca são geralmente muito lentas, o estabelecimento do equilíbrio
depende da velocidade de circulação da água e do tempo de contato argila água. As águas no
Açude do Boqueirão, que recebe a drenagem de toda a bacia, entram em equilíbrio após o
tempo necessário para que haja trocas entre os minerais em solução e as argilas em
suspensão, trazidas pelo escoamento superficial. Neste processo, parte do cálcio e magnésio
contidos em solução na água de recarga do açude, no período chuvoso, é trocada pelo sódio
das argilas em suspensão mantendo a água sempre básica (pH em torno de 9).
As águas dos açudes são menos mineralizadas do que as águas subterrâneas nas
cacimbas; têm baixas condutividades elétricas por terem em torno de 90 % dos seus volumes
renovados com chuvas do período chuvoso anterior.
A cacimba C2, que abastece comunidade vizinhas, apresenta pequena variação em seu
nível estático indicando reserva importante de água subterrânea pela rápida recuperação do
volume de água na cacimba.
O pH, na maioria das amostras dos açudes A1 e A2, apresenta um perfil básico devido
às trocas entre os minerais em solução e as argilas em suspensão trazidas pelo escoamento
superficial. O açude A3 apresenta perfil ácido por quase secar no período sem chuvas e
receber maior contribuição de águas de chuva do que de água subterrânea.
Os açudes apresentaram águas do tipo bicarbonatada mista e cálcica, características de
água de chuvas recentes e de reações de troca iônica com o solo. As amostras das cacimbas
C1 e C3 são do tipo bicarbonatada mista caracterizando predominância de águas de chuva e
da cacimba C2, cloretada mista, indicando mistura de águas de chuvas com água subterrânea.
As relações entre CE e as concentrações de Cl
-
indicaram que nos açudes A1 e A2 o
processo de evaporação é mais intenso do que no açude A3. Nas cacimbas, a relação indicou
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
112
que C1 e C2 devem explotar o mesmo manto de intemperismo e em C3 há intenso processo
de evaporação devido ao seu pouco uso e menor renovação das águas.
Os Na
+
e Cl
-
são diretamente relacionados nas amostras das cacimbas mas os valores
se afastam da relação rNa
+
= rCl
-
indicando que dissolução de halita ou presença de
aerossóis marinhos não são os únicos responsáveis pela presença destes íons nas águas.
As concentrações dos cátions Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
e K
+
nos açudes, diminuem durante os
períodos chuvosos e aumentam nos períodos secos por efeito da evaporação. As
concentrações dos íons HCO
3
-
, aumentam no período chuvoso, pela presença de água de
chuva que é predominantemente bicarbonatada; as concentrações de Cl
-
aumentam durante
o período seco devido à evaporação.
A presença de
4
NH
+
e de
3
NO
−
indica entrada de água poluída nos açudes decorrente
da lavagem dos solos onde há presença de animais. As concentrações de nitrito são baixas,
caracterizando que a poluição está ocorrendo em áreas afastadas dos pontos de coleta.
As amostras dos açudes podem ser utilizadas em todas as culturas, na maioria dos
solos, com pequeno risco de salinização e fraco risco de formação de teores nocivos de
sódio susceptível de troca. As águas das cacimbas só podem ser utilizadas em solos bem
drenados e em culturas com alta tolerância salina.
Os diagramas de Gibbs reforçaram a conclusão que as amostras dos açudes A1 e A2
têm concentrações decorrentes da interação água-rocha favorecendo processos de trocas
iônicas, enquanto que as amostras do açude A3 têm forte influência de águas de chuvas. A
maioria das amostras das cacimbas C1 e C3 indica processo de intemperismo e as da
cacimba C2 mostram transição do processo de precipitação atmosférica para o
intemperismo.
As medidas de deutério nas águas do açude Boqueirão permitiram determinar os
volumes d´água evaporado e infiltrado durante o intervalo de 3 meses mostrando a
contribuição do reservatório para as águas subterrâneas.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
113
Três modelos isotópicos, dois deles com diferentes hipóteses sobre a relação entre os
volumes evaporado e infiltrado, produziram valores próximos e compatíveis com medidas
de evaporação obtidas por modelos convencionais.
