Para avaliar o potencial de exploração dos recursos hídricos é necessária uma caracterização do sistema que não se limita a uma caracterização física. Isto é particularmente verdade no caso de pequenos recursos hidrológicos com alta taxa de renovação, onde os impactos da exploração no balanço hidrológico podem ser determinantes na degradação da disponibilidade de água (qualidade e quantidade) em curto prazo.
Neste âmbito, a abordagem proposta é multidisciplinar e apoia-se, além de uma caracterização física numa caracterização dos fatores antrópicos que determinam os usos de água.
3.2.1.1. Hidrologia de pequenas bacias hidrográficas em áreas semi-áridas
A hidrologia de pequenas bacias hidrográficas nas regiões semi-áridas é caracterizada por eventos de duração curta e menos previsíveis do que em bacias grandes e, portanto difíceis de serem observados. Isto explica a atenção específica dedicada aos estudos regionais da sua hidrologia com o intuito de assessorar a gestão de recursos hídricos em bacias não ou pouco monitoradas.
_______________________________________________________________________________ 3- Dados e métodos Diversos estudos hidrológicos focados no Nordeste semi-árido foram realizados, principalmente dos anos 1960 até os anos 1990. Estudos hidrológicos de referência foram realizados sob a coordenação da SUDENE (Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste), em cooperação com o ORSTOM/IRD (Instituto de Pesquisa para o Desenvolvimento - FRANÇA). Estes estudos focaram-se na caracterização dos principais processos da dinâmica hidrológica da grande zona semi-árida, e na caracterização da dinâmica e aproveitamento dos açudes (Cadier, 1993, Molle, 1994) com uma atenção especial para o desenvolvimento de métodos que permitissem a modelagem em bacias não ou pouco monitoradas (Cadier, 1996).
3.2.1.2. Métodos de caracterização dos parâmetros hidrodinâmicos e dos principais determinantes físicos da dinâmica hidrológica dos aqüíferos aluviais
A caracterização dos parâmetros hidrodinâmicos de um aqüífero aluvial necessita geralmente do uso de diferentes métodos complementares (Jeong-Woo et al., 2005), incluindo testes hidráulicos e com traçadores, estudos geofísicos e modelagem (Jha et al.,
2004).
Diferentes técnicas (linear, krigagem,...) são usadas para a interpolação dos dados pontuais coletados (Meylan, 1986, Reed et al., 2004). Tratamentos estatísticos ou geo- estatísticos são, muitas vezes, necessários para obter a melhor representação possível do sistema a partir de dados pontuais obtidos em poços ou sondagens e de dados indiretos numa área espacial mais larga (como, por exemplo, dados de geofísica), mas que necessitam ser calibrados e não representam todas as heterogeneidades do meio (Patriarche et al., 2005,
Tronicke & Holliger, 2005, Singh et al., 2007).
Considerar várias escalas temporais e espaciais e cruzar diferentes métodos de investigação é, muitas vezes, necessário para obter resultados robustos diante da complexidade dos fenômenos envolvidos (Leduc et al., 2006).
A determinação das condições de contorno é necessária para poder realizar um balanço hidrológico e de salinidade do aqüífero aluvial e quantificar os diferentes termos deste balanço. Diferentes abordagens são usadas para caracterizar os fluxos entrando e saindo de um determinado manancial, incluindo evaporação, relações com outros recursos hídricos.
_______________________________________________________________________________ 3- Dados e métodos Podemos salientar os métodos baseados no monitoramento da piezometria (nos aqüíferos) ou vazão (rios), no uso de diferentes traçadores (isotópicos, geoquímicos, temperatura, salinidade) e no uso de modelos.
3.2.1.2.1. Monitoramento piezométrico e/ou tensiométrico
O monitoramento piezométrico e/ou tensiométrico é uma ferramenta interessante para caracterizar as variações de gradiente hidráulico como, por exemplo, a recarga dos aluviões do rio Sena na França (Weng et al., 1999) ou as relações entre águas superficiais e subterrâneas num rio do Mali (Malou et al., 1991, Mahé et al., 2000). Boronina et al., 2005, quantificaram a evapotranspiração de um aqüífero aluvial a partir de registros contínuos de vazão no rio em Chipre, evidenciando que a sua relevância no balanço hidrológico é pequena.
Diferentes traçadores podem ser usados para melhorar o conhecimento da dinâmica de recursos hídricos subterrâneos ou superficiais.
3.2.1.2.2. Temperatura e condutividade elétrica
A temperatura é um traçador robusto dos fluxos de água, principalmente perto do rio (Cox et al., 2007) e pode ser usada de forma eficiente como traçador da água subterrânea (Anderson, 2005).
A condutividade elétrica CE é também um excelente traçador quando os diferentes recursos hídricos têm salinidades bem diferentes (Santiago et al., 1997).
É por exemplo o caso no estudo das interações rio/aqüífero aluvial se os escoamentos superficiais apresentam salinidade baixa com relação ao aqüífero aluvial.
