Abstract

Improving the protection of groundwater against serious pollution is an urgent but difficult task, involving rather complex and poorly defined concepts. During infiltration through soil and transport in aquifers many contaminants are naturally attenuated, but not all surface environments are equally effective in this respect. Moreover certain contamiants are mobile and persistent in most environments. If protection strategies are not to be unnecessarily restrictive, aquifer pollution vulnerability, which can be considered an intrisnsic characteristic, needs to be ranked and mapped. Groundwater pollution riesk is most logically defined in terms of the interaction between aquifer vulnerability and the pollution loading that is, or will be, applied to the subsurface. High pollution risk should require implementation of a realistic protection strategy. The options in this respect are considered.

Introdução

Nas duas últimas décadas tem-se acentuado o desenvolvimento da explotação de águas subterráneas no Brasil. Estima-se hoje a existência de 80.000 poços tubulares ativos (além de milhares de poços rasos, escavados), que fornecem água para os diversos fins, sobretudo para abastecimento urbano. Centenas de núcleos urbanos de porte variado são hoje abastecidos exclusivamente por água subterránea.
Numerosos polos agro-industriais e agro-pecuários têm a água subterrãnea como manancial prioritário para atendimento da demanda de água.

A crescente utiliazação dos recursos hídricos subterráneos tende a aumentar nos próximos anos, tanto pelas necessidades decorrentes da concentração demográfica e da expansão econômica, como por suas vantagens relativas sobre as águas superficiais. Todavia, a situação atual da explotação é marcada por uma visão imediatista de uso do recurso, prevalendo o descontrole e a falta de mecanismos legais e normativos. Nestas condições, os aquíferos, em diferentes áreas do território nacional, estão sujeitos aos impactos da extração descontrolada por poços e da ocupação indisciplina do solo, que põem em risco a qualidade das águas.

O reconhecimento de que as águas subterráneas constituem uma reserva estratégica e vital para o abastecimento público, remete a uma especial preocupação com a proteção dos aquíferos por causa dos seguintes aspectos envolvidos:

• O aumento e a diversificação de produtos químicos, potencialmente poluidores da água suberránea, sobretudo nas três últimas décadas;
• O lançamento in natura de esgotos e efluentes industriais, em larga escala;
• O grande aumento na aplicação de fertilizantes e pesticidas na agricultura;
• Os efeitos potencialmente nocivos à saúde, associados à poluição de captações de água subterránea, acarretando concentrações baixas mas persistentes de certos contaminantes de toxicologia pouco conhecida;
• A dificuldade e a impraticabilidade de se promover a remoção de poluentes em um grande número de fontes pontuais de captação (poços);
• O fato de que a reabilitação de um aquífero poluido requer custos muito elevados, implicando muitas vezes no simples abandono da área de captação.

Apesar disso, existe uma atitude generalizada de subestimação dos riscos de poluição das águas subterráneas, traduzida pela falta de políticas e de ações voltadas para a proteção dos aquíferos. A esse respeito, pesquisadores com experiência internacional (CLEARY & MILLER, 1984) assinalam que a poluição de água subterránea nos países centrais não havia sido constatada até 15 anos atrás; porém, quando programas detalhados de monitoramente de poços, começaram a detectartraços de orgânicos em poços de abastecimento público, foram criados programas governamentais e uma rigorosa legislação de água subterránea. Após notarem que as indústrias e processos existentes no Brasil são semelhantes aos dos países de origem (estes com inúmeros casos comprovados de poluição os autores deduzem que os processos de poluição dos aquíferos devem estar acontecendo aquí, só que não são pesquisados.

Numa estratégica de defesa da qualidade das águas subterráneas, propõe-se, como passo inicial, uma avaliação regional, a nivel de reconhecimento e com base em dados disponíveis, que consiste em mapear os graus de vulnerabilidade natural dos sistemas aquíferos e caracterizar os riscos potenciais de poluição associados á carga contaminante. A base técnica resultante constituirá um instrumento para o planejamento das políticas e ações de proteçõo das águas subterráneas.

Risco de Poluição de água subterránea: fundamentos

A caracterização mais aproximada da idéia de risco de poluição de água subterránea consiste na associação e interação entre a vulnerabilidade natural do aquífero e a carga contaminante aplicada no solo ou em sub-superficie (figura 1).

De acordo com este esquema, pode-se configurar uma situação de alta vulnerabilidade, porém sem risco de poluição, pela ausência de carga poluidora significativa, ou vice-versa. A carga poluidora pode ser controlada ou modificada; o mesmo não ocorre, com a vulnerabilidade natural, que é uma propriedade intrínseca do aquífero.