Com a média dos três modelos, os valores obtidos para as frações de volume
evaporado e volume infiltrado foram 60,68% e 13,39%, respectivamente. Somando essas
duas frações tem-se 74,07% de perda total pelos efeitos da evaporação e da infiltração. A
porcentagem restante de 25,93 %, que completa o total de 100 %, refere-se à água que
permanece no açude depois do período de coletas, pois esse reservatório não chegou a secar
totalmente nesta época.
A lâmina d'água média perdida por evaporação, feita com os três modelos, foi de
614 mm durante os três meses de coleta e por infiltração o valor da lâmina d' água perdida
foi 106 mm nesse período de amostragem.
Os processos naturais, como evaporação e trocas iônicas ocorridas nas argilas
dissolvidas nas águas de recarga, salinizam as águas de chuvas, mas se o reservatório diminui,
drasticamente, de volume e a renovação com águas de chuvas é percentualmente elevada, o
reservatório terá sempre água de boa qualidade.
O Açude do Boqueirão, de pequena dimensão, contribui para a recarga do fluxo de
base do riacho onde foi feito o barramento, com mostraram as medidas isotópicas, o que
diminui os efeitos negativos das ações antrópicas sobre as reservas de água subterrânea.
As águas subterrâneas nas aluviões, onde estão localizadas as cacimbas estudadas, são
recarregadas pelas águas de chuvas o que confere uma água em condições de potabilidade e
uso na agricultura. A recarga pelas chuvas dilui as águas que adquirem sais através da
interação água/rocha.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
114
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADAMS, S.; TITUS, R.; PIETERSEN, K.; TREDOUX, G.; HARRIS, C. Hydrochemical
characteristics of aquifers near Sutherland in the Western Karoo, South Africa. Journal of
Hydrology, 241, p.91-103, 2001.
APHA. STANDARD METHODS. For the examination of water and wastewater. 18 ed..,
APHA – AWWA – WPCP. 1992.
AGUIAR, R. B.; SANTIAGO, M. F.; MENDES FILHO, J. e FRISCHKORN, H. A origem
dos sais nas águas subterrâneas por aqüíferos costeiros no município de Caucaia - In: I
Congresso Mundial Integrado de Águas Subterrâneas, Anais do... Fortaleza, ABAS, 2000.
ALLISON, G. B. Coments on the "Water budget of a dam in the semi-arid northeast of
Brazil based on oxygen-18 and chlorine contents" by Stolf and workers. In: "Isotopes in lake
studies". Viena, IAEA, 65-71. 1979.
ARAÚJO, J. C., MARTINS, E. S. P. R., GOMES, E. C. B., MÖBUS, G., DA SILVA, R. C.
e BELO, P. S. C. A bacia experimental do Riacho de Aiuaba, CE. In: Relatório 1 do Projeto
IBESA – Caracterização das Bacias Experimentais do Semi-Árido. Projeto Integrado UFRN
– UFC – UFPB –UFCG – UFRPE – UFPE –UFBA: convênio FINEP-RJ / FUNPEC-RN.
Agosto, 2002.
ARAÚJO, J. C. Caracterização das Bacias Experimentais do Semi-Árido. In: Relatório Anual
do Projeto IBESA - Projeto Integrado UFRN – UFC – UFPB –UFCG – UFRPE – UFPE –
UFBA: convênio FINEP-RJ / FUNPEC-RN, 2003.
ARAÚJO, J. C. Caracterização das Bacias Experimentais do Semi-Árido. In: Relatório Anual
do Projeto IBESA - Projeto Integrado UFRN – UFC – UFPB –UFCG – UFRPE – UFPE –
UFBA: convênio FINEP-RJ / FUNPEC-RN, 2004.
ARAÚJO, L. C. M. de. Análise da Susceptibilidade à Erosão dos Solos da Estação Ecológica
de Aiuaba/CE. Dissertação de Mestrado. UFC. Departamento de Geologia. 119p, 2005.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
115
ARRUDA, M. (Org.). Ecossistemas Brasileiros. Edições IBAMA, 2001.