3.2.1.2.3. Traçadores isotópicos
O uso de diferentes traçadores isotópicos vem se desenvolvendo cada vez mais. É o caso de 2H e 18O. Com efeito, a razão de 2H/1H e 18O/16O nas águas subterrâneas depende principalmente das variações da composição isotópica das precipitações (Celle-
_______________________________________________________________________________ 3- Dados e métodos
Jeanton et al., 2004) e dos processos de evaporação. Eles podem ser usados para distinguir
diferentes origens de recarga da água subterrânea (Mendonca et al., 2004, Fette et al., 2005,
Blasch & Bryson, 2007), para investigar os mecanismos e a taxa de recarga ou de evaporação
de aqüíferos profundos nas áreas áridas a partir da análise de dados temporais (Coudrain et
al., 1994) ou da construção de perfis isotópicos (Causse, 1995).
Shah et al., 2007, propuseram um método para quantificar a proporção de água
evaporada diretamente do manancial com relação à evapotranspirada por diversas coberturas vegetais. Coudrain-Ribstein et al., 1998, propuseram uma fórmula de estimativa da evaporação em função da profundidade do nível piezométrico de um aqüífero.
Outros traçadores isotópicos podem ser usados em função das características locais e dos recursos estudados. É o caso do estrôncio 87Sr/86Sr (Coudrain et al., 2002, Negrel et al.,
2004) ou do trício 3H radioativo (Wood & Sanford, 1995, Fette &Kipfer &Schubert
&Hoehn & Wehrli, 2005) cujos níveis altos marcam o período de testes nucleares
atmosféricos no hemisfério norte.
Os traçadores isotópicos podem também ser usados para melhorar o conhecimento do balanço hidrológico ao nível de um reservatório superficial (Gay et al., 2003).
3.2.1.2.4. Traçadores geoquímicos
Em muitos casos, são usados, de forma conjunta, traçadores isotópicos e traçadores geoquímicos, o que permite diminuir as incertezas ligadas aos diferentes métodos ou obter diferentes características e informações que permitem precisar os processos hidrológicos (Favreau, 2000, Negrel & Lachassagne, 2000, Hsissou et al., 2002, Negrel et al., 2003,
Mendonca et al., 2005, Massuel et al., 2006, Machado et al., 2007, Zagana et al., 2007).
O cloreto, como íon conservativo, permite realizar balanços de massa e é, portanto, considerado um ótimo traçador que pode ser usado, por exemplo, como indicador da origem de uma poluição difusa (Manwell & Ryan, 2006) ou da taxa de renovação da água subterrânea (Zagana &Obeidat &Kuells & Udluft, 2007).
Análises químicas completas e monitoramento da condutividade elétrica CE podem ser usados para determinar a origem das águas de um aqüífero, principalmente quando os
_______________________________________________________________________________ 3- Dados e métodos diferentes recursos hídricos possíveis têm assinatura geoquímica bem diferente. Por exemplo,
Saxena et al., 2003, evidenciaram intrusão de água do mar na Índia em decorrência de um
bombeamento excessivo num aqüífero aluvial. Macpherson & Sophocleous, 2004, usaram o nitrato NO3- e o sulfato SO42- para caracterizar a dinâmica de mistura das águas num aqüífero aluvial, ligando NO3- aos fertilizantes lixiviados na zona não saturada e SO42- à dissolução mineral do embasamento.
3.2.1.2.5. Gases
Gases também podem ser usados como traçadores. Por exemplo, Wu et al., 2004 usou o Radônio (222Rn) elevado nas águas subterrâneas para estimar a infiltração de águas superficiais num aqüífero na China. Reddy et al., 2006, propuseram um método de delineamento de fraturas com água subterrânea em ambiente granítico baseado na análise dos teores de 222Rn e Helio 4He no solo.
3.2.1.3. Modelagem
O uso de modelos tem dois objetivos principais:
i) Testar hipóteses de funcionamento. No caso de dados parciais, os modelos podem permitir estudar a dinâmica ou obter parâmetros característicos de um aqüífero (Munevar &
Marino, 1999). Em bacias onde não existem dados, os modelos podem prever
comportamentos hidrológicos (Mutua & Klik, 2007) ao custo de uma incerteza que deve ser quantificada.
ii) Simular e prever o impacto de determinados cenários de uso ou recarga. Por exemplo, Ma et al., 1997, avaliaram a influência da exploração de um aqüífero aluvial sobre o fluxo de recarga a partir de um aqüífero profundo salgado subjacente e as conseqüências em termos de degradação da qualidade de água. Em regiões semi-áridas, a modelagem permite simular o impacto de infra-estruturas construídas no rio no aproveitamento de eventos raros de cheias importantes para a recarga dos aqüíferos (Martin-Rosales et al., 2007). Para simular as interações rio-aqüífero que são particularmente importantes, por exemplo, na
_______________________________________________________________________________ 3- Dados e métodos