A vulnerabilidade de um aquífero á poluição significa sua maior ou menor susceptibilidade de ser afetado por uma carga contaminante imposta. E um conceito inverso ao de capacidade de assimilação de um corpo de água receptor, com a diferença de que o aquífero possui uma cobertura não saturada que proporciona uma protecão adicional. A caracterização  da vulnerabilidade do aquífero pode ser melhor expresa por meio dos seguintes fatores (figura 1):

• acessibilidade da zona saturada á penetração de poluentes;
• capacidade de atenuação, resultante de retenção físico-química ou reação de poluentes.

Estes dois fatores naturais são passíveis de interação com os elementos característicos da carga poluidora, a saber:

• o modo de disposição no solo ou em sub-superfície;
• a mobilidade físico-química e a persistência do poluente

A interação destes fatores permite avaliar o grau de risco de poluição a que um aquífero está sujeito. Nesta avaliação devem ser ponderados, ainda, a escala e magnitude do episódio de poluição, assim como a essencialidade do recurso hídrico afetado.

Metodologia de reconhecimento regional

Para as condições brasileiras, considera-se recomendável a realização de trabalhos de reconhecimento básico, em ámbito estadual ou regional (escala 1:250.000 ou 1:500.000) da situação de vulnerabilidade e risco de poluição dos aquíferos, de modo a identificar e a delimitar áreas potencialmente críticas. Este tipo de trabalho, de caráter expedito, produra tirar partido de dados existentes e levantamentos hidrogeológicos disponíveis, sem que necessáriamente sejam utilizados recursos e atividades adicionais. E, por tanto, um método que deve ser claramente diferenciado daqueles que se baseiam em investigações de campo, incluindo amostragens, medições de nível da água e de efluentes, e, em muitos casos, a per furação de poços de monitoração, os quais pertencem a um estágio mais avanção de estudo (quadro 1).

Neste sentido, FOSTER & HIRATE (1988) propõem um roteiro básico de avaliação, em separado, da vulnerabilidade natural do aquífero e da carga contaminante, de cuja interação deve resultar uma caracterização preliminar das áreas de risco.

Caracterização da vulnerabilidade natural

Os componentes da vulnerabilidade de um aquífero não são diretamente mensurá veis e, sim, determinados por meio de combinações de outros fatores (tabela 2). Além disso, dados referentes a vários fatores não podem ser facilmente estimados ou não estão disponíveis, o que obriga na prática a uma redução e simplificação da lista de parâmetros requeridos. No limite, a lista de parâmetros disponíveis ficará reduzida a três, a saber:

a) o tipo de ocorrêencia da água subterránea (ou a condição do aquífero)

b) as características dos estratos acima de zona saturada, em termos de grau de consolidação e tipo litológico;

c) a profundidade do nível da água.

A metodología empírica (Foster, 1987) proposta para avaliação da vulnerabilidade natural do aquífero, engloba sucessivamente estes três fatores (figura 2).
A primeira fase consiste na identificação do tipo de ocorrência da água subterránea, num intervalo de 0 - 1. A segunda fase trata da especificação dos tipos litológicos acima da zona saturada no aquífero, com a discriminação do grau de consolidação (preseça ou ausencia de permeabilidade por fissuras) a das características granulométricas a litológicas. Este fator é representado numa escala de 0,4 - 1,0, além de um sufixo para os casos de tipos litológicos que apresentem fissuras ou coin baixa capacidade de atenuação de contaminantes. A terceira fase e a estimativa da profundidade do nível da água (ou do teto de aquífero confinado), numa escala de 0,4 - 1,0. 0 produto destes três parâmetros será o índice de vulnerabilidade, expresso numa escala de 0 - 1, em termos relativos.

Mapas de vulnerabilidade obtidos por meio de esquemas simplificados como es se, devem ser sempre interpretados com certa precaução, uma vez que ñao existe uma vulnerabilidade geral a um contaminante universal, num cenário típico de contaminção. Nao obstante, considera-se que um sistema de classificação a mapea mento de aquíferos com base em um só índice de vulnerabilidade pode ser útil ao nível de reconhecimento. Sua validade técnica pode ser assumida desde que fi que claro que este índice não se refere a contaminantes móveis a persistentes -que ñão sofrem retenção significativa ou transformação durante o transporte em sub-superficie. Esquemas generalizados a simplificados, quando ñao existe informação suficiente ou dados adequados, vem sendo progressivamente desenvolvidos -(Albinet & Margat, 1970; Aller et al, 1985). 

Caracterizaçao da carga contaminante

Do ponto de vista teórico, quatro características semi-independentes da carga contaminante precisam ser estabelecidas para cada atividade:

a) a classe de contarninantes envolvida, definida quanto a sua tendência à degradação (como resultado de atividade bacteriológica ou reação química) e a tendência ao retardamento devido a processos de troca de cations, sorção a ou tros,

b) a intensidade do evento de contaminação, em termos da concentração relativa de cada contaminante em relação aos valores recomendados pela OMS para a potabilidade da água a da extensão da área afetada.

c) o modo de disposição no solo ou sub-solo, analisado quanto à carga hidráulica associada e a profundidade de descarga do efluente ou de lixiviação de resíduos sólidos.

d) a duração de aplicação da carga contaminante, incluindo o período em que a carga a aplicada e a probabilidade de que ela atinja o sub-solo.

Cada uma destas características atua coin os diferentes componentes da vulnerabilidade natural do aquífero, resultando no maior ou menor risco de contaminação. Desta maneira, ñao a apropriado combinar esses quatro componentes da carga num só índice, a semelhanga da vulnerabilidade.

Na pratica, dado o estgio atual de conhecimento t''Wcnico, é difícil encontrar todos os dados requeridos para a caracterização da carga contaminante numa determinada área (tabela 2), Face a este problema, uma alternativa viável é enfocar a questão por grupos de atividades geradoras de contaminação e, a partir daí, listar as atividades predominantes na área (tabela 1).

Em áreas urbanas, a principal preocupação e a carga contaminante em zonas residenciais sem esgotamento sanitario, em tanques a fossas negras, que inclue nutrientes a sais (nitrato a cloro), bacterias a virus a compostos orgânicos solúveis.

Nas áreas de concentração industrial, devido a extrema ddiversidade de atividades, processos de fabricação a práticas de disposição de efluentes, há maior dificuldade em estimar a carga contaminante. Geralmente é possível estimar o volume de efluente a partir da quantidade de água utilizada, mas é difícil estabelecer a fração infiltrada no sub-solo. Resíduos sólidos, dispostos em lixões ou aterros sanitários, podem ter seus volumes de lixiviados-lestimados com certa segurança;porém, em muitos casos, não ha inforhmação confiável sobre a composição dos resíduos. Em todos os casos, torna-se necessário identificar cada fonte e analisá-las uma a uma.

Em áreas agrícolas, algumas práticas de manejo da terra podem causar uma séria contaminação difusa das águas subterráneas, com altas taxas de lixiviação de nitratos a outros ions móveis a persistentes. A taxa de lixiviação é normalmente estimada em termos de proporção de perda do peso aplicado.

De um modo geral, importa sobretudo identificar a prestar especial atenção aqueles constituintes que apresentam maior ameaça a saúde pública. Dentre os constituintes inorgânicos, os nitratos são os de ocorrência mais generalizada e problemática, devido a sua alta mobilidade a estabilidade em sistemas anaeróbicos. Os metais pesados perigosos (cadmio, cloro, chumbo, mercúrio) tendem a ser imobilizados por precipitação a só migram em condições de pH a Eh baixos. Quanto aos constituintes orgânicos, os que parecem apresentar ameaêa maior sao alguns dos alcanos a alquenos clorados, relativamente soluveis na água.

Considera-se que, mesmo coin as dificuldades de se caracterizar a carga contaminante em relação com as águas subterráneas, é possível estabelecer uma gradaçao em termos de sua periculosidade (MAZUREK', 1979). A partir das informações sobre os contaminantes envolvidos a suas concentrações, associadas á carga hidráulica, pode-se estabelecer três niveis (reduzido, moderado, elevado) distin guindo fontes potencialmente perigosas de outras que não oferecem grandes riscos

Cartigrafía

Uma vez definida a vulnerabilidade natural do aquífero, sugere-se que este índice seja representado em mapa, com a delimitação das distintas áreas. Em cada domínio devem ser, também, representados os parâmetros hidrogeológicos adotados, como referencia para uma avaliação das suas principais características. Ao lado disso, deve-se organizar um cadastro de fontes de poluição, com dados mais completos. No caso de fontes multipontais ou difusas de contaminação, é mais prático delimitar a extensão das áreas com hachuras e representar os parâmetros da carga contamiannte.

O,exame conjunto, em mapa, das áreas mais vulneráveis em associação com fontes de contaminação potencialmente perigosas, ressaltará áreas críticas que serão objeto de estudos de detalhe, com programas de monitoração, e de medidas especiais de proteção.

Estrategias de proteção

O mapa de vulnerabilidade e risco de poluição de águas subterráneas, a nível de reconhecimento regional, constitui uma base técnica de planejamento para as ações governamentais de controle e proteção dos aquíferos, na medida em que identifica e representa o soneamento cartográfico de áreas potencialmente críticas.

Para o estabelecimento de políticas e programas de prevenção e controle da poluição, há que se considerar duas estratégias ou concepções distintas: a primeira, aparentemente mais simples, consiste em impor difeentes níveis de restrição, por meio dos chamados perímetros de proteção em torno de poços ou baterias de poços, caracterizado cada zona por um tempo de trânsito específico (variando de meses a alguns anos) em relação a estas fontes de captação. Este enfoque, a pesar da conveniência administrativa e simplicidade legislativa, apresenta as seguintes restrições a uma aplicação efetiva:

• o número crescente de poços em muitas área torna inviável o estabelecimento de zonas de proteção fixas;
• as deficiências dos dados e as incertezas técnicas dificultam o cálculo das dimensões requeridas pelos perímetros de proteção, exigindo um trabalho de detalhe, caso a caso, normalmente oneroso;
• o enfoque de perímetro de proteção está centrado no tempo de tránsito na zona saturada quando, na prática, é a zona não saturada a que oferece a barreira mais eficaz contra c contaminação.

Em vista disso, torna-se necessário buscar uma seguna via, mais amplia, flexivel e universalmente aplicável para a proteção das águas subterráneas. Tratase de promover o controle das atividades agrícolas, industriais e urbanas face à vulnerabilidade do aquífero à poluição, considerando a importância local do recurso hídrico subterráneo no fornecimento de água potável. A questão crucial é saber se se deve permitir a existência de indústrias que utilizan produtos químicos altamente tóxicos e persistentes, e de atividades agrícolas que dependem da aplicação de grandes quantidades de fertilizantes e praguicidas em áreas de alta vulnerabilidad de contaminação do aquífero.

A atitude mais realista e prática na conservação da qualidade das águas subterráneas, tal vez seja buscar a combinação das duas opções, por meio das seguintes diretrizes:

• exercer a proteção geral do aquífero, sobretudo na área de recarga, com medidas de controle das atividades que o afetam;
• estabelecer áreas de proteção especial em torno das baterias de poços de abastecimiento público de água.

Referencias bibliográficas

ALBINET, M. & MARGAT, J. 1970. Cartographie de la vulnerabilité a la pollution des napes déau souterraine. Bull BRGM 2me Series: 3 (4): 13-22

ALLER, L,BENNET, T.LEHR, J.H. & PRETTY, R.J.1985 DRASTIC: a stadardized system for evaluation groundwater pollution using hydrogeologic settings US-EPA Report 600/2-85/018.

CLEARLY, R.W.& MILLER, D.W. (1984). Aspectos Fundamentais e Monitoramente de Poluição de Água Subterránea, Fortaleza, CE, Anais 2: 313-330.

FOSTER, S.S.D., 1987. Fundamental concepts in aquifer vulnerability pollution risk and protection strategy. Proc. Int. Conf. "Vulnerability of Soil and Groundwater to Pollutants. (Noordwijk, The Netherlands, March-April, 1987).

FOSTER, S.S.D.&HIRATA, R.C., 1988. Evaluación del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas - metodo de reconocimiento basado en datos existentes CEPIS-OPS, Lima, Perú; Versión preliminar, 84p.

LE GRAND, H.E.1983. A standardised system for evaluating wast disposal sites NWWA (Worthington/Ohio - U.S.A.) 49 pp.

MAZUREK, J., 1979. Summary of the modified Le Grand method. National Center for Groundwater Research, University of Oahlahoma, Norman, OK., U.S.A.

WHO, 1982 .Rapid assessment of sources of air, water, and land pollution. WHO Offset Publication 62, 113p.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a Vera Lucia do Amaral Haber, que datilografou os manuscritos, e a María de Fátima Vieira de Azevedo, Rosangela Faria Valadão Castro e Armando Fava Filho que elaboraram as ilustrações.

Figura 1 - Esquema conceitual para definição do risco de
contaminação da água subterránea 

Figura 2 - Esquema para avaliação da vulnerabilidade natural do aquífero