ASC. Aliança Social Continental. As mulheres em defesa da água como direito humano
fundamental. São Paulo. p. 5-6, 2004.
BATISTA, J. R. X.; SANTIAGO, M. M. F.; FRISCHKORN, H.; MENDES FILHO, J.;
FOSTER, M. Isótopos ambientais na água subterrânea de Picos-PI. In: X Congresso
Brasileiro de Águas Subterrâneas, Anais do...São Paulo. CD-ROM, 1998.
BERNÁLDEZ, F. G. & REY BENALDAS, J. M. Geochemical relationships between
groundwater and wetland soils and their effects on vegetation in Central Spain. Geoderma,
55, p. 273-288, Elsevier Science Publishers B. V. 1992.
BIGELEISEN, J. The effects of isotopic substitutions on the rates of chemical reactions. J.
Phys. Chem. 56: 823-828, 1952.
BIGELEISEN J & WOLFSBERG M. Theoretical and experimental aspects of isotope
effects in chemical kinetics. Adv. Chem. Phys. 1:15–76. 1958.
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed. v. 1. São Paulo: Livros
Técnicos e Científicos Editora, 1988.
CARNEIRO, C. E. C. D.; SANTIAGO, M. M. F.; FRISCHKORN, H.; MENDES FILHO,
J. & FOSTER, M. Oxigênio-18, deutério e condutividade elétrica para caracterização da água
subterrânea no Vale do Gurguéia. In: X Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, Anais
do...São Paulo, 1998.
CLARK, I. D. & FRITZ, P. Environmental Isotopes in Hydrogeology. Lewis Publishers.
New York. 328p. 1997.
CORLIS, N. J.; VEEH, H. H.; DIGHTON, J. C.; NERCZEG, A. L. Mixing and
evaporation process in a inverse estuary inferred from δ
2
H and δ
18
O. Continental Shelf
Research, 23: p. 835-846, 2003.
COSTA FILHO, W. D.; SANTIAGO, M. M. F.; COSTA, W. D. & MENDES FILHO, J.
Isótopos estáveis e a qualidade das águas subterrâneas na planície do Recife. In: X
Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, Anais do...São Paulo, 1998.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
116
CRAIG, H. Standard for reporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in naturals
waters. Science, 133: p. 1833-1834. 1961a.
CRAIG, H. Isotopic variations in meteoric waters. Science, 133: p. 1702-1703. 1961b.
CRAIG, H. GORDON, L. HORIBE, Y. Isotopic exchange effects in the evaporation of
water. J. Geophys. Res., 68: 5079-5087. 1963.
CRAIG, H. & GORDON, L. Deuterium and oxygen-18 variations in the ocean and marine
atmosphere. In: Stable Isotopes in Oceanography Studies and paleotemperatures. Pisa, Lab.
Di Geologia Nucleara, Tongiorgi, p. 9-130. 1965.
CRUZ, W. Alguns aspectos de circulação de água subterrânea em rochas cristalinas do
Nordeste do Brasil. SUDENE. Recife, Hidrogeologia, 49. p. 56-70, 1967.
CRUZ, W. B & MELO, F. A. C. F. Estudos geoquímicos preliminares das águas
subterrâneas do Nordeste do Brasil, SUDENE. Recife. Hidrogeologia, 19, 147p., 1968.
CRUZ, W. B & MELO, F. A. C. F. Estudos geoquímicos preliminares das águas
subterrâneas no Nordeste do Brasil. SUDENE. Série Hidrogeologia. Nº 19, 128p. 1974.
CRUZ, W.B. da. A qualidade química da água em rochas fraturadas. In: I Simpósio Nacional
de Águas Subterrânea, 1985, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: ABAS-MG,
p. 40 – 54. 1985
DANSGAARD, W. Stable isotopes in precipitation. Tellus, 16: p. 436-468, 1964.
DINÇER, T. The use of oxygen-18 and deuterium concentrations in the water balance of
lakes. Water Resources, 4: p. 1289-1306. 1968.
