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De forma sintética, o ciclo hidrológico pode ser representado pelo balanço entre a entrada, a saída e o armazenamento de água do sistema. Para uma determinada bacia, a quantificação das variáveis hidrológicas pode ser obtida pela equação do balanço hídrico:

P – ET = Qs + S + Qss

em que P é a precipitação; ET é a evapotranspiração; Qs é o escoamento superficial; Qss é o escoamento subsuperficial; S é a variação no armazenamento (FETTER, 1994).

Em termos qualitativos, o ciclo hidrológico é tradicionalmente descrito a partir dos principais processos que promovem a movimentação e transformação física da água no sistema. A FIG. 35 resume graficamente a circulação da água, apresentando alguns de seus principais processos intermediários e evidenciando as entradas, saídas e acumulações no sistema hídrico proposto.

Quando as gotas de água existentes na atmosfera ganham massa suficiente, condensam e precipitam, em forma de chuva, neve ou granizo (SILVEIRA, 1999). A precipitação é a principal forma de entrada de água no sistema (FIG. 35). Parte da precipitação é interceptada pela flora e pela fauna, podendo retornar à atmosfera. Outra parte atinge a superfície do meio, sendo retida superficialmente. A passagem da água da superfície para o solo constitui o processo de infiltração (BRANDÃO et al, 2006; SOARES, 2005).

A água infiltrada pode percolar em profundidade na zona aerada atingindo a zona saturada de um aqüífero granular. Todavia, uma parte flui lateralmente constituindo fluxos subterrâneos de distribuição espacial da umidade que, posteriormente, podem promover a exfiltração e o retorno da água à superfície (SOARES, 2005). Após um período de tempo relativamente longo, a água que percola verticalmente pode atingir aqüíferos profundos.

FIGURA 35 – Esquema da circulação da água no sistema hidrológico. Fonte: SILVEIRA, 1999.

Em todos os processos de superfície, ocorre evaporação de uma parcela, por vezes considerável, de água, ademais, os seres vivos, por processos biológicos, são responsáveis pela transpiração. Tomados em conjunto esses processos constituem a evapotranspiração, que é, ao lado dos deflúvios, o principal processo de saída de água do sistema (FIG. 35).

As nascentes se inserem na FIG. 35 na passagem da água subterrânea para a superfície, a partir da rede de canais de drenagem. Esse complexo processo é condicionado por uma série de fluxos subterrâneos que promovem primeiramente a recarga dos aqüíferos, depois a movimentação da água em subsuperfície e, finalmente, a descarga para a superfície.

Todd (1959, p. 5) resume estes processos:

A água penetra nestas formações (aqüíferos) através da superfície do terreno ou de corpos de água superficial, após o que caminha lentamente distâncias variáveis até o seu retorno à superfície por ação de fluxo natural, das plantas ou do homem.

A recarga dos aqüíferos depende da capacidade do meio de fornecer água para a subsuperfície, mas também das próprias características dos sistemas geológicos que possibilitam ou não o armazenamento e a transmissão de água. Ou seja, os componentes atmosféricos, superficiais e subterrâneos atuam em conjunto para efetivar a recarga. Assim, clima, solo, vegetação, morfologia do terreno, geologia e a ação humana influenciam e condicionam a recarga subterrânea (FELIPPE, 2007). Em relação aos processos, a infiltração e a percolação são os principais constituintes da recarga das águas subterrânea, sendo que se algum desses for interrompido, a recarga não ocorrerá (TODD; MAYS, 2005).

Os processos de recarga e descarga são controlados pelos fluxos subterrâneos. De uma forma geral, pode-se afirmar que estes se originam nos locais de maior potencial hidráulico e se destinam para os de menor (REBOUÇAS, 1999b). Ou seja, a água subterrânea flui dos ambientes de maior energia, para os de menor energia.

Desse modo, enquanto as zonas de recarga são, teoricamente, os locais de maior potencial hidráulico, com maior energia potencial, as nascentes e demais áreas de descarga são os locais de menor potencial hidráulico – menor energia potencial. Esse balanço energético que origina e direciona os fluxos subterrâneos promove a exfiltração.

Segundo Ward e Trimble (2004) a quantidade de energia de uma partícula de água em um sistema de fluxos é a soma da sua energia de elevação, energia de pressão e energia de velocidade; três formas de energia potencial que promovem o os fluxos subterrâneos.

A energia de elevação é determinada pela posição topográfica da partícula. Correspondendo à força da gravidade, portanto, relaciona-se com a altimetria e a distância vertical ao nível de base. A energia de pressão é função das forças existentes entre as partículas de água e a matéria que constitui o aqüífero. A energia de velocidade é a própria resultante da movimentação da água em subsuperfície (WARD; TRIMBLE, 2004).