DINDANE, K., BOUCHAOU, L. HSISSOU, Y. KRIMISSA, M. Hydrochemical and
isotopic characteristics of groundwater in the Souss Upstream Basin, Southwestern
Morocco. Journal of African Earth Sciences, 36, p. 315 - 327, 2003.
DNMET – Departamento Nacional de Meteorologia do Ministério da Agricultura e
Reforma Agrária. Normais climatológicas (1961 – 1990), Brasília, 1992.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
117
DRAGUN, J. The soil chemistry of hazardous materials. Silver Spring, MD: Hazardous
Materials Control Research Institute, 458 p. 1988.
FAURE, G. Principles and Applications of Inorganic Geochemistry. Ed. MacMillan
Publishing Company. New York. 626p. 1991.
EHLMANN, B. L.; ARDVISION, R. E.; JOLLIFF, B. L.; JOHNSON, S. S.; EBEL, B.;
LOVENDUSKI, N.; MORRIS, J. D.; BYERS, J. A.; SNIDER, N. O.; CRISS, R. E.
Hydrologic and isotopic modelling of Alpine Lake Waiau, Mauna Kea, Hawaii. Pacific
Science, Vol. 59, Nº 1: p. 1-15, 2005.
EMBRAPA. Conselho Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema Brasileiro de Classificação de
Solos. Brasília, 412p. 1999.
EPSTEIN, S. & MAYEDA, T. K. Variations of the
18
O/
16
O ratio in natural waters.
Geochimica et Cosmochimica Acta, 4: p. 231, 1953.
FASSBENDER, H. W. & BORNEMISZA, E. Quimica de suelos: com énfasis en suelos de
América Latina. 2. ed. San José: IICA, 1987.
FENZL, N. Introdução a hidrogeoquímica. 1
a
ed. Belém: Gráfica e Editora Universitária,
1988.
FERNANDES, M. A. B.; SANTIAGO, M. M. F.; GOMES, D. F.; MENDES FILHO, J.;
LIMA, J. O. G. de. A origem dos cloretos nas águas subterrâneas na Chapada do Apodi –
Ceará. Revista Águas Subterrâneas, V. 19, N. 1. p.25-34, 2005.
FERREIRA DE MELO, F. A.; REBOUÇAS, A. C.; GAT, J. R. & MAZOR, E. Preliminary
isotope survey of water sources in Northeastern Brazil. SUDENE. Spec. Report. 18p. 1969.
FIGUEIREDO, M. A. & LIMA-VERDE, L. W. Caatingas e carrascos, comunidades
xerófilas no nordeste do Brasil. In: Plantas do Nordeste. Araújo, F. D.; Prendergast, H. D.
V.; Mayo, S. J. (eds), Anais do I Workshop Geral, p. 104-112. Royal Botanic Gardens, Kew.
1999
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
118
FONTES, J.-CH. & GONFIANTINI, R. Comportment isotopique au cours de
l´évaporation de deux bassins shariens. Earth Planet. Science Letter, 3: p. 258-266. 1967.
FRISCHKORN, H.; TORQUATO, J. R. e SANTIAGO, M. F. Medidas isotópicas em
aqüíferos profundos na região centro-leste do Piauí. Anais do III Congresso Brasileiro de
Águas Subterrâneas, Fortaleza, Ceará, p. 42-51, 1984.
FRISCHKORN, H.; SANTIAGO, M. F. e TORQUATO, J. R. Dados isotópicos e
hidroquímicos da porção oriental da Bacia Potiguar. Anais do V Congresso Brasileiro de
Águas Subterrâneas, São Paulo/SP, p. 144-152, 1988.
FRITZ, P. & FONTES, J. -CH. Handbook of Environmental Isotope Geochemistry, Vol. I.
The Terrestrial Environment. A. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 545p. 1980.
GAT, J. R. Lakes. In: "Stable isotope hydrology-deuterium and oxygen-18 in the water
cycle". Viena, IAEA, GAT, J, R. and GONFIANTINI, R., 203-221, 1981.
GAT, J. R. & LEVY, Y. Isotope hydrology of inland sabhas in the Bardowil Area, Sinai.
Limnol. Oceanogr., 23 (5): p. 841-860, 1978.
GIBBS, R. Mechanisms controlling world water chemistry. Science 170, 1088-1090, 1970.
GIBSON, J. J.; EDWARDS, T. W. D.; PROWSE, T. D. Development and validation of an
isotopic method for estimating lake evaporation , Hydrol. Process., 10, p. 1369-1382. 1996.
GIBSON, J. J.; EDWARDS, T. W. D.; PROWSE, T. D. Pan-derived isotopic composition
of water vapour and its variability in Northern Canada. J. Hydrol. 217, p. 55-74, 1999.
GIBSON, J. J. Forest-tundra water balance traced by isotopic enrichment in lakes. J. Hydrol.
251, p. 1-13, 2001.
GIBSON, J. J. Short-term evaporation and water budget comparisons in shallow Arctic lakes
using non-steady isotope mass balance. Journal of Hydrology, 264: p. 242-261, 2002.
GIBSON, J. J.; PREPAS, E. E.; McEACHERN, P. Quantitative comparison of lake
throughflow, residency, and catchment runoff using stable isotopes: modeling and results
from a regional survey of Boreal lakes. Journal of Hydrology, 262: p. 128-144, 2002b.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
119
GONFIANTINI, R. Effetti isotopici nell´ evaporazione di acque salate. Atti della Soc. Tosc.
Sc. Nat. Pisa, Seria A-72. p. 1-22. 1965.
GONFIANTINI, R. The δ-notation and the mass spectrometric measurement techniques.
In: J. R. GAT and R. GONFIANTINI (eds.) Stable Isotope Hydrology, Deuterium and
Oxygen-18 in the water cycle, IAEA Technical Report Series, Nº 210, IAEA, Vienna: p. 35-
84. 1981.
GONFIANTINI, R. Environmental isotopes in lake studies. In: "Handbook of
environmental isotope geochemistry". Elsevier, Amsterdam, FRITZ, P. & FONTES, J. -Ch.,
2nd volume. 1983.
GRÜNBERGER, O.; MONTOROI, J. P.; NARSI, S. Quantification of water exchange
between a hill reservoir and groundwater using hydrological and isotopic modeling (El
Gouazine, Tunisia). C. R. Geoscience, 336: p. 1453-1462, 2004.
KEHEW, A. E. Applied chemical hydrogeology. New Jersey: Prentice Hall, 2001.
KIEHL, E. J. Manual de edafologia: relações solo-planta. São Paulo: Ceres, 1979.
LEAL FILHO, C.; MAIA, C. A. O.; SANTOS, A. G.; GONÇALVES, M. M. M.;
SANTANA, T. P. & SILVA, M. F. Anilhamento de Zenaida Auriculata Noronha na Serra
do Ermo – Alto Alegre – Aiuaba(CE) nos anos de 1995 e 1996. Congresso Nordestino de
Zoologia, Crato – CE. 1997.
LEAL, A. S. Considerações sobre circulação de águas em rochas cristalinas e salinização em
regiões semi-áridas – Área Piloto de Juazeiro – Curaçá, BA. Recife: SUDENE. Série
Hidrogeologia, Nº 24, 28p. 1969.
LEAL, A. S. Água Subterrânea. Usos e Ocorrências. 2004. Disponível em:
http://www.estado.dogurgueia.nom.br/pesquisa/aguassubterraneas.htm - Acessado em:
08/02/2006.
LEOPOLDO, P. R.; MATSUI, E.; SALATI, E.; FRANKEN, W.; RIBEIRO, M. N. G.
Composição isotópica da água da chuva e da água do solo em floresta amazônica do tipo
terra firme, região de Manaus. Acta Amazônica, 12: p. 7-13, 1982.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
120
LIMA, C. H.; SANTIAGO, M. F.; MENDES FILHO, J.; FRISCHKORN, H. Medidas
hidroquímicas e estudo da salinização das águas dos Inhamuns. In: IX Congresso Brasileiro
de Águas Subterrâneas, Salvador, Anais..., 1996.
MAJOUBE, M. Fractionnement en oxygen-18 et en deuterium entre l'eau et sa vapeur. J.
Chim. Phys. 68: 1423-1436, 1971.
MEDEIROS, J. F. de. Qualidade de água de irrigação e evolução da salinidade nas
propriedades assistidas pelo GAT nos Estados do RN, PB e CE. Dissertação de Mestrado.
Campina Grande. UFPB. 173p. 1992.
MENDONÇA, L. A. R.; SANTIAGO, M. M. F.; FERNANDES, M. A. B.;
FRISCHKORN, H.; LIMA, J. O. G. de. Mecanismos de salinização dos aqüíferos cársticos
nas Chapadas do Araripe e do Apodi. In: XII Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas.
Anais...Florianópolis/SC. 15p. 2002.
MERLIVAT, L. L´étude quantitative de bilans de lacs à l´aide des concentrations en
deuterium et oxygène-18 dans l´eau. In: Isotope Hydrology Proc. Symp. Vienna, IAEA, p.
98-107. 1970.
NASCIMENTO, J. L. X. Estudo Comparativo da Avifauna em Duas Estações Ecológicas
da Caatinga: Aiuaba e Seridó. Melopsittacus 3(1): p. 12-35, 2000.
OLIVEIRA, D. & MAIA, C. E. Qualidade físico-química da água para a irrigação em
diferentes aqüíferos na área sedimentar do Estado do Rio Grande do Norte. Revista
Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande/PB. Vol. 2, Nº 1, p. 17-21,
1998.
OLIVEIRA, S. P. B. & BATISTA, J. J. Influência do índice de aridez e da litologia nos
processos de salinização das águas do aqüífero fissural na região semi-árida do nordeste. In:
Associação Brasileira de Recursos Hídricos, Vitória, 13p. 1997.
PEIXOTO, J. P., OORT, A. T. Le cycle de l'eau et le climat. La Recherche-Special: L'eau,
Vol. 21, p 570-79, 1990.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
121
PEREIRA, L. Caracterização isotópica e hidroquímica das águas subterrâneas da Ilha de São
Luís/MA – Brasil. Dissertação de Mestrado, Departamento de Física, UFC, 89p. 2002.
REBOUÇAS, A. C. Le problème de l´eau dans la zone semi-aride du Brèsil – Evaluation des
resources, orientation pour la mise en valeur. Tese de Doutoramento, Strasburg, Université
Louis Pasteur, França, 285p. 1973.
REBOUÇAS, A. C. Água subterrânea no novo modelo do saneamento básico, São Paulo,
Instituto de Estudos Avançados, USP. 1997.
REIS, C. M.; TANCREDI, A. C. F. N. S.; MATSUI, E. & SALATI, E. Caracterização das
águas da região de Marajó através de concentrações de O-18 e de D. Acta Amazônica, 7: p.
209-222, 1977.
ROZANSKI, K. ARAGUÁS-ARAGUÁS, L., GONFIANTINI, R., Isotopic patterns in
modern global precipitation, In: Continental Isotope Indicators of Climate, Washington, D.
C. American Geophysical Union Monograph. 1993.
SALATI, E.; LEAL, J. M. & CAMPOS, M. M. Isótopos ambientais aplicados em um estudo
hidrogeológico do Nordeste Brasileiro. Recife, SUDENE. Série Hidrogeologia. Nº 58, 55p.
1979.
SANTIAGO, M. M. F. Mecanismos de salinização em regiões semi-áridas. Estudo dos
Açudes Pereira de Miranda e Caxitoré no Ceará. Tese de Doutoramento. Instituto de
Geociências, USP, 176p. 1984.
SANTIAGO, M. M. F.; SALATI, E.; MATSUI, E. Fracionamento isotópico da água (
18
O e
D) do Açude Santo Antonio de Russas durante a evaporação. Revista Brasileira de
Geociências, 5: p. 106-112, 1975.
SANTIAGO, M. F.; FRISCHKORN, H. & SEREJO, A. N. Estudo isotópico da águas do
Cariri. In: IV Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, Anais do...Porto Alegre, p. 338-
342, 1990.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
122
SANTIAGO, M. F.; LIMA, C. H.; MENDES FILHO, J. e SASAKI, J. M. Salinização das
águas subterrâneas em uma área do cristalino – Tauá/Ceará. In: XII Simpósio Brasileiro de
Recursos Hídricos, Vitória/ES, Anais..., p. 475-482. 1997.
SANTIAGO, M. F.; MENDES FILHO, J.; FRISCHKORN, H. e LIMA, C. H. Processos
de salinização de água subterrânea no cristalino dos Inhamuns no nordeste do Brasil. 4º
Congresso Latinoamericano de Hidrologia Subterrânea, Montevidéo, Uruguai, Vol. 02: 1068-
1078, 1998.
SANTIAGO, M. F., FRISCHKORN, H. Mechanisms of Salinization in the North of Brazil.
German- Brazilian Workshop on Neotropical Ecosystems - Achievement and Prospects of
Cooperative Research, Anais...Hamburg, Alemanha. 2000.
SANTIAGO, M. F.; FRISCHKORN, H.; SALES NETO, P. e MENDES FILHO, J. The
recharge mechanisms in an alluvial aquifer zone in northeast Brazil. Groundwater, Vol. 39.
No. 1. p. 18-23, 2001.
SANTOS, J. P.; AZEVEDO, S. G. de; MISTRETTA, G. M. Novos aspectos de salinização
das águas subterrâneas do cristalino do Rio Grande do Norte. São Paulo: IPT, Comunicado
Técnico, 314, 27p.1984.
SCHOFF, S. L. Flushing of ancient sea water from the Pré-Cambian rocks in the upper
Paraíba Basin, State of Paraíba. SUDENE, Recife, 27p. 1967.
SILVA, C. M. S. V.; SANTIAGO, M. F.; FRISCHKORN, H.; MENDES FILHO, J.
Distinção entre águas das aluviões e águas profundas nos municípios de Crato e Juazeiro do
Norte/CE. CD-ROM. In: IX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, Anais
do...Salvador/BA, 1996.
SILVEIRA, C. S. & SILVA JUNIOR, G. C. de. O uso de isótopos ambientais em estudos
hidrogeológicos no Brasil: Uma resenha crítica. Anuário do Instituto de Geociências UFRJ.
Vol. 25. Rio de Janeiro. 2002.
Pereira, L. Estudo isotópico e hidroquímico das águas superficiais e subterrâneas no semi-árido cearense em área de
preservação ecológica no município de Aiuaba
123
SOUZA FILHO, O. A. de.; VERÍSSIMO, L. S.; SILVA, C. M. S. V.; SANTIAGO, M. M. F.
Medidas hidroquímicas nas águas subterrâneas da região de Irauçuba, Norte do Ceará. In:
XIII Congresso de Águas Subterrâneas, Cuiabá/MT, 17p. 2004.
STOLF, R.; LEAL, J.M.; FRITZ, P.; SALATI, E. Water budget of a dam in the semi-arid
northeast of Brazil based on oxygen-18 and chlorine contents. In: Isotopic in lake studies.
Vienna, p. 57-66, 1979.
TCM - Tribunal de Contas dos Municípios do Estado do Ceará. 2003 - Disponível em:
http://www.tcm.ce.gov.br - Acesso em 16/12/2003.
TEIXEIRA, J. A. & OLIVEIRA, S. P. B. Perfuração de poços tubulares e levantamento
geológico, Petrolina/PE, SUDENE, Hidrogeologia, 22p, 1962.
UREY, H.C., The thermodynamic properties of isotopic substances. J. Amer. Chem. Soc.:
562-581, 1947.
UREY, H. C.; LOWENSTAM, H. A.; EPSTEIN, S.; McKINNEY, C. R. Measurement of
paleotemperatures and temperatures of the upper cretaceous of England, Denmark and the
Southeastern United States. Geological Society of America Bulletin, 62: p. 399-416, 1961.
VIEIRA, L. S., SANTOS, P. C. T. C., VIEIRA, N. F. Solos: propriedades, classificação e
manejo (Programa Agricultura nos Trópicos, 02). Brasília: MEC/ABEAS, 1988.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