Assim, cada o balanço entre os três tipos de energia no potencial hidráulico depende, invariavelmente, do meio em que ocorre o fluxo subterrâneo. A energia de pressão terá maior influência nos fluxos somente em aqüíferos confinados, em que a água subterrânea encontra- se sob pressão. Por outro lado, somente em aqüíferos cársticos a energia de velocidade terá magnitude considerável, posto que de uma forma geral o deslocamento das partículas é muito lento. A energia de elevação, apesar de existir em qualquer situação, ganha em importância

nos aqüíferos livres e não-cársticos, justamente, pela pouca expressividade dos dois outros tipos de energia (WARD; TRIMBLE, 2004).

Destarte, é a variação do potencial hidráulico – determinado, sobretudo, pela gravidade e pela condutividade hidráulica11 – que promove o movimento das águas subterrâneas, por quaisquer tipos de fluxos. Todavia, são essas mesmas condições de energia que direcionam os fluxos com “tendência para o deslocamento do elemento na direção do mais rápido decréscimo de potencial” (MORAES, 1982. p. 21). Ou seja, é o gradiente energético define o sentido dos fluxos subterrâneos, convergindo, posteriormente, para as zonas de descarga.

Os fluxos subterrâneos são responsáveis pela origem das nascentes. Assim sendo, as principais características hidrológicas das próprias nascentes respondem às características dos seus fluxos de origem. Segundo Moraes (1982) duas são as principais variações na dinâmica de um fluxo: i) variação da velocidade do fluxo no espaço ocupado pelo fluido; ii) variação da velocidade do fluxo em função do tempo.

Quanto à primeira distinção, os fluxos podem ser considerados uniformes ou não-uniformes. Já em relação à variação da velocidade no tempo, os fluxos são classificados em permanentes e não-permanentes. “Normalmente, além de apresentarem regime permanente de fluxo, as águas subterrâneas apresentam regime uniforme” (MORAES, 1982. p. 34), o que indica uma taxa de descarga que não varia no tempo.

As nascentes originadas por fluxos uniformes e permanentes seriam, então, caracterizadas pela perenidade e por vazões constantes. Porém, essa lógica não se aplica a todos os tipos de fluxo. Fluxos mais rasos, sobretudo aqueles que sofrem influência direta da sazonalidade do clima, não possuem tais características, originando nascentes com alta variabilidade de vazão.

De acordo com KNIGHTON (1984), a origem dos canais de drenagem – por conseguinte, das nascentes – é variada, sendo que há dois problemas em sua determinação: i) indicar os processos que promovem a concentração de água em subsuperfície para a exfiltração; ii) indicar as condições para que a exfiltração se torne permanente. Todavia, o autor considera que o throughflow – difuso na matriz do solo ou concentrado nas percolines – é o responsável pela convergência de fluxos e possui implicações na origem dos canais (KNIGHTON, 1984).

Nesse sentido, os dutos – cavidades subterrâneas lineares de extensão e abertura variáveis, geradas pela erosão subsuperficial – ganham importância na origem das nascentes. Considerando-se que promovem uma faixa de baixo potencial hidrométrico, podem promover a convergência dos fluxos subterrâneos, produzindo um fluxo de alta velocidade: o pipeflow. A existência de superfícies de permeabilidade limitada é um pré-requisito para a ampliação da remoção seletiva de sedimentos na rede de poros do manto, gerando os dutos (JONES, 1981

apud KNIGHTON, 1984).

O throughtflow e o pipeflow apresentados por KNIGHTON (1984) tendem a contemplar a assertiva de MORAES (1982) sobre a uniformidade e permanência dos fluxos subterrâneos. Não necessariamente constantes, esses fluxos possuem uma variação sazonal pequena, explicando boa parte das origens das nascentes. Isso pois, sofrem pequena ou nula influência imediata dos eventos de precipitação, estando relacionados à água armazenada nos aqüíferos por um longo tempo.

Quando os eventos chuvosos possuem longa duração e permitem a saturação do solo em camadas mais profundas, tende a se formar um fluxo horizontal que fica mais próximo à superfície conforme a saturação do solo progride para as camadas mais rasas. Quando a linha de saturação atinge a superfície, é gerado um fluxo de retorno, chamado escoamento superficial de saturação12 (KNIGHTON, 1984).

A água proveniente do escoamento superficial de saturação exfiltra, mormente, nas baixas vertentes, em anfiteatros e concavidades. O solo mais fino e camadas menos permeáveis rasas facilitam a ocorrência desse fluxo (KNIGHTON, 1984). Porém, com o encerramento da chuva o fluxo é gradativamente reduzido até cessar. Nota-se que a exfiltração originária do escoamento superficial de saturação promove a existência de surgências e nascentes efêmeras, em que a dependência da precipitação é ímpar.

Contudo, pode-se afirmar que uma série tipos distintos de fluxos subterrâneos pode originar nascentes. Destarte, esses fluxos são condicionados pelo potencial hidráulico e direcionados pela diferença desse potencial entre as zonas de recarga e descarga. Longe de ser um processo simples, a exfiltração é determinante para as nascentes, em termos de gênese e dinâmica.

4.3. O(s) conceito(s) de nascente apresentado(s) na literatura acadêmica: