ACTA DEL SEMINARIO DE LANZAMIENTO DEL PROYECTO PARA LA PROTECCIÓN AMBIENTAL Y MANEJO SUSTENTABLE DEL ACUÍFERO GUARANÍ

PROJETO PROTEÇÃO AMBIENTAL E GERENCIAMENTO SUSTENTÁVEL INTEGRADO DO SISTEMA AQÜÍFERO GUARANI

Componente a: Expansão e Consolidação da Base Atual de Conhecimento Básico

PROJETO PROTEÇÃO AMBIENTAL E GERENCIAMENTO SUSTENTÁVEL INTEGRADO DO SISTEMA AQÜÍFERO GUARANI

Componente a: Expansão e Consolidação da Base Atual de Conhecimento Básico

COMPILAÇÃO E AVALIAÇÃO DA INFORMAÇÃO SOBRE O

COMPILAÇÃO E AVALIAÇÃO DA INFORMAÇÃO SOBRE O i

1. CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA 2

1.1. Aspectos Gerais 2

1.2. Base de Dados 4

1.3. Avaliação dos Recursos Hídricos 6

1.3.1 Quantificação Volumétrica 6

1.3.2 Potenciometria 8

1.3.3 Confinamento 9

1.4. Recomendações 13

1.5. Referências Bibliográficas 14

1.6. Bibliografia sobre o Aqüífero 14

2. CONTEXTO GEOLÓGICO-ESTRATIGRÁFICO 24

2.1. Aspectos Gerais 24

2.2. As Bacias do Paraná e Chaco-Paraná 25

2.3. Aspectos Litoestratigráficos do Sistema Aqüífero Guarani 28

2.4. Aspectos Estruturais do Sistema Aqüífero Guarani 33

2.5. Recomendações 35

2.6. Referências Bibliográficas 37

3. ARCABOUÇO GEOFÍSICO 39

3.1. Aspectos Gerais 39

3.2. Recomendações 46

3.3. Referências Bibliográficas 47

4. AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA 49

4.1. Aspectos Gerais 49

4.2. Recomendações 58

4.3. Referências Bibliográficas 59

5. AVALIAÇÃO DOS RECURSOS TERMAIS 62

5.1. Aspectos Gerais 62

5.2. Características generales y uso actual 62

5.2.1 Utilización económica del termalismo 64

5.2.2 Ejemplos de uso directo del calor (Cuadro 2) 64

5.3. Antecedentes del SAG 67

5.3.1 Antecedentes de la región 67

5.4. Referências Bibliográficas 73

6. ANÁLISE DO COMPORTAMENTO HIDRÁULICO 75

6.1. Aspectos Gerais 75

6.2. Estudos Isotópicos 75

6.3. Bibliografia 76

7. AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE 81

7.1. Aspectos Gerais 81

7.2. Vulnerabilidad de acuíferos a la contaminación. 81

7.3. Métodos de evaluación de vulnerabilidad de acuíferos. 82

7.3.1 Métodos Empíricos 82

7.3.2 Métodos GOD (Groundwater occurrence, Overall aquifer, Depth to groundwater) 83

7.3.3 Métodos Determinísticos 89

7.3.4 Métodos Estocásticos 90

7.4. Antecedentes en el área del SAG 94

7.5. Bibliografia. 95

1. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA 98

1.1. Objetivos Gerais 98

1.1.1 Inventário de Poços 98

1.1.2 Caracterização Física 98

1.2. Objetivos específicos 98

1.2.1 Inventário de Poços 98

1.2.2 Caracterização Física 98

1.3. Produtos e Atividades a Serem Realizados na Expansão do Projeto 99

1.4. Metodologia Preliminar para Alcançar os Produtos Previstos 100

1.5. Custos do Tema Caracterização Física e Inventário de Poços (em US$) 101

2. GEOLOGIA 102

2.1. Objetivos Gerais 102

2.2. Objetivos Específicos 102

2.3. Produtos e Atividades 102

2.3.1 Produtos (em ordem decrescente de prioridade) 102

2.3.2 Atividades (em ordem de execução) 103

2.4. Metodologia 103

2.4.1 Trabalhos de Campo no Brasil 104

2.4.2 Levantamento de Dados Geológicos no Paraguai 105

2.4.3 Elaboração do Banco de Dados 105

2.4.4 Análise de Imagens de Satélite 105

2.4.5 Análise Estrutural 105

2.4.6 Análise Neotectônica 105

2.4.7 Modelagem Geométrica Tridimensional 106

2.4.8 Consultoria 106

2.5. Custos do Tema Geologia (em US$) 107

3. GEOFÍSICA 108

3.1. Objetivos Específicos 108

3.2. Produtos e Atividades 108

3.2.1 Produtos 108

3.2.2 Atividades 109

3.3. Metodologia 109

3.3.1 Aerogeofísica 109

3.3.2 Geofísica Terrestre 110

3.3.3 Consultorias Requeridas 111

3.4. Custos do Tema Geofísica (em US$) 111

4. HIDROGEOQUIMICA 112

4.1. Objetivos Específicos 112

4.2. Produtos e Atividades 112

4.2.1 Produtos 112

4.2.2 Atividades 112

4.3. Metodologia 113

4.3.1 Apropriação da informação disponível 113

4.3.2 Análise de consistência dos dados coletados 114

4.3.3 Análise preliminar das informações levantadas 114

4.3.4 Estabelecimento da rede de informações hidroquímicas 114

4.3.5 Identificação das carências de dados hidroquímicos 117

4.3.6 Seleção de laboratórios de referência para realização de novas análises 117

4.3.7 Parâmetros hidroquímicos a serem analisados 118

4.3.8 Seleção da metodologia de coleta e análise de dados hidroquímicos 118

4.3.9 Coletas e análises químico-mineralógicas de rochas do SAG 121

4.3.10 Campanhas de medições e coleta de amostras 122

4.3.11 Desenvolvimento de um modelo conceptual para o hidroquimismo do SAG 122

4.3.12 Desenvolvimento de um modelo matemático 123

4.4. Custos do Tema Hidroquímica (em US$) 123

5. MODELOS 124

5.1. Objetivos Específicos 124

5.2. Produtos e Atividades 124

5.2.1 Produtos 124

5.2.2 Atividades 124

5.3. Metodologia 125

5.3.1 Considerações Iniciais 125

5.3.2 Implementação do Banco de Dados - SIG 127

5.3.3 Modelo Hidrogeológico Conceitual da BPCP 128

5.3.4 Modelo Hidrogeológico Computacional da BPCP 131

5.3.5 Avaliação de Cenários Hidrogeológicos da BPCP 135

5.3.6 Modelo Conceitual do Sistema Aqüífero Guarani 135

5.3.7 Modelo Computacional do Sistema Aqüífero Guarani 136

5.3.8 Análise de Cenários no Sistema Aqüífero Guarani 136

5.3.9 Modelo Hidrogeoquímico e de Qualidades de Águas do SAG 136

5.3.10 Modelo Hidrotermal do SAG 138

5.3.11 Estudos de Cenários Hidrogeoquímicos 138

5.4. Recomendações 140

5.5. Referências Bibliográficas 140

5.6. Custos do tema Modelos (em US$) 142

6. HIDROTERMALISMO 143

6.1. Objetivos específicos 143

6.2. Metodologia 143

6.2.1 Análisis de Información 143

6.2.2 Identificación de zonas con termalismo 144

6.2.3 Geoquímica de las áreas geotérmicas 148

6.2.4 Identificación de zonas con termalismo y su incidencia en diferentes actividades productivas 149

6.2.5 Construcción de pozos 154

6.2.6 Hidroeconomía. 155

6.2.7 Impacto ambiental del agua termal 155

6.2.8 Transferencia tecnológica. 155

6.3. Custos do Tema Hidrotermalismo 156

6.4. Principales productos: 158

7. ISÓTOPOS 159

7.1. Plan de Trabajo y Metodología 159

7.2. Custos do Tema Isótopos (em US$) 163

8. HIDRODINÁMICA 164

8.1. Objetivos 164

8.2. Plan de Trabajo y Metodología 164

8.2.1 Recopilación de antecedentes 164

8.2.2 Relevamiento hidrogeológico de campo 165

8.2.3 Base de datos 165

8.2.4 Caracterización e interpretación 165

8.2.5 Monitoreo 166

8.2.6 Informes técnicos 166

8.3. Custos do tema Hidrodinâmica (emUS$) 166

9. VULNERABILIDAD 167

9.1. Objetivos Específicos 167

9.2. Metodología Regional 167

9.2.1 Vulnerabilidad. 167

9.2.2 Actividad de los contaminantes. 169

9.3. Metodología de detalle (áreas críticas) 170

9.3.1 Escala. 170

9.3.2 Mapa de evaluación de contaminación en zonas críticas. 175

9.3.3 Modelos 175

9.4. Produtos 175

9.5. Costos del tema Vulnerabilidad 176

ANEXO I - 1) CUSTOS PREVISTOS
2) CRONOGRAMA FÍSICO-FINANCEIRO___________________________176

FUNPAR: Funadação da Universidade Federal do Paraná para o Desenvolvimento da Ciência, Tecnologia e Cultura.

SEMA: Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado do Paraná.

The whole project is conceived as an integration work that will be based on a systemic insight of the geosciences and environment. The main goal of the component: Expansion and Consolidation of the Current Knowledge is to contribute for the joint implementation of an institutional structure of which Brazil, Argentina, Uruguay and Paraguay will take part, which will support management and preservation of the Guarani Aquifer System (GAS). The structure, whose activities will focus on hydrological resources and environment, will allow a planned and sustained balanced exploitation of the aquifer resources. This document consists of two main parts. The first part reports the knowledge state of art regarding the following aspects of the aquifer:

The second part of the document describes the global action planning and the objectives, products, tasks and methods for each one of the following modules:

(1) Hydrogeology (physical characterization of the aquifer and inventory of wells),

as well as implementation costs. The Guarani Aquifer System spreads approximately 1,195,000 km2 over the South American countries mentioned, where it is represented by sandy, 200 to 800 m thick fresh-water saturated rock bodies covered by a maximum 1,800 m thick basic and (secondarily) acid volcanic rocks of the Serra Geral Formation. The aquifer system, which is one of the largest underground water sources in the world. The exploitation of its renewable resources through deep tubular wells amounts to 1,000,000 l/h per drilling unit, can serve large cities potable water demand, hydromineral resorts, geothermal energy for hospitals and industrial plants and peeling of animals, among other uses.

In the first part of the document, which regards a COMPILATION AND EVALUATION OF THE INFORMATION AVAILABLE ON THE GUARANI AQUIFER SYSTEM, the Hydrogeological Characterization Module presents an overall assessment of the hydrogeological information available on the aquifer system, including a database and a preliminary quantification of its renewable hydrological resources. That module also includes maps of the distribution of sandstone and the thickness of the volcanic rocks that form the Guarani Aquifer, its piezometric surface and its temperature distribution at different scales. Those maps are a useful technological and scientific basis for the development of drilling and use projects and for the establishment of organizational arrangements to support policies and strategies for a sustainable management of the Guarani Aquifer System. The Geology and Stratigraphy Module summarizes the knowledge on the Paraná Basin, especially concerning the Pirambóia and Rosário do Sul formations in Brazil and the Buena Vista Formation in Uruguay (Triassic), and the Jurassic-Eocretacic Serra Geral and Botucatu formations. Emphasis is placed on the structural and stratigraphic aspects of the aquifer system, especially on the depocenters of the Serra Geral Volcanics and on the activation of faults and the arcs marginal and transversal to the Paraná Basin, e.g. the Asuncion, Campo Grande, Ponta Grossa and Rio Grande arcs. These features condition the different hydrological regimes present, the flow pattern segmentation and the contamination of the fractures aquifer from the sandy aquifer system. The Geophysical Framework Module presents an index map of airborne magnetometric surveys over the Paraná Basin and parts of the outcropping basement, and also residual magnetic contour maps from other projects that depict the detectability of the underlying basalt dikes and structures that might condition the water flow patterns of the aquifer. Further, including high-resolution airborne geophysical surveys over target areas identified by other modules of the project will be proposed. The Water Quality Assessment Module activities regard important compositional aspects of the water that flows through the Guarani Aquifer System, its relationships with minerals of the porous substract and its relations with hydrodynamic aspects of the aquifer. It is also considered the knowledge of which will allow hypothesis to be compared and information to be aggregated to other modules in the project, so that a water flow model of the aquifer can be obtained. Together with these elements, a thorough discussion of the hydrochemical aspects of the Guarani Aquifer System that will allow establishing the relationships among the hydrogeological elements mentioned, the anthropically induced compositional variations of the water to be known and to determine the protected amount and quality of the aquifer water. The Thermal Resources Assessment Module recalls the important potential industrial and touristical uses of thermal sources, and presents an isotherms map of a large area along the Paraná Basin's axis and the Ponta Grossa Arc with temperatures above 50°C. In view of these potential uses for the thermal resources, normative technical studies are proposed to regulate drilling. Such studies will map industrial and touristic suitability as well as the present and future social, economical and environmental impact of those uses based on hydrogeological, hydrogeochemical, geological, geophysical and hydraulic models. Following research on hydrodynamics (flow models) and hydrochemical/isotopic (stable 2H, 3H, 18O, 13C and 14C isotopic studies) aspects and their relationship in recharge, circulation and discharge areas of the aquifer system are discussed in the Hydraulics Behaviour Module. The Vulnerability Assessment Module presents an inventory of the current and potential pollutant sources for the aquifer system, from which a classification will be drawn. The several empirical, deterministic, stochastic and probabilistic methods have their vantages, disadvantages and applicability discussed in this vulnerability assessment. The aquifer type and quality of underground water, saturated zones, depth to the saturated zones and pollutants behavior are discussed at both regional and detail scales. Finally, partial and final results will be presented to federal, state and municipal governmental, non-governmental organizations and civil segments of all the countries involved in the project. The results will also be discussed in national and international scientific-technological events, e.g. symposia, congresses and publications.

The second part of the document, which regards PLANNING TO INCREASE THE TECHNICAL-SCIENTIFIC KNOWLEDGE ABOUT THE GUARANI AQUIFER SYSTEM, presents the strategic elements of a multi-institution project that meet the current need for further information on the several relevant points compiled and discussed in the first part of the document. The systematic approach to data collection, analysis and interpretation proposed is based on the same systemic view of the Guarani Aquifer System as both are conditioned by the rock-water interaction at different hierarchical and geographical scales, with the following properties and characteristics:

(a) The Guarani Aquifer System is part of the Paraná Basin and Chaco-Paraná Basin System and therefore it is affected by the same geodynamics, environmental and anthropic activities that affect the basin;

(b) The Guarani Aquifer System can be viewed as a number of intermediary systems of different hierarchical and complexity orders that reflect hydrogeological, geological and hydrochemical conditioners in the area over which it functions;

(c) Regardless of the multiple nature of the flow systems present, they all affect or are affected by the first order system, which is an open system;

(d) The state and driving variables that describe the aquifer system and subsystems must be seen from a multi-interdisciplinary standpoint that integrates several hydrogeological, geological, geophysical, hydrochemical, hydrodynamic and hydrothermal techniques that form an integrated analysis of the pollution vulnerability framework, as in the flowchart bellow.

The close relationship among the natural properties of the Guarani Aquifer System and the particularities of each activity in a multidisciplinary project of such magnitude demand a carefully established relationship strategy for both internal and external actors involved. Therefore, the database design and the information analysis use must follow the suggested flowchart along the four main stages of development. The initial stage involves well inventory and a preliminary physical characterization of the aquifer, which will result in a large database to be managed through the use of geographical information systems. In this first stage, it must be developed a selective analysis of the data available, regarding geographical accuracy and analytical degree of uncertainty in the data obtainment and interpreted. The second stage involves basic geophysical, geologic, hydrochemical and hydrothermal data collection, whose activities will be based on the inventory and physical characterization stage. These activities will be time-shifted from the stage of protection and sustained management regulation, but, in view of their guiding role in subsequent stages, their results will be of fundamental importance for the hydrodynamic, isotopic and conceptual modeling of the Project. The third stage comprises the development of numerical models when preliminary models will be tested by using appropriate computer tridimensional aquifer and water flow through porous and fractured media modeling tools. In this stage, the system will have been conceived and designed as a whole and integrated object, with aggregation of data from other modules. In this phase, their initial outlines will be appropriately accommodated for subsequent analysis of its components behavior. Such an analysis approach, from the whole to the parts that form it, will be initially applied to hydrogeological drainage modeling and underground water quality assessment in the whole Paraná Basin (PB), with emphasis being placed on the Guarani Aquifer System. The fourth stage integrates all of the previous attainments to a vulnerability assessment process. In this stage, risk factors and areas vulnerable to pollution will have been identified, as well as the use and protection requirements of the Guarani Aquifer System. It must be stressed that close cooperation among the different modules is necessary in the course of this process, with each module being fed by its immediate predecessor. The same applies to the decision points, when will be evaluated the advantages and disadvantages of following the planning or the necessity of feedback previous modules, in order to improve previous results.

Develop the scientific, technological and institutional research activities that will be necessary for management, protection and sustained exploitation of the Guarani Aquifer System in the four countries over which the aquifer spreads.

-Expand the current knowledge regarding the physical framework and the hydrodynamic, hydrochemical and hydrothermal properties of the aquifer.

-Attain an exploration model that allows quantitative and qualitative preservation of the aquifer resources.

-Learn the amount of resources that can be exploited and the role of their potential uses in the development of the areas over which the aquifer spreads, with emphasis on its chemical and thermal particularities.

-Assess the vulnerability of the aquifer, its potential contamination risks, and propose regulation elements that govern the use of the aquifer and the occupation of recharge areas.

-Derive a systematic monitoring plan to continuously control the quality and amount of exploited water.

-Propose regulations for use and protection in the four countries involved, and establish an administration committee formed by representatives of public institutions of these countries.

-Design and implement a unified database that will serve public and private institutions interested in the sustained use of the Guarani Aquifer System.

The Project is multi-institutional in nature, the tasks being distributed among Brazilian, Argentinean, Paraguayan and Uruguayan institutions. One of the institutions selected to take part of the project must be chosen as the one responsible for the its general coordination. The centralization will be primarily administrative, and will aim for a uniform and optimal accomplishment of the tasks cast among institutions from the four countries. Although the different activities are to be done within each institution, the different research groups must be shared the obtained information, in order to achieve the goals of the project. In this respect, research committees will be formed, information standards will be set during technical-scientific meetings that will discuss the technical approaches, analytical processes and results obtained. The results are proposed to be made available to each participant country's society through their participant institutions, so that the project's actions will democratically contribute to the use and preservation of the Guarani Aquifer System.

Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado do Paraná.

Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável de Mato Grosso do Sul

O Projeto foi concebido para ser desenvolvido de forma integrada, com base numa visão sistêmica das geociências e do meio ambiente. O objetivo geral do Componente de Expansão e Consolidação da Base Atual de Conhecimento Básico é contribuir para a consolidação e implementação conjunta de uma estrutura institucional no Brasil, Argentina, Uruguai e Paraguai, visando o gerenciamento e a preservação do Sistema Aqüífero Guarani (SAG), com foco nos recursos hídricos subterrâneos e no meio ambiente, do que decorrerá o equacionamento da poluição e o planejamento da exploração sustentada do SAG. O documento apresentado é dividido em dois segmentos principais: no primeiro relata-se o estado da arte do conhecimento dos seguintes aspectos do Sistema Aqüífero Guarani: 1) Caracterização Hidrogeológica, 2) Contexto Geológico-Estratigráfico, 3) Arcabouço Geofísico, 4) Avaliação da Qualidade da Água, 5) Avaliação dos Recursos Termais, 6) Análise do Comportamento Hidráulico e 7) Avaliação da Vulnerabilidade. No segundo descreve-se o plano de ação global, os objetivos, os produtos, as atividades e a metodologia de cada um dos seguintes módulos: 1) Hidrogeologia (caracterização do aquífero e inventário de poços); 2) Geologia; 3) Geofísica; 4) Hidrogeoquímica; 5) Hidrotermalismo; 6) Isótopos; 7) Hidrodinâmica; 8) Modelos e 9) Vulnerabilidade, assim como seus custos de implementação. O SAG distribui-se numa área de aproximadamente 1.195.000 km² envolvendo os países da América do Sul referidos e representa um conjunto de rochas arenosas saturadas com água, com espessura que varia de 200 a 800 m, ocorrendo subjacentemente a derrames vulcânicos básicos e ácidos subordinados, com espessura máxima de 1.800m, reunidos na Formação Serra Geral. Considerado um dos maiores reservatórios de água subterrânea do mundo, a explotação deste recurso natural renovável, através de poços profundos, atinge até 1.000.000 l/h por unidade de captação, a qual pode ser utilizada para o suprimento de água potável às grandes cidades, implantação de estâncias hidrotermais, energia geotérmica para indústrias e hospitais, pelagem de carcaças de animais e outros usos.

No primeiro segmento do documento, referente à COMPILAÇÃO E AVALIAÇÃO DA INFORMAÇÃO SOBRE O SISTEMA AQÜÍFERO GUARANI, o módulo Caracterização Hidrogeológica apresenta uma avaliação geral dos conhecimentos hidrogeológicos acerca do objeto de estudo, incluindo a base de dados e uma quantificação preliminar dos recursos hídricos renováveis. Este item contém mapas em escalas variadas, de distribuição das espessuras das lavas e dos arenitos do SAG, assim como de cotas potenciométricas e de variações de temperatura. Tais mapas são úteis, enquanto base técnico-científica, para a elaboração de projetos de captação e aproveitamento e para o estabelecimento de arranjos organizacionais capazes de propor estratégias e políticas para o gerenciamento sustentável do SAG. O módulo Contexto Geológico e Estratigráfico apresenta uma síntese do conhecimento sobre a Bacia do Paraná, com ênfase nas formações Pirambóia e Rosário do Sul no Brasil e Buena Vista no Uruguai, pertencentes à seqüência triássica, e nas formações Botucatu no Brasil, Missiones no Paraguai e Tacuarembó no Uruguai e na Argentina, constituindo, juntamente com a Formação Serra Geral, a seqüência jurássica-eocretácea. Destaque é dado aos aspectos estratigráficos e estruturais do SAG, ressaltando-se os depocentros da Formação Serra Geral e a ativação de falhas e dos arcos marginas e transversais à Bacia do Paraná, como os de Assunção, Campo Grande, Ponta Grossa e Rio Grande. Tais condicionantes são responsáveis por regimes hidrológicos distintos, segmentação do padrão de fluxo a partir das zonas de recarga e pela contaminação do aqüífero fraturado pelas águas do SAG. O módulo Arcabouço Geofísico apresenta um mapa índice dos levantamentos aeromagnetométricos realizados na Bacia do Paraná e em parte do seu embasamento exposto, assim como cartas de contorno do campo magnético residual de alguns projetos, ressaltando a detectabilidade de enxames de diques de diabásio e de outras estruturas do embasamento oculto, provavelmente responsáveis pelo condicionamento do padrão de fluxo das águas do SAG, assim como as diversas fontes dos demais dados geofísicos envolvidos no Projeto e a proposição de levantamentos aerogeofísicos de alta resolução e geofísica terrestre em áreas-alvo selecionadas pelos módulos anteriores. O módulo Avaliação da Qualidade da Água destaca a importância da composição da água que circula no SAG, suas reações com os minerais do meio poroso e o conhecimento de suas relações com a hidrodinâmica, permitindo comparar hipóteses e agregar informação aos demais módulos, visando posterior modelagem do fluxo do sistema. Além destes aspectos, uma discussão detalhada sobre os aspectos hidroquímicos do SAG objetiva estabelecer relações entre os compartimentos hidrogeológicos mencionados e predizer mudanças na composição química das águas como decorrência de ações antrópicas e determinar o grau de proteção da quantidade e da qualidade das águas do SAG. O módulo Avaliação dos Recursos Termais destaca a importância do uso das águas termais para o turismo e para a indústria e apresenta um mapa de isotermas de uma grande área no eixo da Bacia do Paraná e no Arco de Ponta Grossa, com temperaturas superiores a 50^o. Em função deste potencial, são propostos estudos visando a elaboração de normas técnicas para a construção de poços, levantamentos em áreas termais e surgentes, cartas de aptidão para o turismo e para a indústria, impactos ambientais, sociais e econômicos, presentes e futuros, decorrentes de sua utilização e suas relações com a hidrogeologia, a hidroquímica, a geologia, a geofísica e os modelos hidráulicos. Através de pesquisas de isotópos estáveis de ²H, ³H, ¹⁸O, ¹³C e ¹⁴C aspectos relativos à Hidrodinâmica e Análise Isotópica foram apresentados no módulo Análise do Comportamento Hidráulico, onde foram discutidos preliminarmente modelos hidrodinâmicos de fluxo e hidroquímicos/isotópicos e suas relações com áreas de recarga, circulação e descarga do SAG. A compilação da informação sobre o comportamento hidráulico do SAG visa estabelecer as relações entre a recarga, a circulação e a descarga do sistema, assim como a definição das direções de fluxo e dos gradientes hidráulicos, a partir dos quais, juntamente com a permeabilidade, a transmissividade e a porosidade efetiva, estimar as velocidades das águas e contribuir com o estudo do balanço hídrico subterrâneo, o aproveitamento sustentável e a preservação destes recursos. O módulo Avaliação da Vulnerabilidade expõe um inventário das fontes atuais e potenciais de contaminação do SAG, visando desenvolver um sistema de classificação. Na avaliação da vulnerabilidade são utilizados diversos métodos como os empíricos, determinísticos, estocásticos e probabilísticos, discutindo as vantagens, desvantagens e aplicabilidades dos mesmos, onde são analisados os tipos de aqüíferos, a qualidade das águas subterrâneas, as características das zonas saturadas, a profundidade do nível da água e a atividade dos contaminantes, tanto a nível regional quanto de detalhe. Finalmente, os resultados parciais e final serão divulgados para os governos federais, estaduais e municipais, organizações não governamentais e demais setores organizados das sociedades civis dos países que integram o Projeto, além de trabalhos técnico-científicos em simpósios, congressos e revistas especializadas, nacionais e internacionais.

No segundo segmento do documento, consoante ao Plano de Ação para Ampliar o Conhecimento Técnico-Científico sobre o Sistema Aqüífero Guarani, propõe-se uma estratégia para o desenvolvimento de um projeto multi-institucional, tendo em vista diminuir as carências de informações sobre os vários aspectos relevantes discutidos na parte inicial de Compilação e Avaliação da Informação. A sistemática sugerida no texto, para aquisição, análise e interpretação dos dados, baseia-se na mesma visão sistêmica adotada para avaliação do Sistema Aqüífero Guarani, que, por sua vez, reflete as interações água-rocha em diversas escalas hierárquicas e geográficas, com as seguintes propriedades e características: 1) o Sistema Aqüífero Guarani é parte integrante do Sistema Bacia do Paraná e Bacia Chaco-Paraná, e por esta razão é afetado pelas atividades geodinâmicas, ambientais e antrópicas atuantes na mesma; 2) o Sistema Aqüífero Guarani pode ser subdividido em diversos subsistemas intermediários, de diferentes ordens hierárquicas e complexidades, os quais reproduzem condicionantes hidrogeológicos, geológicos e hidroquímicos dentro de sua área de abrangência; 3) não obstante o caráter múltiplo para os sistemas de fluxo, todos afetam ou são afetados pelo sistema maior, que apresenta características de um sistema aberto; 4) as variáveis de estado e motoras deste sistema, bem como de seus subsistemas, devem ser entendidas dentro de um ponto de vista multi e interdisciplinar, integrativo de várias técnicas hidrogeológicas, geológicas, geofísicas, hidroquímicas, hidrodinâmicas e hidrotermais, que convergem para uma análise integrada visando determinar a vulnerabilidade e o risco de contaminação, tal como explicitado no fluxograma abaixo.

As relações entre as propriedades naturais do Sistema Aqüífero Guarani e as características de cada atividade dentro de um projeto multidisciplinar desta envergadura exigem uma estratégia muito bem estabelecida de relacionamento entre os atores endógenos e exógenos. Dessa forma, a sistemática para organização do banco de dados, análise e uso da informação gerada deve seguir o fluxo de informações sugerido, em quatro etapas principais no desenvolvimento do estudo. A etapa inicial envolve o Inventário de Poços e a Caracterização Física preliminar do Sistema Aqüífero Guarani, que resultará na elaboração de um amplo banco de dados, onde serão armazenados em Sistemas de Informação Georreferenciada. Nesta primeira etapa é fundamental uma análise crítica e seletiva dos dados, quanto aos aspectos de localização geográfica, graus de incertezas analíticas e de aquisição da informação. A segunda etapa compreende o levantamento de dados básicos de Geofísica, Geologia, Hidroquímica e Hidrotermalismo, cujo direcionamento das atividades deverá basear-se na etapa de inventário e caracterização física. Estas atividades são deslocadas temporalmente da fase mais importante, com o objetivo de estabelecer as normas para Proteção e Gerenciamento Sustentável, porém os resultados alcançados nestas atividades serão fundamentais para o projeto, haja vista o potencial para direcionar as atividades subseqüentes de Hidrodinâmica, Isótopos e de Modelagem Conceitual. A terceira etapa compreende o desenvolvimento de Modelos Numéricos, nos quais serão testados os diversos modelos prévios, através de recursos computacionais adequados à simulação tridimensional de aqüíferos e simulação de fluxo em meios porosos e fraturados. Nesta fase o sistema será concebido e analisado como um objeto integrado, com a incorporação dos dados dos demais módulos, acomodando adequadamente suas condições iniciais e de contorno, para posteriormente proceder a análise do comportamento de suas partes. Tal critério, ou seja, a análise do todo para as partes será aplicado inicialmente para o desenvolvimento do modelo hidrogeológico de escoamento e de qualidade das águas subterrâneas na Bacia do Paraná (BP) como um todo, concentrando-se em seguida no SAG. A quarta etapa reúne todos os resultados anteriores em uma avaliação de Vulnerabilidade. Nesta fase serão estabelecidos os locais vulneráveis e os fatores de risco para contaminação, bem como as necessidades para uso e proteção do Sistema Aqüífero Guarani. Convém salientar que durante todo o processo deve haver a estreita colaboração entre os diversos módulos, com o objetivo de seguir o fluxo natural de atividades, onde cada módulo deverá alimentar o módulo subseqüente. Da mesma forma, haverá pontos de decisão, quando serão analisadas vantagens e desvantagens em continuar com fluxo normal ou retroalimentar módulos anteriores, a fim de melhorar os resultados obtidos.

-Desenvolver um conjunto de atividades de investigação, desenvolvimento científico, tecnológico e institucional, necessários para o gerenciamento, proteção e aproveitamento sustentável do Sistema Aqüífero Guarani (SAG), nos territórios dos quatro países que compartilham o aqüífero.

-Expandir e aprofundar a base atual de conhecimento, no que diz respeito ao arcabouço físico, às propriedades hidrodinâmicas, hidroquímicas e hidrotermais do aqüífero.

-Estabelecer um modelo exploratório com vistas à preservação quantitativa e qualitativa dos recursos hídricos armazenados no SAG.

-Avaliar o volume de recurso explotável, bem como os usos potenciais da água, com ênfase no caráter químico e termal, com vistas ao desenvolvimento socioeconômico das comunidades situadas em área de abrangência do aqüífero.

-Definir o grau de vulnerabilidade do aqüífero e os riscos potenciais de contaminação do aqüífero, e propor instrumentos que ordenem o uso e ocupação do solo para áreas de recarga.

-Estabelecer um plano de monitoramento sistemático para controle contínuo da qualidade e quantidade da água extraída do aqüífero.

-Propor uma regulamentação de uso aqüífero no âmbito dos quatro países, bem como a criação de um comitê de gestão do aqüífero, composto por representantes de instituições públicas dos países envolvidos.

-Criar banco de dados unificado para servir às instituições públicas e privadas interessadas no aproveitamento sustentado do SAG.

O projeto deverá ser multi-institucional, com a divisão de tarefas entre entidades nos países componentes do bloco: Brasil, Argentina, Paraguai e Uruguai. Dentre as instituições selecionadas para execução do projeto, uma delas será definida como responsável pela coordenação geral do projeto. O caráter de centralização será principalmente administrativo, com o objetivo de uniformizar e otimizar as diversas atividades distribuídas por instituições dos vários países participantes. Conforme especificado, embora as atividades técnico-científicas sejam realizadas no âmbito das instituições, as informações deverão ser intercambiadas entre os vários grupos de pesquisa, com o propósito de alcançar as metas estabelecidas. Com este propósito serão definidos comitês de pesquisa e realizadas reuniões técnico-científicas para homogeneização de informações, discussões sobre as técnicas utilizadas, os processos analíticos e os resultados obtidos. Propõe-se que os resultados do projeto sejam divulgados para a sociedade civil de cada país pela instituição executora das atividades naquele país, de forma a permitir a democratização das propostas de ações para uso e proteção do Sistema Aqüífero Guarani.

Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado do Paraná.

Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável de Mato Grosso do Sul

COMPILAÇÃO E AVALIAÇÃO DA INFORMAÇÃO SOBRE O SISTEMA AQÜÍFERO GUARANI

1.CARACTERIZAÇÃO HIDROGEOLÓGICA

1.1.Aspectos Gerais

A área de abrangência das rochas que constituem o aqüífero referido no presente trabalho, foi habitada pela “Nação Guarani” na época do descobrimento (Anton, informação verbal). O termo “Sistema Aqüífero Guarani”, como proposta de uma denominação formal em sua memória, unifica a terminologia dos estratos do Triássico (Formações Pirambóia e Rosário do Sul, no Brasil, e Buena Vista, no Uruguai) e do Jurássico (Formações Botucatu, no Brasil, Misiones no Paraguai e Tacuarembó no Uruguai e na Argentina), sob o ponto de vista hidrogeológico.

O Sistema Aqüífero Guarani representa uma proposta de alteração da denominação aqüífero Botucatu. Este sistema aqüífero refere-se ao pacote de rochas arenosas saturadas com água que ocorrem subjacentes ao conjunto de rochas que constitui a Formação Serra Geral. Esta camada, com espessura que varia de 200 a 800 m, distribui-se numa área de aproximadamente 1.195.000 km², sendo 213.200 km² no Estado do Mato Grosso do Sul, 157.600 km² no Estado do Rio Grande do Sul, 155.800 km² no Estado de São Paulo, 131.300 km² no Estado do Paraná, 55.000 km² no Estado de Goiás, 52.300 km² no Estado de Minas Gerais, 49.200 km² no Estado de Santa Catarina e 26.400 km2 no Estado do Mato Grosso. No Paraguai o aquífero ocupa uma área de 71.700 km², na Argentina 225.500 km² e no Uruguai 58.500 km² (Araújo et al. 1995). Em quase toda a sua extensão, este sistema aqüífero encontra-se sotoposto por rochas basálticas cuja espessura máxima ultrapassa 1.000 metros (Figura 1).

Considerado como um dos maiores reservatórios subterrâneos do mundo, a explotação da água através de poços profundos permite a extração por unidade de captação de até 1.000.000 l/h. Em várias regiões do sul e do sudeste do Brasil, assim como na Argentina e Uruguai, existe o fenômeno da surgência natural, inclusive com a temperatura da água atingindo 65ºC.

O referido sistema aqüífero tem grande importância como fonte hídrica de alta qualidade para o suprimento de água potável às grandes cidades. Quando requerida para o aproveitamento de seu grau geotérmico, pode ser usado, por exemplo, para a implantação de estâncias hidrotermais, secagem de grãos, aquecimento de condomínios, hospitais e quadras esportivas, bem como para a pelagem de carcaças de animais. Essas águas também podem ser utilizadas para a irrigação de determinadas culturas, sendo possível, em alguns casos, aumentar a produtividade agrícola em até 40%.

A utilização das águas subterrâneas na região em apreço vem crescendo de forma exponencial nas últimas décadas, daí a necessidade, desde agora, de se implementar políticas de gerenciamento e de proteção deste recurso.

Neste documento é apresentada a distribuição das espessuras dos basaltos, assim como dos arenitos que constituem este sistema aqüífero na região sul e sudeste do Brasil, parte do Paraguai, Uruguai e Argentina, além de sua potenciometria e variações das temperaturas das águas armazenadas no mesmo. Estes dados são apresentados sob a forma de mapas, em escalas de província, e servem como base técnico-científica para a elaboração de projetos de captação e aproveitamento para os seus diversos usos. Eles são igualmente úteis para o estabelecimento de arranjos organizacionais capazes de propor estratégias e políticas para o gerenciamento do aqúífero.

1.2.Base de Dados

Dentre as informações utilizadas para a elaboração dos mapas, as quais foram obtidas de 500 poços perfurados à prospecção de petróleo e à captação de águas subterrâneas, constam espessuras de basaltos e de arenitos, os níveis potenciométricos e de temperatura da água nos locais onde estão localizados os mesmos.

A primeira base técnico-científica sobre o Sistema Aqüífero Guarani, em nível de Bacia Geológica do Paraná, foi elaborada por Araújo et al., (1995). Este documento, que inclui um arcabouço hidrogeológico na escala 1:5.000.000, é composto de mapas de isópacas do aquífero, estrutural do topo do aqüífero, isópacas de rochas acima do aqüífero, cotas potenciométricas e um mapa de isotermas. Para a elaboração dos mesmos, foram utilizados 322 poços, sendo a maioria perfurados à prospecção de petróleo. Os mapas apresentados neste trabalho, foram elaborados a partir de 500 poços, incluindo aqueles utilizados por Araújo et al. (1995; Figura 2). Além destes, o banco de dados é muito extenso e ainda deverão ser inventariados cerca de 20.000 poços nas bacias do Paraná e Chaco-Paraná, dos quais, aproximadamente 10%, são poços para exploração do Sistema Aqüífero Guarani.

1.3.Avaliação dos Recursos Hídricos

1.3.1Quantificação Volumétrica

Os arenitos reservatório do Sistema Aqüífero Guarani são confinados pelas rochas vulcânicas da Fm. Serra Geral e por rochas sedimentares triássicas e jurássicas de baixa permeabilidade. Os arenitos do Jurássico, de origem eólica, constituem-se nos melhores reservatórios em praticamente toda a Bacia, com porosidade média de 17% e condutividade hidráulica da ordem de 0,2 a 4,6 m/dia, com boa maturidade textural e composicional. Os reservatórios triássicos, de origem flúvio-lacustre/eólico, são afetados por altos níveis de argilosidade, que comprometem sua eficiência hidráulica, com porosidade média de 16% e condutividade hidráulica inferior a 0,01 até 4,6 m/dia (Araújo et al., 1995).

A espessura do aqüífero confinado na região oeste do Estado de São Paulo, entre os rios Paranapanema e Paraná, varia de 180 a 350 m. Na sua porção leste, próximo das áreas de afloramento, o aqüífero mergulha para SW e as espessuras do mesmo aumentam de 20 até 350 m. As espessuras predominantes, em termos de área de ocorrência, variam entre 200 e 300 m. No Estado do Paraná, a maior espessura das camadas arenosas, da ordem de 450 m, ocorre na região delimitada entre os rios Ivaí e Piquiri. Na região próxima da confluência dos rios Iguaçu e Paraná, desde a cidade de Foz do Iguaçu até Cascavel, as espessuras do aquífero variam entre 120 e 280 m. No Estado de Santa Catarina, na região oeste, a espessura do aquífero atinge valores da ordem de 450 m. A espessura predominante varia entre 100 e 200 m. No Estado do Rio Grande do Sul, na sua porção oriental, a espessura máxima é de aproximadamente 250 m. Nas demais regiões predominam espessuras da ordem de 100 m, sendo que a menor espessura, na região entre a divisa dos Estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, gira em torno de 70 a 100 m (Figura 3). De acordo com Araújo et al. (1995), as maiores espessuras do aqüífero atingem valores superiores a 600 m, na região de Campo Grande-MS e acima de 800 m, na região de Alegrete-RS.

O volume total de água no Sistema Aqüífero Guarani pode ser estimado com base nos seguintes dados:

As taxas de recarga direta nas áreas de afloramento do Sistema Aqüífero Guarani, especificamente para o estado de São Paulo, são de 26 km³/ano e de recarga indireta em torno de 140 km³/ano (Rebouças 1976). As principais zonas de descarga do sistema aproximam-se às regiões próximas ao nível de base do Rio Paraná ou dentro da área de influência à jusante de sua bacia hidrográfica, bem como no Chaco Argentino, tal como evidenciado pela distribuição das cotas piezométricas. Estudos de balanço hídrico preliminares (e.g. Rebouças 1994) sugerem uma taxa média de renovação anual de 3,4 x 10^-3, com tempo de renovação em torno de 300 anos, muito superiores a outros aqüíferos em condições geográficas semelhantes ao Sistema Aqüífero Guarani. Além disso, dados hidroquímicos indicam que ocorre uma interconexão dos aqüíferos arenosos das formações Pirambóia e Botucatu com os aqüíferos sobrepostos, em especial os aqüíferos fraturados da Formação Serra Geral. Tais dados são suficientes para afirmar que o Sistema Aqüífero Guarani é um sistema hidrogeológico com capacidade volumétrica expressiva, taxas de recarga e tempo de renovação que possibilitam poços com vazões entre centenas até 1.000 a 2.000 m³/h, mas que apresenta particularidades quanto ao balanço hídrico e comportamento hidráulico que refletem as heterogeneidades das bacias do Paraná e Chaco-Paraná. O gerenciamento destes recursos deve, portanto, considerar sistemas de fluxo em diversas ordens hierárquicas, considerando a movimentação de água na escala do próprio sistema aqüífero, como também em escalas intermediárias ou locais.

1.3.2Potenciometria

Com exceção do Rio Grande do Sul, as cotas potenciométricas mais elevadas distribuem-se na região leste dos demais estados onde o aquífero aflora. No Estado de São Paulo predominam cotas em torno de 420 m, sendo que no Paraná e em Santa Catarina existe uma variação no gradiente, de 900 a 300 m. As direções preferenciais do fluxo das águas subterrâneas, nestes três estados, são E-W e NE-SW. No Rio Grande do Sul, na região próxima da divisa com o Estado de Santa Catarina, existe um divisor de águas subterrâneas que faz com que as águas escoem para sudeste, em direção ao oceano Atlântico, e para noroeste, em direção ao rio Uruguai. A queda da potenciometria, de 750 m para valores em torno de 300 m na calha do rio Uruguai, pressupõe que este rio represente uma área de descarga do aqüífero (Figura 4).

As principais surgências naturais do aqüífero estão localizadas em áreas com cotas inferiores a 400 m, predominantemente margeando as principais drenagens da região, a exemplo dos rios Paraná, Paranapanema, Iraí, Piquiri, Iguaçu e Uruguai (Figura 5). É exatamente nestas regiões que estão localizadas as principais estâncias hidrotermais naturais, com temperaturas de até 43ºC. O confinamento do aqüífero impõe condições de “artesianismo” a partir de algumas dezenas de quilômetros de distância das áreas de afloramento. Nas áreas com topografia mais elevada, onde os níveis da água nos poços é inferior a altitude do terreno, este manancial pode ser extraído por bombeamento.

1.3.3Confinamento

A maior espessura das rochas sobrepostas ao aqüífero, correspondente a 1.930 m, ocorre na região de Cuiabá Paulista, Estado de São Paulo. As espessuras mais comuns em áreas confinadas variam entre 200 e 1.000 m. No Estado do Paraná, tanto na região oeste como a leste, as espessuras das rochas sobrepostas ao aquífero oscilam entre 100 a 600 m. Na porção noroeste do Paraná, entre os rios Paranapanema e Ivaí, a soma das espessuras dos sedimentos da Formação Caiuá e dos derrames basálticos da Formação Serra Geral atingem até 1.440 m. Na demais regiões deste Estado, as espessuras predominantes variam entre 700 e 1.100 m. No Estado de Santa Catarina, as menores espessuras são da ordem de 50 m e as maiores atingem valores de até 1.300 m. Na divisa entre os estados do Paraná e do Rio Grande do Sul, a espessura de basalto restringe-se a valores da ordem de 500 m. Na porção setentrional do Estado do Rio Grande do Sul, as espessuras das rochas basálticas variam de 300 a 1.200 m (Figura 6).

Figura 6 – Mapa de espessura das rochas basálticas sobre o Aqüífero Guarani.

1.4.Recomendações

Embora as informações existentes possibilitem uma visão global sobre a distribuição espacial do aqüífero em toda a região de sua ocorrência, os dados não são suficientes para uma caracterização conclusiva em termos de espessuras e sobre as áreas de afloramento. No período compreendido entre a elaboração dos mapas pré-existentes e os dias atuais, várias perfurações foram executadas e esses dados ainda não foram suficientemente tratados. Além disto, uma das grandes dúvidas a respeito dos dados existentes refere-se à localização dos poços, o que exige, em alguns casos, o levantamento das coordenadas geográficas, assim como sobre a qualidade da água dos poços. Recomenda-se, por esta razão, uma revisão sobre a localização dos poços, determinando-se a posição do nível da água de alguns poços, de seu posicionamento e altitude, assim como a coleta de amostras para análises físico-químicas e isotópicas. Estes dados permitirão avaliar áreas de recarga/descarga, regiões de grandes afloramentos e concentração de poços (superbombeamento), e desta forma subidiarão as medidas de proteção e de gerenciamento sustentável do aqüífero.

1.5.Referências Bibliográficas

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2.CONTEXTO GEOLÓGICO-ESTRATIGRÁFICO

2.1.Aspectos Gerais

As peculiaridades quanto ao comportamento hidrológico e qualidade da água do SAG refletem os fatores sedimentares, litológicos e tectônicos inerentes às bacias do Paraná e Chaco-Paraná. Atualmente o conhecimento disponível sobre essas bacias advém de mapeamentos básicos ou estudos exploratórios para petróleo que, embora apresentem outro direcionamento de objetivos, geram dados que podem ser diretamente aplicáveis à extração e proteção da água subterrânea. Dentre os vários resultados disponíveis na literatura, destaca-se o Mapa de Integração Geológica da Bacia do Prata e Áreas Adjacentes (Schobbenhaus e Lopes 1998), onde é apresentada uma proposta de correlação estratigráfica da Região Extra-Andina, para fins de mapeamento geológico 1:2.500.000. Essa base de dados deverá servir de ponto de partida para levantamentos localizados e compilação de mapas de caráter local. Para o SAG, a interação sistêmica entre múltiplas variáveis nessas bacias exige duas vertentes de análise, quais sejam: (a) estudo dos aspectos geológicos relacionados à distribuição de vazões e compartimentação hierárquica/geométrica do sistema e (b) aspectos referentes às concentrações normais ou anômalas de elementos químicos e potabilidade.

Na primeira vertente, vale mencionar a relação entre a geodinâmica (termo-mecânica) das bacias do Paraná e Chaco-Paraná, com as características intrínsecas dos recursos hídricos existentes, onde fatores hidrogeológicos refletem a história paleodeposicional das bacias, principalmente para as rochas triássicas e jurássicas, e as atividades tectônicas formadoras de grandes alinhamentos ou enxames de diques de diabásio. A segunda vertente compreende a interação água-rocha e as comunicações através de condutos regionais, que controlam a qualidade de água no SAG.

Assim sendo, a análise geológica das bacias do Paraná e Chaco-Paraná é uma etapa indispensável para o acréscimo de conhecimento que se faz necessário para subsidiar as ações de gerenciamento para uso e proteção do SAG. Tal análise é dependente de levantamentos básicos em escala de detalhe e semi-detalhe, incluindo novos levantamentos de campo e reavaliação de poços, seções sísmicas e mapas existentes, neste caso com objetivo hidrogeológico e não simplesmente acadêmico-científico ou voltado à indústria do petróleo. Com essa linha de raciocínio, a seguir é apresentado sinteticamente o estado da arte do conhecimento básico das bacias do Paraná e Chaco-Paraná, de tal forma a alavancar o desenvolvimento do plano de ações.

O Sistema Aqüífero Guarani abrange quase toda a área das Bacias Sedimentares do Paraná e Chaco-Paraná. As rochas-reservatório do SAG são os arenitos das Formações Pirambóia, Rosário do Sul e Botucatu, no Brasil, Misiones no Paraguai e Tacuarembó no Uruguai e Argentina.

Tendo em vista a localização da superfície potenciométrica acima do topo dos reservatórios sedimentares (Figura 7), as rochas vulcânicas da Formação Serra Geral funcionam também como reservatórios, além de seu caráter de barreira hidráulica. Dessa forma, pelo menos parcialmente, os aqüíferos fraturados nos basaltos devem ser considerados como componentes do mesmo sistema hidrogeológico, consoante à provável conexão com o aqüífero granular e o caráter de similaridade quanto a alguns padrões de fluxo.

Figura 7 – Seção geológica NS da Bacia do Paraná representando o Sistema Aqüífero Guarani, com indicação das Formações Pirambóia, Botucatu e Serra Geral. Notar a localização da superfície potenciométrica sempre acima do topo da Formação Botucatu e as regiões com artesianismo (Araújo et al. 1995).

2.2.As Bacias do Paraná e Chaco-Paraná

A Bacia do Paraná é uma das 15 bacias sedimentares terrestres que ocorrem no território brasileiro, sendo representada por uma depressão alongada segundo a direção NS, no centro-sul do Brasil, que se estende ao Paraguai, Uruguai e Argentina, com área de aproximadamente 1.600.000 km² (Figura 8). A Bacia do Paraná é classificada como uma bacia intracratônica, por ter sua evolução totalmente sobre área cratônica. O termo cráton é aqui utilizado para caracterizar uma parte da crosta terrestre, desenvolvida sobre placa continental relativamente pouco deformada, em comparação às faixas onde ocorre a formação de montanhas. Segundo Milani & Thomaz Filho (2000), as seqüências cratônicas do Fanerozóico formaram-se desde o início do Ordoviciano até o Cretáceo, ocupando mais de 3,5 milhões de km², distribuídos em 5 grandes bacias sedimentares: Solimões, Amazonas, Parnaíba e Paraná no Brasil, e Chaco-Paraná na Argentina, Paraguai e Uruguai. Segundo Soares et al. (1978), uma característica peculiar dessas bacias intracratônicas é a evolução policíclica, em longos períodos de tempo, com fases sucessivas de subsidência e acumulação de grandes seqüências deposicionais, separadas por discordâncias regionais que refletem épocas de soerguimento e erosão.

As rochas sedimentares da Bacia do Paraná e Chaco-Paraná estão distribuídas em várias unidades litoestratigráficas (Figuras 9 e 10), totalizando 6.000 metros de espessura. O registro tectono-estratigráfico conhecido evidencia a interação de fenômenos orogênicos nas bordas da placa sul-americana, com eventos epirogênicos marcados por épocas de subsidência, soerguimento e magmatismo, no interior da placa. As rochas da bacia são principalmente terrígenas, constituindo unidades depositadas durante todo o Paleozóico e Mesozóico, com contribuições localizadas de rochas carbonáticas durante o Permiano. As unidades maiores já receberam status de sequências conforme o conceito de Sloss (1963; in Soares et al. 1978, Soares 1992), grupos e formações (Milani et al. 1994) e sequências conforme o conceito de Vail et al. (1977; in Milani & Ramos, 1998). As seis maiores seqüências são as que seguem (mod. Soares, 1992 e Milani & Ramos, 1998): ordovício-siluriana, devoniana, pensilvaniana-permiana, triássica, jurássico-eocretácea e neo-cretácea.

Figura 8 – Mapa de localização das principais bacias intracratônicas da plataforma sul-americana (Milani & Thomaz Filho, 2000).

Figura 9 - Mapa geológico simplificado da Bacia do Paraná (mod. Paulipetro, 1981).

2.3.Aspectos Litoestratigráficos do Sistema Aqüífero Guarani

As Formações Pirambóia e Rosário do Sul, no Brasil, e Buena Vista, no Uruguai, são unidades correlatas e pertencentes à seqüência triássica; as Formações Botucatu, no Brasil, Misiones, no Paraguai, e Tacuarembó, no Uruguai e Argentina, assim como a Formação Serra Geral, compõem a seqüência jurássico-eocretácea (Figura 11). A Formação Misiones aflora ao longo da borda oeste da Bacia do Paraná (Figura 9) e apresenta uma área de exposição de aproximadamente 36.000 km², em uma faixa norte-sul com cerca de 500 km de comprimento e 60 km de largura. Os sedimentos distribuem-se integralmente na região oriental do Paraguai, bordejando de forma contínua a área de afloramento dos derrames basálticos da Suíte Magmática Alto Paraná ou Serra Geral. A Formação Serra Geral é composta por rochas ígneas vulcânicas, representadas por basaltos toleíticos e andesitos basálticos, ocorrendo quantidades subordinadas de riolitos e riodacitos (Milani, 1997). Diabásios intrusivos em toda a seção sedimentar da Bacia, na forma de soleiras e diques, são também correlacionados à Formação Serra Geral. As formações Pirambóia e correlatas representam a deposição fluvial em época de continentalização da Bacia do Paraná, no eo-Triássico, com a formação subseqüente de uma discordância associada a uma fase de erosão pronunciada entre o Triássico e o Jurássico. Um novo período de acumulação iniciou com a deposição dos arenitos eólicos da Formação Botucatu e correlatas, sobrepostos pelas rochas vulcânicas da Formação Serra Geral.

Como já referido, o Sistema Aqüífero Guarani compreende várias unidades sedimentares correlatas, aflorantes no Brasil, Uruguai, Argentina e Paraguai. Neste documento são apresentados detalhadamente os aspectos litoestratigráficos das Formações Pirambóia e Botucatu, em virtude de sua maior extensão aflorante no SAG e por apresentarem características litológicas e estratigráficas representativas das unidades correlatas. De acordo com Milani et al. (1994), as formações Pirambóia e Rosário do Sul são constituídas por arenitos avermelhados a esbranquiçados, localmente conglomeráticos, depositados em sistemas continentais flúvio-lacustres/eólicos. As formações Botucatu e Tacuarembó são representadas por arenitos avermelhados bem selecionados, com estratificações cruzadas de grande porte, depositados em sistemas eólicos, relacionados à formação de um extenso campo de dunas. As diferenças litológicas podem ser visualizadas nos perfis de poços que atravessam tais formações na Bacia do Paraná (Figura 12), onde são evidentes as características de granulometria mais grossa, maior porosidade e homogeneidade textural/litológica dos arenitos Botucatu, em contraposição aos litotipos da Formação Pirambóia, que apresentam ampla variedade textural e menor porosidade média, evidenciada pelos perfis petrofísicos. Segundo Rebouças (1976), os sedimentos flúvio-lacustres (triássicos) têm granulometria fina, com diâmetro médio de 0,12 mm e teores de argila superiores a 20%, enquanto os sedimentos eólicos (jurássicos) são formados por grãos de quartzo bem arredondados, com diâmetro médio dos grãos de 0,18 mm e teor de argila inferior a 10%.

Figura 11 – Carta estratigráfica das bacias do Paraná e Chaco-Paraná (mod. Milani & Thomaz Filho, 2000)

Figura 12 – Perfil composto (parcial) do poço 2-PE-01-SP, representativo da coluna litológica das formações Pirambóia e Botucatu. Notar as variedades litológicas evidenciadas principalmente pelos perfis de potencial espontâneo (à esquerda) e resistividade (à direita).

Formação Pirambóia

O termo Pirambóia foi proposto originalmente por Pacheco em 1927, como “grez Pirambóia”, que constituía o membro inferior do Triássico no Estado de São Paulo (Mezzalira 1981). Até a década de 1970, a Formação Pirambóia recebeu designações como fácies, litótopo ou simplesmente Arenito Pirambóia (e.g. Paraguassu 1968) sendo considerada como a parte inferior da Formação Botucatu. Embora propostas para divisão formal entre as duas formações tenham sido apresentadas em vários trabalhos (e.g. Soares 1975) persistem, ainda hoje, dúvidas entre o limite e diferenças entre estas unidades.

Este limite superior entre as formações Pirambóia e Botucatu nem sempre é preciso, sendo que a distinção se faz pela diversidade litológica e faciológica entre elas, onde localmente ocorre discordância marcada por camada conglomerática (Caetano-Chang & Wu 1992; vide Figura 13). O contato basal com o Grupo Passa Dois foi reconhecido como transicional nas porções mais centrais da bacia, porém nas partes de borda da bacia é marcado por uma camada areno-argilosa com seixos de sílex, denominada no Estado de São Paulo como Camada Porangaba (Matos 1995, apud Matos & Coimbra 1997).

Figura 13 – Perfil geológico em trecho da Rodovia Castelo Branco, SP (mod. Soares 1973; apud Caetano-Chang & Wu 1992).

Litologicamente, a Formação Pirambóia é constituída por arenitos esbranquiçados, amarelados ou avermelhados, de granulometria média a muito finoa, silto-argilosos, com grãos sub-angulososa e sub-arredondados. Apresenta intercalações de argilitos, siltitos e localmente porções conglomeráticas com seixos de argila (Schneider et al. 1974). Os arenitos são de seleção variável, predominando aqueles bem a regularmente selecionados, com pequeno conteúdo em silte, que constituem a matriz dos arenitos, ou intercalam-se a estes na forma de lâminas nas estratificações cruzadas. Como estruturas sedimentares predominantes ocorrem estratificações cruzadas, acanaladas ou tabulares, tangenciais de base, geralmente de grande porte. Lamitos ocorrem subordinadamente (Caetano-Chang & Wu 1992).

Caetano-Chang & Wu (1992) propõem uma sucessão de sub-ambientes para a Formação Pirambóia, em geral de origem eólica, com o inter-relacionamento vertical e lateral de associação de fácies de dunas, de interdunas úmidas e aquosas, de sandsheets, cortadas por canais fluviais temporários. Dentro deste contexto a fácies de estratificações cruzadas de médio a grande porte, interpretadas por Soares (1975) como depósitos de canal fluvial meandrante, intercalados a depósitos tabulares com estratificação plano-paralela, constituiriam, dentro desta nova visão, uma associação de depósitos de dunas e interdunas eólicas (Caetano-Chang & Wu 1992). Outros fatores apontados como indicadores de um predomínio eólico para a Formação Pirambóia são: (a) a presença do mineral estaurolita, instável em condições fluviais, tanto na Formação Pirambóia como na Formação Botucatu; (b) a inconsistência da afirmação de que o maior conteúdo de lama na Formação Pirambóia, em relação a Formação Botucatu, seria indicador de ambiente fluvial para a primeira (Caetano-Chang & Wu 1992, Wu & Caetano-Chang 1992).

O conteúdo fossilífero da Formação Pirambóia é composto de conchostráceos, ostracódeos e restos vegetais. Admite-se idade neotriássica a esta formação pelas relações estratigráficas com as formações Botucatu e Corumbataí e pela correlação com a Formação Rosário do Sul (Schneider et al. 1974, Milani et al. 1994).

Formação Botucatu

A Formação Botucatu representa um extenso campo de dunas implantado no Jurássico sobre o Gondwana e que foi recoberta no Eocretáceo pelo mais volumoso episódio de vulcanismo intracontinental do planeta registrado pela Formação Serra Geral. O termo “Botucatu” foi originalmente definido por Campos (1899, apud Mezzalira 1981) para designar o “grez molle, vermelho, que em geral na sua parte superior alterna com os augito-porphyritos”.

A Formação Botucatu apresenta constituição relativamente monótona de arenitos quartzosos avermelhados, finos a médios, friáveis, com seleção boa a regular e pouca matriz. Os grãos são foscos e geralmente arredondados e normalmente apresentam bimodalidade. Ocorrem intercalações de arenitos argilosos, mal selecionados e, localmente, na porção basal da unidade uma camada de arenito grosso a conglomerático pode estar presente.

As estruturas sedimentares mais típicas são as estratificações cruzadas tangenciais em grandes cunhas, que para o topo, passam a estratificação plano-paralela e cruzada acanalada. Zonas silicificadas também são comuns nos arenitos da Formação Botucatu principalmente na porção superior próximo ao contato com as vulcânicas da Formação Serra Geral (Paragassu 1968).

O contato inferior é discordante com o embasamento e com formações paleozóicas. Com a Formação Pirambóia o contato tem sido considerado concordante, mas localmente esta relação pode ser discordante. A Formação Serra Geral encontra-se em discordância sobre os arenitos da Formação Botucatu (Schneider et al. 1974), ocorrendo também na forma de diques e sills, principalmente em sua porção superior (Figura 14).

Os depósitos da Formação Botucatu constituem o registro de deposição eólica em condições desérticas com predomínio de extensos ergs associados e sub-ambientes desérticos como indicado por depósitos de wadis (Soares 1975, Schneider et al. 1974, Caetano-Chang & Wu 1992).

Figura 14 – Perfil geológico na Rodovia Marechal Rondon, SP (mod. Soares 1973; apud Caetano-Chang & Wu 1992).

2.4.Aspectos Estruturais do Sistema Aqüífero Guarani

O Sistema Aqüífero Guarani apresenta vários condicionantes estruturais, destacando-se: os depocentros da Formação Serra Geral, a ativação de sistemas de falhas, os soerguimentos nas bordas e a ativação dos arcos de Rio Grande e Ponta Grossa (Araújo et al. 1995). Com respeito ao controle exercido pelos arqueamentos, vale ressaltar a existência de enxames de diques de diabásio, com direção predominante NW, que ocorrem ao longo do Arco de Ponta Grossa (Ferreira 1982a,b). A presença dos diques exerce um papel fundamental na compartimentação estrutural do SAG, formando três grandes compartimentos: (1) a norte do Arco de Ponta Grossa, (2) entre os arcos de Ponta Grossa e Rio Grande e (3) a sul do Arco de Rio Grande (Figura 8), este último coincidente com a Bacia do Chaco-Paraná. Segundo Araújo et al. (1995), os regimes hidrológicos são distintos entre os três compartimentos, levando a uma segmentação no padrão de fluxo a partir das zonas de recarga nas bordas norte e nordeste da Bacia, com descarga principal a sudoeste, onde ocorrem as áreas pantanosas das bacias hidrográficas dos rios Uruguai e Paraná. O gradiente de fluxo regional é modificado por descargas locais induzidas pelo cruzamento de falhas regionais e enxames de diques. A contaminação do aqüífero fraturado pela água do aqüífero arenoso já foi evidenciada em trabalhos anteriores (Rosa Filho et al., 1999 inédito; Figura 15). Entender essa contaminação e posicionar as zonas intermediárias de descarga, consistem em aspectos exploratórios extremamente importantes, principalmente para o território brasileiro.

Figura 15 – Mapa com a localização de poços nas rochas vulcânicas fraturadas, com características hidroquímicas que indicam contaminação por água do aqüífero arenoso (mod. Rosa Filho et al.,1999 inédito).

No Estado do Paraná, os rios Ivaí, Piquiri e Iguaçu estão instalados sobre grandes alinhamentos estruturais denominados, respectivamente, de: Alinhamento do Rio Alonzo, Alinhamento do Rio Piquiri (Ferreira, 1982a,b) e Alinhamento do Rio Iguaçu. Além destes três alinhamentos ocorrem, a norte do Rio Ivaí, o Alinhamento São Jerônimo-Curiúva e o Alinhamento Guapiara, este último compreendendo o limite norte do Arco de Ponta Grossa (Ferreira et al., 1981). Estas feições indicam o forte condicionamento estrutural da região oriundo dos vários episódios tectônicos de reativações de antigas estruturas do embasamento, em especial as com direções NW, que passam a afetar toda a seqüência vulcano-sedimentar da Bacia do Paraná e que influenciaram o armadilhamento e, sobremaneira, a modificação tectônica de reservatórios para água subterrânea. Indícios de neotectônica também são descritos para a região e serão alvos de levantamentos visando a caracterização do campo de esforços atuantes na região, importante para o planejamento da exploração do SAG.

A compartimentação da Bacia do Paraná em blocos tectônicos separados por falhas é refletida também na compartimentação do SAG. Em caráter preliminar, são apresentadas superfícies potenciométricas geradas por krigagem (Figura 16), que consideram hipoteticamente a segmentação do SAG pelas falhas NW. A observação de dois setores específicos, a nordeste e a sudoeste do Arco de Ponta Grossa, sugere a influência dos enxames de diques de diabásio na potenciometria. As figuras não demonstram um efeito de interpolação porque os parâmetros iniciais foram os mesmos para os dois mapas. A diferença é que o mapa da figura 16b considera os alinhamentos NW como breaklines, ou seja, interpola separadamente os blocos de um lado e do outro da falha/dique. Qualquer interpolação consiste em suavização, independente do método, portanto considerar as breaklines evita que o processamento reduza a superfície a uma média de valores, principalmente quando os dados originais referem-se a blocos distintos. Dessa forma, o mapa resultante é mais real a uma suposta compartimentação geológica, embora esta seja uma hipótese ainda a ser testada.

Figura 16 – Mapas potenciométricos das Bacias do Paraná e Chaco-Paraná, gerados a partir da krigagem de dados de poços publicados em Araújo et al. (1995). Notar a diferença entre (a) potenciometria sem considerar a presença das falhas e (b) considerando uma compartimentação hipotética que poderia ser gerada pelas falhas NW, que contêm diques intrudidos. Os pontos representam os poços utilizados e as coordenadas UTM estão referenciadas ao meridiano 51º.

2.5.Recomendações

O desenvolvimento dos modelos hidrogeológico e exploratório para o SAG deve incluir as rochas sedimentares arenosas e as rochas vulcânicas fraturadas, com enfoque principal nos aspectos estruturais e suas relações com as zonas de recarga e descarga. A partir de dessa premissa, torna-se fundamental estabelecer uma estratégia de exploração, envolvendo fatores técnico-científicos (geológicos, geofísicos, hidroquímicos, etc) e sócio-econômicos, que permita definir os locais mais propícios para extração de água subterrânea e, ao mesmo tempo, possibilite um gerenciamento que compatibilize tal produção com o uso e proteção do SAG. De modo geral, para que tais metas sejam alcançadas, devem ser necessariamente conhecidos os controles geológicos na dinâmica hidrológica do SAG (padrões de fluxo, quantificação volumétrica/vazão e qualidade da água) e qual a sua compartimentação geométrica (blocos ou unidades que contêm aspectos diferenciados nesta dinâmica). Quanto ao aspecto da compartimentação, entende-se ser esta uma etapa fundamental na aquisição de novos conhecimentos a respeito do SAG, haja vista a existência de particularidades quanto à vazão e qualidade da água, que certamente refletem interligações controladas por grandes alinhamentos e/ou conjuntos de diques de diabásio. Aspectos petrográficos, tais como cimentação diferenciada e variações faciológicas, também têm sua importância relativa, porém a lacuna é muito maior no sentido da geologia estrutural do aqüífero.

A Bacia do Paraná apresenta o registro de várias fases deformacionais superpostas e recorrentes, como evidenciado em inúmeros trabalhos já publicados. Constata-se que as fases de deformação condicionaram o desenvolvimento de um arcabouço tectônico razoavelmente complexo, que afeta a grande maioria das seqüências deposicionais preservadas. Não obstante, faltam trabalhos direcionados ao estudo de aqüíferos fraturados na Bacia (basaltos da Formação Serra Geral) e ao conhecimento acerca do papel que os grandes lineamentos e diques de diabásio exercem na modificação do fluxo nos aqüíferos arenosos (formações Pirambóia, Botucatu e unidades correlatas nos países vizinhos). Dessa forma, é de grande importância um estudo que considere os aspectos sedimentológicos do SAG, porém não deixando de lado a compartimentação estrutural como controladora dos padrões de fluxo e zonas de recarga e escape na bacia. A compartimentação da Bacia do Paraná em blocos tectônicos separados por falhas é refletida também na compartimentação do SAG. Isto é constatado pela contaminação de alguns poços restritos aos aqüíferos fraturados, os quais contêm elementos que indicam a comunicação com os aqüíferos arenosos.

Recomenda-se, portanto, entender a contaminação e posicionar as zonas intermediárias de descarga, principalmente para o território brasileiro. Da mesma forma, faz-se necessário construir uma base de dados que propicie o gerenciamento sustentável do SAG, passando necessariamente pela determinação dos padrões de fluxo e de conexão entre aqüíferos. Tal objetivo só será alcançado caso sejam considerados os aspectos estruturais, normalmente negligenciados nos estudos já desenvolvidos sobre o SAG.

2.6.Referências Bibliográficas

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3.ARCABOUÇO GEOFÍSICO

3.1.Aspectos Gerais

Durante a década de 80, assistiu-se um grande incremento dos levantamentos aeromagnetométricos na Bacia do Paraná no Brasil (Tabela 1, Figura 17), o qual, juntamente com outros estudos geológicos regionais e locais, além de mais de duas dezenas de perfurações profundas para prospecção de hidrocarbonetos, permitiu grandes avanços no conhecimento sobre a origem e a evolução tectônica desta bacia intracratônica. A integração preliminar dos vários projetos listados, realizada por Ferreira (1982a,b), permitiu definir a configuração do Arco de Ponta Grossa, o qual é composto por quatro alinhamentos estruturais-magnéticos, com extensões mínimas de 600km e larguras variáveis entre 20 e 100km, reconhecidos desde a linha de costa até o rio Paraná, reflexo de cerrados enxames de diques de diabásio dispostos segundo a direção NW-SE (Figura 18).

Estudos regionais posteriores realizados pela Petrobrás (Zalán et al. 1990), permitiram avançar na caracterização do arcabouço estrutural-geofísico da Bacia do Paraná (Figura 19). O Laboratório de Pesquisas em Geofísica Aplicada (LPGA/UFPR), possui, atualmente, em seu acervo, cinco aerolevantamentos (Serra do Mar Sul, São Paulo – Rio de Janeiro, Rio Ivaí, Rio Iguaçu e Botucatu), sendo que os dois primeiros recobrem áreas pré-cambrianas do embasamento exposto da bacia, conforme indicado no mapa índice da Figura 17. Como pode-se observar nos mapas de contorno do campo magnético residual de parte dos demais projetos, todos na Bacia do Paraná, das Figuras 20, 21 e 22, destaca-se claramente conjuntos de anomalias lineares segundo NW-SE, reflexo de cerrados enxames de diques máficos dispostos segundo NW-SE, os quais, certamente, influenciam a circulação das águas subterrâneas. Tais alinhamentos, juntamente com outras estruturas dispostas principalmente segundo a direção NE-SW (Figura 19), foram de fundamental importância no condicionamento e compartimentação de toda a coluna vulcano-sedimentar da bacia, desde o Siluriano até o Cenozóico. Entretanto, a atividade máxima do Arco de Ponta Grossa deu-se no Cretáceo Inferior, por ocasião da ruptura Brasil-África, alojando diques de diabásio e rochas alcalinas (Ferreira & Algarte, 1979; Ferreira et al. 1981; Ferreira 1982a e b, Almeida 1983) e permitindo o extravasamento de magmas básicos e ácidos, estimado em cerca de 1.500.000km³de lavas, constituindo a Formação Serra Geral. A influência do Arco de Ponta Grossa é facilmente perceptível nos mapas de isópacas e de contorno estrutural das formações Botucatu, Pirambóia, Rosário do Sul, Buena Vista, Misiones e Tacuarembó (Aqüífero Guarani), da Formação Serra Geral e dos pacotes litológicos acima do aqüífero e das isotermas, divulgados por Araújo et al. (1995), recentemente atualizados pelo Laboratório de Pesquisas Hidrogeológicas (LPH/UFPR) e parte integrante do Projeto Proteção Ambiental e Gerenciamento Sustentável do Sistema Aqüífero Guarani. Assim, a proposta de aquisição dos dados digitais dos demais levantamentos listados na Figura 17 e dos dados gravimétricos e de sísmica de reflexão, disponíveis ao público pela Agência Nacional de Petróleo (ANP), será de grande importância para o Projeto, em função das relações do aqüífero com a Formação Serra Geral, como também o detalhamento proposto, através de aeromagnetometria e aerogamaespectometria de alta resolução e geofísica terrestre (magnetometria, gamaespectrometria, gravimetria e eletroresistivimetria), possibilitando uma melhor definição das feições geológicas das áreas selecionadas de interesse do Projeto e suas relações com o condicionamento do aqüífero.

Tabela 1: Parâmetros de aquisição, períodos e áreas abrangidas pelos levantamentos aeromagnetométricos da Bacia do Paraná no Brasil. (Fonte: Petrobrás.)

Figura 17 - Mapa índice dos levantamentos aeromagnetométricos da Bacia do Paraná no Brasil.

Figura 18 – Configuração do Arco de Ponta Grossa e principais elementos tectônicos da Bacia do Paraná na América do Sul. Fonte: Ferreira (1982a)

Figura 19 – Arcabouço estrutural regional da Bacia do Paraná (modificado de Zalán et al. 1990)

1 – Arco do Alto Paranaíba; 2 – Flexura de Goiânia; 3 – Depocentro Ipiaçu-Campina Verde; 4 – Alto do Cardoso; 5 – Alinhamento de Guapiara; 6 – Falha de Santo Anastácio; 7 – Alinhamento São Jerônimo-Curiúva; 8 – Arco de Ponta Grossa; 9 – Zona de Falha Curitiba-Maringá; 10 – Alinhamento Rio Alonzo; 11 – Zona de Falha Cândido de Abreu-Campo Mourão; 12 – Alinhamento Rio Piquiri; 13 – Zona de Falha Caçador; 14 – Sinclinal de Torres; 15 – Arco do Rio Grande; 16 – Lineamento Transbrasiliano; 17 – Lineamento de Araçatuba; 18 – Falha de Guaxupé; 19 – Falha de Jacutinga; 20 – Zona de Falha de Taxaquara; 21 – Zona de Falha Lancinha-Cubatão; 22 – Zona de Falha Blumenau-Soledade; 23 – Falha do Leão; 24 – Açotea; 25 – Lineamento de Cassilândia; 26 – Lineamento Mogi-Guaçu/Dourados; 27 – Lineamento de São Sebastião; 28 – Lineamento Taquara Verde; 29 – Lineamento Bento Gonçalves; 30 – Arco de Assunção; 31 – Domo de Araguainha.

Figura 20 – Mapa Magnético Residual do Projeto Aerogeofísico Rio Iguaçu (parcial)

Figura 21 – Mapa Magnético Residual – Projeto Aerogeofísico Rio Ivaí e Botucatu

3.2.Recomendações

Conforme explicitado nesta parte do texto, não obstante exista uma cobertura aeromagnetométrica de reconhecimento da Bacia do Paraná no Brasil, os dados foram apenas integrados preliminarmente, necessitando de uma avaliação crítica quanto a qualidade dos mesmos, bem como sua integração digital, no sentido de gerar uma base de dados que permita interpretações que subsidiem a seleção de áreas alvo. A proposta de realização de levantamentos aerogeofíscos de alta resolução é de fundamental importância no sentido de caracterizar áreas permeadas por diques de diabásio, os quais são condicionantes da compartimentacão do Sistema Aqüífero Guarani. Os dados gravimétricos já existentes também passarão por uma avaliação crítica e orientarão detalhamentos das áreas selecionadas. Por fim, os trabalhos geofísicos terrestres propostos, com o emprego dos equipamentos existentes em várias instituições que poderiam contribuir com o projeto, bem como aqueles a serem adquiridos no âmbito deste projeto, visam obter informações detalhadas das áreas selecionadas pela integração dos dados geofísicos, geológicos e hidrogeológicos com o objetivo de aprofundar o conhecimento sobre a geometria e a dinâmica do mencionado sistema aqüífero.

3.3.Referências Bibliográficas

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4.AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA

4.1.Aspectos Gerais

O objetivo principal dos estudos hidrogeológicos é a determinação do modelo conceitual de funcionamento do sistema aqüífero. Para isto é necessário investigar as características geológicas, geomorfológicas, litológicas, estratigráficas, hidrogeológicas, hidrodinâmicas e hidroquímicas do sistema.

Os estudos hidrogeoquímicos aportam informações que ampliam notavelmente o nível de entendimento do sistema, seja em escala regional ou mais ainda, em escala local. O conhecimento do comportamento dos elementos químicos e sua reação com a hidrodinâmica, contribuem para uma melhor definição do esquema de funcionamento, permitindo comparar hipóteses e agregar informação para uma posterior modelagem matemática de fluxo e transporte.

A composição química da água subterrânea é o resultado combinado da composição da água que adentra o aqüífero e das reações com os minerais presentes no meio poroso que modificam-na. Em face disto, a interpretação das características hidroquímicas atuais de um sistema de águas subterrâneas contribui para o conhecimento de ambientes geológicos por onde a água circulou.

Segundo Custodio (1994), os principais objetivos de um estudo hidrogeoquímico na investigação de aqüíferos são contribuir principalmente para:

- estabelecer interrelações ou separações entre subsistemas dentro de um sistema aqüífero;

- predizer as mudanças esperáveis na composição química da água subterrânea ante determinadas ações ou seguindo uma certa pauta evolutiva;

determinar o grau de proteção da quantidade e da qualidade de um recurso de água subterrânea,

O tratamento dos dados hidrogeoquímicos requer, portanto, controles ajustados que vão desde as técnicas de amostragem e avaliação dos erros das determinações analíticas até a utilização de técnicas estatístico-matemáticas que permitem aprofundar aspectos pontuais.

Com respeito ao Sistema Aqüífero Guarani (SAG) esta linha temática foi abordada anteriormente por distintos investigadores dos quatro países envolvidos: Argentina, Brasil, Parauai e Uruguai. Isto permitiu definir características químicas gerais diferenciais.

No Brasil, país que envolve a maior extensão do aqüífero, vários trabalhos foram desenvolvidos, com diferentes objetivos e abrangências e escalas de observação e em diferentes épocas. Vários estudos são disponibilizados, seja como relatórios técnicos ou trabalhos científicos e artigos de divulgação geral. As porções do aqüífero mais estudadas são as relativas aos estados de São Paulo e Paraná. A despeito da existência de abordagens envolvendo regiões relativamente amplas Silva (1983), Rosa Filho et al. (1987), Fraga (1992), Rocha (1996), e outros, o quimismo do SAG e seus controles não estão equacionados.

Rosa Filho et al. (1987) apresentam uma distribuição zonal da água subterrânea nos basaltos do Estado do Paraná, onde são destacadas características químicas de cada compartimento (Figura 23). Naquele trabalho são identificadas características físicas e químicas das águas de determinados pontos de coleta influenciadas por misturas com águas do Aqüífero Guarani. Pelas relações estratigráficas e estruturais entre os aqüíferos, são comuns misturas de águas da Formação Serra Geral e das formações Botucatu/Pirambóia (Guarani), sendo que estas contribuições mistas podem ser facilmente percebidas através da análise dos cátions maiores, devido a relações características entre determinados elementos químicos de cada grande tipo de água. Uma água de poço no basalto que tem contribuição significativa do Guarani, possui seu teor em sódio geralmente mais elevado do que o de cálcio, elemento este que predomina nas águas em contato com as efusivas. Este aspecto havia sido salientado anteriormente por Bittencourt (1978) e Bittencourt & Lisboa (1983).

Sobre os controles dos teores de espécies dissolvidas no sistema hídrico em questão, o assunto foi tratado sob uma abordagem termodinâmica de equilíbrio água-rocha, por Bittencourt & Lisboa (1983) e Bittencourt (1996). Estes trabalhos atribuem um controle para o íon fluoreto, através do mineral fluorita, especialmente em condições de confinamento. Para tal conclusão foram fundamentais as análises de um poço (Botucatu-01) perfurado em Londrina, Paraná. A detecção de um teor de fluoreto superior a 11 mg/L em várias amostras de água do citado poço foi um fato marcante. Se por um lado ele forneceu dados muito importantes sobre o quimismo do Guarani em condições de confinamento, ele marcou um abandono do aqüífero como manancial alternativo de água para abastecimento no Estado do Paraná por muitos anos. Saliente-se que o teor máximo admissível para água de abastecimento é de 1,4 mg/L (Resolução CONAMA n^o20/1986).

Fraga (1992) menciona crostas salinas que estariam presentes próximas a interface Botucatu/Pirambóia, como armazenadoras de flúor concentrado em clima árido. No citado trabalho não há menção de minerais portadores do elemento nem de outras características daquele material. Giampá & Franco (1982) atribuem ao flúor uma origem associada ao vulcanismo basáltico. Independente da origem do flúor, sin-sedimentar ou hidrotermal associada a manifestação magmática alcalina, responsável por processo silicificante (Fernandes, 1992), que atingiu na região inclusive as formações supra-basálticas arenosas, o papel da fluorita é marcante (Bittencourt, 1996).

Do material bibliográfico disponível, um fato destacado é que o quimismo das águas do Guarani é muito variável, principalmente nas zonas confinadas, seja por efeito de variações faciológicas, seja por influência de misturas induzidas por fraturas tectônicas. A estes fatores, marcantes nas zonas confinadas, se pode agregar os condicionantes da antropização da superfície nas áreas aflorantes e, portanto, mais vulneráveis.

Uma simples comparação dos diagramas de Piper das figuras 23 e 24, já ressalta diferenças importantes no quimismo do Guarani. No Estado de São Paulo, aparentemente ocorrem águas mais sulfatadas, raras no Paraná. Por outro lado, conforme a Figura 20, no Uruguai foram anotadas águas com perfil cloretado cálcico, não observado nas amostras estudadas do Brasil. Estas observações são, de qualquer modo preliminares, pois um panorama hidroquímico bem mais consistente é um dos objetivos deste Projeto.

Rocha (1996) sintetiza a informação, indicando que as águas subterrâneas da Aqüífero Guarani são, em geral, francamente salinas, com teor de resíduo seco inferior a 300 mg/L na maior parte da área. A partir das áreas de recarga há uma tendência à alcalinização das águas no sentido do fluxo subterrâneo, acompanhada por um aumento gradual do teor salino, do pH e da temperatura. Esta evolução hidroquímica regional é controlada pelo grau de confinamento do aqüífero, pela velocidade de circulação e pelo tempo de residência das águas.

Figura 23 - Mapa hidroquímico da área de abrangência da Formação Serra Geral no Estado do Paraná. Diagrama de Piper representando as amostras assinaladas no mapa (Rosa F^o et al. 1987).

Figura 24 - Classificação química das águas dos sistemas aqüíferos Serra Geral e Guarani no Estado de São Paulo, com teores de F^- iguais ou superiores a 1,5 mg/L (Fraga, 1992).

Na área de recarga e ao longo de uma faixa de cerca de 60 km em suas adjacências, as águas são bicarbonatadas cálcicas e cálcio-magnesianas, com resíduo seco inferior a 200 mg/L e pH ácido inferior a 7. Já na zona francamente confinada, as águas se tornam bicarbonatadas sódicas, evoluem a cloro-sulfatadas sódicas, o pH é alcalino e os valores de resíduo seco variam entre 200 e 600 mg/L.

A temperatura das águas aumenta gradualmente desde as áreas de recarga até as de descarga, em função do grau geotérmico natural de 1^oC/35m. Medidas efetuadas na boca de poços indicam valores de 22 a 25C nos afloramentos; de 25 a 30C na faixa adjacente de baixo confinamento e entre 30 e 63C na maior parte da área confinada.

Este padrão geral de comportamento da geoquímica das águas é alterado localmente pela presença de águas com teores excessivos de fluoretos, em alguns casos 10 vezes maiores que o tenor padrão de 1,0 a 1,2 mg/L como em Londrina e Presidente Prudente. Estes pontos se localizam em domínios de águas mais salinas e, provavelmente, estão associados a anomalias estruturais.

As águas subterrâneas, excetuando-se as áreas anômalas mais profundas, apresentam excelente potabilidade e são adequadas para usos múltiplos.

No Uruguai, se adotou o especificado em Montaño et al. (1998) em cuja obra se indica que: “para a caracterização hidrogeoquímica, se tomaram poços representativos da área aflorante e confinada do aqüífero. A zona aflorante é constituída pela unidade hidrogeológica Rivera e Tacuarembó e a zona confinada pelo sistema aqüífero Tacuarembó-Buena Vista-Yáguari e pelo o sistema San Gregorio-Tres Isas”.

Na zona correspondente à área aflorante pode-se estabelecer que a qualidade das águas, tanto para a Unidade Rivera como para a Unidade Tacuarembó, não apresenta limitações de potabilidade. O estudo das reações iônicas, permitiu classificar estas águas como cloretadas cálcicas e bicarbonatadas cálcicas, segundo o diagrama de Piper. Nesta zona se destaca a maior concentração de Ca frente ao Na e em alguns casos valores de Mg semelhantes ou superiores ao Na (Ca >Na ~ Mg).

Estes valores relativamente elevados de Ca, se devem possivelmente à natureza da cimentação da unidade hidrogeológica Tacuarembó, que é ocasionalmente calcárea. O bicarbonato em alguns casos tem domínio sobre o cloro, originando as águas bicarbonatadas cálcicas. O valor médio da dureza total, expressa em CaCO₃ , é 45 mg/L e o valor médio do resíduo seco é 120 mg/L. Não se encontraram valores de Fe, Mn, F comprometedores da utilização do aqüífero.

Na área confinada, as águas correspondem ao sistema hidrogeológico Rivera-Tacuarembó-Buena Vista-Yáguarí (R-T-BV-Y) e ao sistema San Gregorio-Tres Isas (SG-TI). A qualidade das águas da sistema R-T-BV-Y não apresenta limitações de potabilidade, salvo quando se misturam com águas da sistema SG-TI, como é o caso da perfuração de Almirón que apresenta um resíduo seco de 6.344 mg/L. As águas se classificam, segundo o diagrama de Piper, em bicarbonatadas sódicas para o sistema R-T-BV-Y, com um valor médio de dureza total de 65 mg/L e em cloretadas sódicas para o sistema SG-TI, com um valor médio de 200 mg/L de dureza total. Nos dois casos se observa maior concentração de Na sobre o Ca (Na >> Ca), conforme a Figura 25.

Figura 25 – Classificação segundo o diagrama de Piper de águas do SAG (Montaño et al,. 1998).

As águas pertencentes ao grupo SG-TI se correspondem com zonas de altas temperaturas, sendo de fundamental importância para o desenvolvimento de centros turísticos termais. Por outro lado, a qualidade destas águas as inabilita para o abastecimento público, industrial e agrícola, devido ao alto conteúdo de sais, produto de sua origem glácio-marinha, e ao maior tempo de contato com o aqüífero em função também da maior profundidade. Os poços Daymán, Paso Ullestie e Almirón são exemplos claros de águas captando este sistema aqüífero.

Se representam no mapa hidrogeoquímico os diagramas de Stiff, das diferentes captações, evidenciando-se claramente os distintos sistemas aqüíferos (Figura 26).

Figura 26 – Mapa hidrogeoquímico com diagramas de Stiff de águas captadas no SAG (Montaño et al., 1998).

Na Argentina, de acordo ao especificado em Montaño et al., (1998), as concentrações iônicas dos elementos principais e, segundo a classificação proposta por Piper, 68% das amostras pertencem ao tipo bicarbonatadas sódicas, 28% cloretadas sódicas e 4% bicarbonatadas cálcicas. No diagrama de Schöeller se evidenciam dois grandes subconjuntos com comportamentos bem diferenciados tanto nos ânions (fundamentalmente em cloretos e sulfatos), como nos cátions (principalmente em sódio). Um destes subgrupos inclui as amostras de Vila Elisa, Paso Ulliestie, Almirón e Guichón-Almirón. Em todos os casos o índice de troca de bases é negativo. Isto indicaria que, em sua passagem pelo meio poroso, a água teria se enriquecido em sódio e potássio como conseqüência de fenômenos de intercâmbio iônico. A quantificação da relação de adsorsão de sódio (RAS ou SAR) e sua vinculação com o conteúdo salino medido pela condutividade elétrica da água, permite avaliar sua aptidão para irrigação, mediante a utilização do diagrama de Wilcox. Deste modo, 44% corresponde ao tipo S₁C₂ , ou seja baixo perigo de sodificação e perigo de salinização médio; 32% ao tipo S₂C₃ (perigo de sodificação médio, perigo de salinização alto); 12% ao S₁C₃ (baixo perigo de sodificação, perigo de salinização alto); e 6% ao S₄C₃ (perigo de sodificação muito alto, perigo de salinização alto).

A análise temporal das séries aniônicas, põe em evidência a diminuição dos conteúdos de bicarbonato em contraposição ao aumento de cloreto e sulfato.

A representação gráfica dos conteúdos de isótopos ambientais ¹⁸O , D e sua reação com as retas meteóricas local (cidade de Buenos Aires) e mundial, dá como resultado um agrupamento por pares de pontos que apresentam uma lineação paralela às retas de referência. Isto poderia indicar que se trata de águas antigas de origem meteórica, com um possível efeito paleoclimático, justificável por tempos de residência muito grandes (Figura 27).

Figura 27 – Representação gráfica de isótopos ambientais (Montaño et al., 1998).

De acordo com o ajuste às leis de distribuição, as séries de cotas do topo das areias, temperatura, bicarbonato, ¹⁸O e D, respondem à lei normal; enquanto que o resto das variáveis (resíduo seco, cálcio, magnésio, cloreto e sulfato) apresentam uma assimetria importante e um ajuste aceitável à distribuição log-normal. Segundo o indicado por Smirnov, no ciclo geoquímico das águas, o desenvolvimento estatístico da composição iônica da água passa de uma distribuição log-normal correspondente ao estado de equilíbrio dinâmico difusional, a uma distribuição normal correspondente ao equilíbrio químico.

Na análise de agrupamento entre variáveis, se adverte a seguinte estrutura de vinculação: com um nível de similitude de -0,37 se diferenciam dois grupos; um deles conformado pelo núcleo CO₃H-temperatura; outro grupo formado por dois subgrupos claramente identificados: Mg-Ca e cota; e Resíduo Seco, Cl, SO₄, Na, D e ¹⁸O. A análise de agrupamento entre observações põe em evidência dois grupos principais que se separam com um coeficiente de similitude muito baixo (-0,37). Um destes grupos compreende as amostras correspondentes a Arapey, e o outro está integrado por sua vez por distintos subgrupos que se mencionam em continuação em ordem hierárquica de agrupamento: 1) Daymán, 2) Federación, 3) Colón-Guaviyú e 4) Almirón-Paso Ulliestie e Vila Elisa. Os diferentes graus de vinculação refletidos pelos valores do coeficiente de similitude, indicam ademais que este último subgrupo mantém uma conexão muito débil (-0,20) com o resto dos subgrupos.

Na análise fatorial, por componentes principais, entre variáveis (Modo R; Figura 28), e retendo três fatores, se representa aproximadamente 88% da variância total, e a menos um umbral de 75% da comunalidade das variáveis empregadas.

Figura 28 - Cargas dos fatores em plano ortogonal tridimensional. Análise Fatorial Modo R. (Montaño et al., 1998).

- Fator 1, representa 56 % da variância total, está formado pelo: Resíduo Seco, Na, Cl, SO₄, D, ¹⁸O e CO₃H, este último com sinal negativo.

- Fator 2, representa 22 % da variância total e é formado por: temperatura e cota do topo das areias.

Através da interpretação dos escores fatoriais, se podem estabelecer a zona de influência de cada um dos fatores principais considerados, ou seja:

- O Fator 1, registra a influência na área de Vila Elisa, Almirón, Paso Ulliestie e Colón.

Figura 29 - Cargas dos fatores em plano ortogonal. Análise Fatorial por Componentes Principais (Modo Q). (Montaño, J. et al., 1998)

Na análise fatorial por componentes principais entre observações (Modo Q), se retiveram dois fatores que explicam 97,7 % da variância total:

A representação em um diagrama bidimensional das cargas dos fatores (Figura 29) permite identificar dois agrupamentos:

- uma delas formada pelos dados de: Colón, Federación, Dayman, Guaviyú e Arapey;

4.2.Recomendações

O conhecimento atualmente existente sobre a hidrogeoquímica do Sistema Aqüífero Guarani é fragmentário. Estudos foram realizados com base em números restritos de análises químicas, focalizadas sobretudo nos componentes dissolvidos majoritários e em porções territoriais espacialmente restritas. Foram produzidos alguns esboços de modelos conceituais tentando explicar o hidroquimismo, porém estes são muito preliminares e baseados em poucos dados.

Os principais parâmetros hidroquímicos de origem natural, até o momento detectados, inibidores da plena potabilidade das águas do SAG são o teor em flúor e a salinidade. Estes fatores são importantes nas porções de maior grau de confinamento do aqüífero, ou seja, nas porções mais internas da bacia. Especialmente quanto ao mencionado halógeno, sua gênese não está suficientemente esclarecida. Foram veiculadas hipóteses se singenética à fácies da Formação Pirambóia ou injetado posteriormente, carreado por fluidos relacionados a manifestações magmáticas pós deposicionais localizadas em determinados segmentos do SAG.

Em um corpo de água como é o caso do SAG, fenômenos de deterioração hidroquímica por processos de poluição estão restritos a suas áreas de recarga próximas às bordas das formações em pauta e a suas áreas de afloramento. Nas porções mais internas do aqüífero, em função da sua potenciometria, a contaminação através de poços mal construídos não aparenta ser significativa. Em todo o caso, devido à localização de regiões muito antropizadas justamente em zonas de recarga direta do SAG, como ocorre no Estado de São Paulo, um estudo hidroquímico envolvendo compostos orgânicos é importante.

No que diz respeito ao hidroquimismo do SAG, se faz mister relaciona-lo à dinâmica hídrica geral do sistema, uma vez que suas características estão diretamente vinculadas ao tempo de trânsito das águas em contato com as rochas. O estabelecimento de “células de recarga – descarga” terá importância crucial na modelagem e no equacionamento dos controles das características químicas das águas. No tratamento dos dados na interpretação dos resultados das análises hidroquímicas, deverão ser devidamente considerados, além da hidrogeodinâmica, os processos de interação água-rocha, essencialmente termodependentes.

Estabelecidos os padrões de fluxo do SAG, será importante a definição de pontos de coleta sistemática de água para análise química, ou seja, pontos de monitoramento permanente distribuídos em toda a extensão do aqüífero. Esta medida proporcionará uma avaliação a longo prazo das modificações hidroquímicas no decorrer do tempo. Estas modificações poderão ser por processos de poluição ou pela simples movimentação de água no seio do aqüífero, movimentação esta relacionada a processos estritamente naturais ou induzidos por bombeamento.

As novas coletas de amostras e análises químicas deverão ser perfeitamente padronizadas segundo normas reconhecidas internacionalmente, de modo a garantir a comparabilidade dos resultados.

Com o universo dos dados recuperados de bases existentes, acrescidos das novas informações levantadas no seio deste projeto, deverão ser gerados mapas contendo as características hidroquímicas de cada região do SAG. Estes mapas poderão ter versões mais completas para finalidades científicas, porém deverão ser priorizadas edições contendo com clareza os dados mais importantes para orientação de não especialistas, seja de órgãos públicos ou outros atores envolvidos na preservação ou aproveitamento das águas do Guarani. Dentre os produtos cartográficos deverão constar mapas integrados contendo um um zoneamento do SAG segundo os usos potenciais de suas águas pelas características químicas, volume disponível, nível termoenergético, vulnerabilidade, etc.

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5.AVALIAÇÃO DOS RECURSOS TERMAIS

5.1.Aspectos Gerais

El incremento comercial e industrial que se genera a partir de la consolidación del tratado Mercosur permite prever un continuo desarrollo socioeconómico de la región. La velocidad del desarrollo dependerá por un lado por los cambios en las políticas de bloques y por otro por la adecuación del Mercosur ha estos cambios y que lo coloque en una posición competente frente a los mercados económicos del resto del mundo.

En este ámbito de unión para el desarrollo se hace imprescindible el aprovechamiento integral de los recursos naturales disponibles para ser utilizados en forma eficiente en los procesos de producción. Entre ellos los recursos hídricos subterráneos tienen una importancia destacable como el Sistema Acuífero Guaraní la mayor reserva de agua subterránea de la región.

Este sistema hídrico tiene cualidades casi únicas en el mundo por su calidad, surgencia y termalismo. Estos tres componentes sumados a las propiedades dinámicas deberán ser estudiadas en detalle con el fin de aportar el conocimiento imprescindible que sirvan para establecer zonas con diferentes potencialidades de utilización en emprendimientos socioeconómicos.

Hasta el momento la utilización del agua termal del SAG se ha restringido mayoritariamente al Turismo, desaprovechando el resto de sus cualidades debido principalmente a la falta de una cultura de uso. En este marco el Proyecto que se plantea dará la enorme posibilidad de un fortalecimiento en el conocimiento termal que será la base para una utilización integral del SAG.

5.2.Características generales y uso actual

En los siglos XVII y XVIII tenían prestigio como balnearios termales en Europa y se destacan centros termales que se detallan el Cuadro 1.

El geotermalismo representa una fuente de energía que puede ser explotada económicamente, ya sea para producción de energía o para captación de aguas calientes.

En el actual estado de conocimiento, las áreas consideradas geotérmicas son representadas por zonas de la corteza terrestre con un gradiente geotérmico elevado, reflejado en temperaturas elevadas que se manifiestan en profundidad.

Las características de un área o de un campo geotérmico que sea susceptible de aprovechamiento, exigen la existencia de una anomalía geotérmica, de un reservorio constituido por rocas permeables dentro del cual circula el fluido geotérmico y de una cobertura impermeable sobre el reservorio para impedir que se pierda el calor por convección de fluidos hacia la superficie. Sobre estas condiciones, el geotermalismo también puede ser encontrado en cuencas sedimentarias, por ejemplo la Cuenca Sedimentaria de Paraná, o en el Este de China, en Nueva Zelandia, en Australia o en el Norte y Este de Europa.

El calor en reservorios geotérmicos es almacenado primariamente en las rocas, no en el fluido. Los fluidos geológicos son el vapor y el agua caliente con sustancias minerales. Los fluidos transportan el calor geotérmico hasta la superficie, a través de pozos que seccionan el reservorio. El aporte medio de calor interno en los terrenos continentales, se sitúa entre 1,2 y 1,5 x 10^-6 cal/cm²/s, pudiendo variar entre 0,7 y 2,5 x 10^-6 cal/cm²/s (Schoeller, 1962; White, 1970).

De acuerdo con la Geothermal Education Office (1997), los países y regiones que hacen uso del geotermalismo son los siguientes: China, Nueva Zelandia, Australia, Norte y Este de Europa, Estados Unidos, Rusia, Filipinas, Indonesia, Caribe, Japón, Canadá, México, América Central y del Sur, Italia, Islandia y los países del Este y Sur del Mediterráneo. China, Nueva Zelandia, Australia y Norte y Este de Europa, utilizan el geotermalismo de cuencas sedimentarias.

En el Este de Europa, las aguas calientes con temperaturas de hasta 80°C son obtenidas de pozos con profundidades de 500 a 2000m, perforados en cuencas sedimentarias. Este potencial es usado en Hungría (1630 GWh/año), Bulgaria (220 GWh/año), Polonia (206 GWh/año), Slovakia (502 (GWh/año) y en Rumania (360 GWh/año) para piscinas, estufas y Spas. En el sudeste de Hungría, donde los acuíferos termales son más profundos y más calientes (hasta 140 °C), más del 80% de las estufas son abastecidas con aguas geotermales.

En la región del este de China, en cuencas sedimentarias similares a las cuencas del norte de Europa, existen más de 400 pozos que abastecen 6000 kg/h de aguas calientes, con temperaturas entre 50°C y 70°C, que son utilizadas para el calefaccionamiento de ambientes, teñido de ropas y procesamiento de papel.

En las áreas rurales, el agua caliente es usada en estufas para el secado de la producción agrícola, especialmente de arroz, para el criado de peces (430 acres, (174 hás) de represas o lagunas). En toda esta zona del país, el agua caliente es usada para baño y calefacción. Pequeñas usinas geotérmicas, de 300 a 700 kWe de producción de energía, son utilizadas en la región este, planeándose para el año 2000 la producción de 80 a 100 MWe.

En la región norte de Nueva Zelandia, la producción actual de energía eléctrica a través de geotermalismo es de 157 MWe. En la localidad de Kaverau, 200 ton/h de vapor geotermal es usado directamente para secar pulpa de papel molido y también para general 16 MWe de electricidad. La capacidad geotermal total corresponde a 647 MWe.

En Australia se usan 29 GWh/año para piscinas y calefaccionamiento de ambientes. Usinas pilotos producen entre 20 y 150 KWe de acuíferos con aguas calientes. En el mayor acuífero de Australia, principal recurso de agua para la agricultura, el agua alcanza temperaturas de hasta 75°C. Las aguas calientes son utilizadas para teñido de ropas, para piscinas y en las estufas de secado de producción agrícola.

Dentro de los países del norte de Europa que utilizan aguas calientes de cuencas sedimentarias, se destacan: Francia (1470 GWh/año), Bélgica (28 GWh/año), Alemania (800 GWh/año), Suecia (267 GWh/año), y Suiza (964 GWh/año). En París, por ejemplo, existen pozos con 1800m que fueron perforados en la cuenca Aquitania, captando aguas con temperaturas de 45 a 85°C; estos pozos calefaccionan actualmente 200.000 residencias. Partes de Suiza, Alemania, Francia y Austria también utilizan aguas geotermales del Sistema Alpino para usos en Spas.

5.2.1Utilización económica del termalismo

El calor de la tierra es considerado como una fuente de energía importante y el modo de aprovecharlo, un desafío constante. Evidentemente existen condicionantes, tanto geológicos como económicos, que determinan que este recurso sea factible de ser explotado de manera satisfactoria y provechosa.

Los fluidos termales, expresión natural del calor terrestre, pueden ser utilizados de manera económica si se cuenta con ellos en cantidad suficiente. Los posibles tipos y usos de los mismos dependen en gran medida de la temperatura y características que posea dicho recurso.

La aplicación mundialmente más aceptada y difundida la constituyen las denominadas plantas geotérmicas, es decir instalaciones que generan electricidad a partir de calor almacenado en la tierra, ya sea en forma de vapor o agua a muy baja temperatura. Sin embargo, en los últimos años, la utilización de recursos termales de menor temperatura (< 120 °C) ha encontrado muchos adeptos, que han logrado importantes éxitos, en las denominadas aplicaciones de uso de calor directo. Esta práctica cuenta con un importante número de posibilidades de aplicación, abarcando una amplia gama de aspectos industriales (a pequeña, mediana y gran escala), agrícolas, mejoras de la calidad de vida y emprendimientos recreativos-sociales.

5.2.2Ejemplos de uso directo del calor (Cuadro 2)

El uso directo del calor es la forma más antigua, versátil y más común de utilizar los fluidos termales. Calefaccionamiento y refrigeración, emprendimientos en agricultura y acuicultura, entre otras, son algunas de las aplicaciones más conocidas y extendidas en las que se pueden utilizar los fluidos termales. La mayoría de estas aplicaciones requieren temperaturas en el rango de los 35 a 150°C.

Tradicionalmente el uso directo de los fluidos termales ha sido efectuado por particulares y a pequeña escala. Sin embargo, la eficiencia de las nuevas tecnologías ha hecho que desarrollos más recientes involucren proyectos a gran escala, tales como calefacción municipal, complejos de invernaderos o usos industriales importantes.

Una de las posibilidades del aprovechamiento del recurso termal es la balneología, que constituye uno de los usos más antiguos y difundidos en el mundo. En los últimos años el crecimiento de la industria del turismo ha experimentado un gran crecimiento y, dentro de esta, el turismo de salud un importante desarrollo. Existen diferentes alternativas que dependen de las cualidades químicas de las aguas, pudiendo desarrollarse centros recreativos o aquellos que brindan tratamientos de hidrología médica a través del uso de aguas termales y las curas hidrotermales.

El acondicionamiento de aire incluye tanto calefacción como refrigeración. La calefacción con fluidos termales tiene una amplia gama de aplicaciones, especialmente a una escala individual. La refrigeración por medio de la absorción de calor del recurso geotérmico se ha vuelto muy popular mediante el uso de bombas de calor geotérmico, las cuales, subterráneas y acopladas al terreno, se utilizan tanto para calefacción como refrigeración.

Las aplicaciones agroindustriales son particularmente atractivas porque no requieren temperaturas elevadas. Entre ellas pueden ser consideradas:

La aplicación más común de los recursos geotérmicos en la agricultura es el calefaccionamiento de invernaderos, el cual ha sido desarrollado a gran escala en muchos países. El cultivo de vegetales o flores fuera de estación, o en clima artificial, puede ahora apoyarse en una tecnología ampliamente experimentada. Se dispone de diversas soluciones para alcanzar las condiciones ideales de desarrollo, basadas en la temperatura optima de crecimiento y otras variables para cada planta en particular.

En el ámbito de la ganadería o el desarrollo de especies animales particulares, los ambientes calefaccionados y refrigerados en instalaciones bajo techo contribuyen a disminuir el índice de mortandad de recién nacidos, aumentar el grado de desarrollo, controlar el grado de enfermedades, aumentar el tamaño de las camadas, facilitar el manejo y recolección de residuos, y en la mayoría de los casos mejorar la calidad del producto.

La acuicultura consiste en la cría controlada de formas de vida acuáticas. En la actualidad esta actividad está ganando importancia en todo el mundo debido a la creciente demanda del mercado. Manteniendo artificialmente una temperatura óptima a través de los fluidos termales es posible criar especies más exóticas, mejorar la producción y, en ciertos casos, aún duplicar el ciclo reproductivo.

El secado y la deshidratación constituyen usos industriales importantes que requieren temperaturas moderadas. Diversos productos tales como vegetales y frutas, son factibles de ser deshidratados mediante el uso de cintas transportadoras y secadoras que generen temperaturas de aire en el rango de los 40 °C a 100 °C. El secado geotermal de alfalfa, cebolla, peras, manzanas y algas son ejemplos de este tipo de uso directo. Otros usos industriales es la extracción de compuestos químicos de salmueras geotermales, secado de pulpa de madera, lavado de metales preciosos, etc

INVERNADEROS POR MEDIO DE ESPACIOS COMBINADOS Y CALEFACCIÓN DE LECHOS CALIENTES

5.3.Antecedentes del SAG

La clasificación por temperatura de las aguas resulta un parámetro importante dado que ofrece una rápida referencia para su caracterización. En la bibliografía especializada es posible encontrar varias escalas orientadas a clasificar las aguas termales ya sea de captaciones por los criterios adoptados, involucrando referencias al clima particular de cada región y/o basados en la temperatura absoluta de la manifestación.

De acuerdo con la temperatura absoluta, existen clasificaciones que adopten diferentes intervalos, como se observa en el cuadro 3.

Como puede observarse hay varios criterios para clasificar las aguas termales por su temperatura. Esto varía según el país, de acuerdo a las aplicaciones de los fluidos y, probablemente, debido a que dicho parámetro no resulta definitorio por si sólo en cuanto a la información que brinda.

5.3.1Antecedentes de la región

La energía y el agua son requisitos imprescindibles para lograr la modernización de regiones y la consecuente mejoría de la calidad de vida de su población. La agricultura es una de las actividades más expresivas en las regiones que constituyen los países del MERCOSUR, siendo que su autosustentabilidad es posible solamente si hay aportes o incrementos de energía. Desempeña un papel fundamental como actividad económica de la región, siendo preponderante para el aumento de la productividad de las áreas cultivables mediante la utilización de sistemas de riego, así como también se hace necesaria la implantación continua de agro industrias, concomitantemente con la instalación de silos adecuados para el almacenamiento de granos. El aumento del trabajo y de la producción exige por otro lado, la oferta de actividades de placer para la comunidad en general. El uso de las aguas calientes en establecimientos termales proporciona momentos de esparcimiento en las personas y puede impulsar simultáneamente actividades de turismo como fuente de desarrollo, especialmente si están bien distribuidas geográficamente.

Las aguas del Sistema Acuífero Guaraní, cuando son requeridas para el aprovechamiento de su grado geotérmico, pueden ser aprovechadas para la implantación de establecimientos hidrotermales, amortiguación de heladas, secado de granos y de madera, hospitales y establecimientos deportivos, calefacción de condominios, así como también para pelar y limpiar cueros de animales e higienización de ambientes.

En la Cuenca Geológica de Paraná, donde se sitúa el Sistema Acuífero Guaraní, la ocurrencia de agua caliente no se debe a la existencia de cámaras magmáticas; la temperatura del agua, que llega hasta 68°C, se debe al grado geotérmico que varía entre 20 °C/km, a lo largo del Río Pelotas, y 29 °C/km en las demás regiones de confinamiento del acuífero. En la región de Cachoeira Dourada (MG), el gradiente geotérmico alcanza 55 °C/km (Araújo el al, 1995; Figura 30).

De acuerdo con los estudios desarrollados por Teissedre y Barner (1981), la relación de temperatura del agua en función de la profundidad, puede ser expresada por la siguiente expresión:

Donde T representa la temperatura medida en boca de pozo, P es la profundidad del techo del acuífero en metros. La temperatura de 22°C corresponde a la temperatura media anual registrada en la región, que varía de 21 a 23 °C. La recta establecida con la ecuación anterior, muestra un gradiente geotérmico de 1°C/35m, que es típico de zonas tectónicamente estables.

En Brasil, las primeras perforaciones donde se detectaron aguas termales se realizaron en la década del 70 en Fernandópolis, estado de San Pablo y en el Estado de Paraná.

Los primeros trabajos sobre Sistema Acuífero Guaraní a nivel de la Cuenca Geológica de Paraná, fueron elaborados por Araújo et al (1995) y Rosa Filho et al (1998). En ambos trabajos se presentan mapas de isotermas a escala 1.5000.000.

En Uruguay se conoce los antecedentes termales desde el año 1935 donde se realizó la primera perforación que captó agua de SAG, se trata de la perforación Nº 210 ejecutada por el IGU (Instituto Geológico del Uruguay).

En Argentina la primera perforación termal se realizó a fines de la década de 1980 en la localidad de Federación.

Con relación al mapa de isotermas, el gradiente medio de temperatura es del orden de 29 °C/km. En el límite de los Estados de Santa Catarina y Río Grande do Sul, especificamente en el curso del Río Uruguay, existen coberturas de rocas basálticas con apenas 400m de espesor. La temperatura de las aguas aumenta gradualmente de las áreas de recarga hacia el centro de la cuenca, en función del gradiente geotérmico natural de 1 °C/35m. Medidas efectuadas en los afloramientos indican valores de 22 a 25 °C. Las temperaturas de las aguas comprendidas entre 25 y 30° son típicas de bajo confinamiento, y de 30 a 60 °C son características de la mayor parte de las áreas confinadas.

A continuación se presentan algunos datos de antecedentes de pozos realizados en Uruguay y Argentina (Cuadro 4)

En algunas zonas de Brasil y Argentina la extracción de agua se realiza con bombeo ya que el caudal de las surgencias no satisface la demanda, colocándose bombas especiales que soportan altas temperaturas (mayor a 40º) y extraen caudales superiores a 100m3/h. El valor de estos equipos incrementan el costo de la perforación equipada en un 20% según los casos.

5.4.Referências Bibliográficas

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6.ANÁLISE DO COMPORTAMENTO HIDRÁULICO

6.1.Aspectos Gerais

Los antecedentes disponibles sobre la hidrodinámica del Acuífero Guaraní son escasos y en general se refieren a aspectos regionales de la misma. De Brasil se conocen 3 trabajos con redes de flujo regionales (Araújo et al, 1999; Rocha, G. A. 1996 y Rosa, da E. F. 1997). De Uruguay también existe un análisis hidrodinámico regional en Montaño et al, 1998. De Argentina y Paraguay no se conocen trabajos que se refieran a al hidrodinámica del AG. Lo expuesto evidencia la necesidad de realizar un esfuerzo considerable durante la etapa de ejecución del proyecto para cubrir con una cartografía adecuada la falencia que presenta actualmente el conocimiento hidrodinámico del AG.

Respecto a la captación y uso del AG en los 4 países lo que se conoce y que seguramente está muy desactualizado es que: en Brasil se abastece total o parcialmente a unas 300 ciudades de 5.000 a 500.000 habitantes, mediante la operación de unos 500 pozos. Uruguay registra alrededor de 130 pozos que se emplean para abasto humano, riego, balneoterapia e industria. En Argentina se han perforado 8 pozos profundos (de unos 1.000 m) en los últimos 5 años para balneoterapia, pero hay una cantidad mucho mayor en ámbitos donde el Acuífero es menos profundo, que se emplean para riego y para abasto humano. En Paraguay se citan alrededor de 100 pozos que abastecen a localidades de menos de 4.000 habitantes y un número desconocido de perforaciones particulares.

La información mencionada podrá precisarse durante la recopilación de información y el relevamiento hidrogeológico de campo que se realizarán durante el desarrollo del proyecto.

6.2.Estudos Isotópicos

El estudio isotópico del Acuífero Guaraní (AG) constituye un complemento de las evaluaciones hidrodinámicas e hidroquímicas que se harán en el mismo.

Los procesos físicos y meteorológicos responsables del transporte del agua en las diferentes fases del ciclo hidrológico, producen una caracterización isotópica de la misma, que resultan de gran utilidad en el estudio de su origen y comportamiento. Así, el fraccionamiento que afecta a los isótopos estables del agua (²H y ¹⁸O) y el decaimiento radiactivo del ³H y ¹⁴C, permitirán ajustar los resultados obtenidos con metodologías clásicas, especialmente en lo referente a: ubicación de ámbitos de recarga, circulación y descarga; establecer la vinculación de las aguas del AG con las de ciclo; apreciar las condiciones climáticas durante la evolución del AG; estimar la velocidad de flujo subterráneo.

Los antecedentes de estudios isotópicos en el AG son escasos. El único estudio realizado en Uruguay con datos de isótopos estables y ¹⁴C de las termas de Arapey, Guaviyú y Dayman obtenidos en INGEIS es el de Dellepere (1995). En Brasil se han hecho algunos intentos durante la última década donde el trabajo más importante es el de Kimmelmann et al (1995).

INGEIS posee además datos de isótopos estables y ³H de varios pozos en Argentina.

6.3.Bibliografia

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7.AVALIAÇÃO DA VULNERABILIDADE

7.1.Aspectos Gerais

El Sistema Acuífero Guaraní tiene una extensión aproximada a los 1.400.000 km², de los cuales el 35% se encontraría aflorando y el resto cubierto y protegido por diferentes formaciones geológicas.El área aflorante y/o con poca cobertura presenta una gran “sensibilidad” de ser afectada por las actividades antrópicas en función de sus características geológicas e hidrogeológicas.

Esta situación determina la necesidad de realizar un estudio que nos aporte información sobre los diferentes grados de vulnerabilidad que tiene el SAG en las áreas mencionadas, como herramienta que será utilizada en la prevención, protección del recurso y también para el ordenamiento territorial regional.

Es necesario destacar que el Proyecto daría la posibilidad de aplicar el capítulo 18 de la agenda 21 que trata sobre la protección de la calidad y abastecimiento de los recursos hídricos, enfatizando especialmente en la necesidad de la aplicación de criterios integrados para el desarrollo, manejo y uso de esos recursos, considerando el manejo holístico del agua como un recurso vulnerable y la integración en planos y programas hídricos sectoriales - que influyen en los planos económicos y sociales - medidas de importancia para la Planificación del Uso del recurso hídrico del SAG. Complementándose en los capítulos 14 y 17 donde se indica lo indispensable que resulta la protección de los recursos hídricos como uno de los parámetros fundamentales en el desarrollo sustentable de una región.

7.2.Vulnerabilidad de acuíferos a la contaminación.

El concepto de vulnerabilidad de acuíferos y las bases para la cartografía de vulnerabilidad a contaminantes fueron establecido por los hidrogeólogos franceses J.Margat y M Albinet en el final de la década de los 60, en tanto ZEKTSER et al, (1995), hacían mención a los mapas de vulnerabilidad de acuíferos realizados a partir de 1967 en países del este Europeo.

El concepto de vulnerabilidad de aguas subterráneas se basa en la suposición de que el medio físico pueda propiciar cierto grado de protección contra impactos naturales y humanos, con respecto a contaminantes introducidos en el medio subterráneo. La vulnerabilidad de acuíferos es definida como la posibilidad de introducción y propagación de contaminantes, bajo condiciones naturales, desde la superficie del terreno hasta el acuífero. Mapeamiento de vulnerabilidad es la representación en mapas de los varios grados de vulnerabilidad en función de las condiciones hidrogeológicas del acuífero (Albinet, Margat, 1970)

El concepto original de vulnerabilidad evolucionó a lo largo del tiempo, pasando a incluir factores como grado de protección contra contaminantes por la capa sobreyacente al acuífero y el potencial de purificación del agua contaminada en el acuífero, condiciones de flujo subterráneo, condiciones climáticas, riesgos de contaminación por el tipo de uso y ocupación del suelo.

En 1993, el Committee on Techniques for Assessing Groundwater Vulnerability of the National Research Council (USA), definió el término vulnerabilidad de acuíferos a contaminantes, como: “la tendencia o la probabilidad de que contaminantes alcancen una específica posición en el sistema de aguas subterráneas, después de la introducción en algún lugar de la superficie”.

Fueron también presentados, los conceptos de vulnerabilidad específica, que considera los efectos de un determinado contaminante a la actividad antrópica y, vulnerabilidad intrínseca, que no tiene en consideración ningún factor específico (VRBA; ZOPOROZEC, 1994).

En este trabajo se considera a la vulnerabilidad a la contaminación, como “una característica intrínseca de un acuífero que, determina la sensibilidad del acuífero a ser afectado por una carga contaminante impuesta”.

Los mapas de vulnerabilidad a la contaminación son instrumentos básicos para la toma de acciones previsivas, preventivas o correctivas, con respecto al uso y ocupación del suelo, además de la disciplina de la explotación de los recursos hídricos subterráneos.

7.3.Métodos de evaluación de vulnerabilidad de acuíferos.

Existen actualmente, una gran variedad de procedimientos de evaluación de vulnerabilidad. Barber et al (1993), agrupan esos métodos en cuatro clases: empíricos, determinísticos, estocásticos y probabilísticos.

7.3.1Métodos Empíricos

Los primeros métodos de evaluación de vulnerabilidad tenían en consideración, las condiciones geológicas, hidrogeológicas y edáficas, concentrándose principalmente, en la zona no saturada y en algunas propiedades de la zona saturada. Esos métodos son criticados por su carácter subjetivo, una vez que los valores atribuidos a las entidades pueden dar origen a criterios distintos de interpretación por diferentes personas. Otro cuestionamiento es la relatividad de los pesos dados a los diferentes atributos y también por dejar apenas implícitos, los procesos de atenuación e interacción entre las sustancias contaminantes y las partículas del suelo. La principal limitación de los métodos empíricos es que son métodos no calibrados y se basan en la experiencia del interprete para considerar cuales tipos de suelo o roca presentan mayor capacidad de atenuación con base apenas en características descriptivas (Barber et al, 1993).

Pueden ser destacados los siguientes métodos empíricos para evaluación de vulnerabilidad:

En 1970 establecieron los principios básicos de la cartografía de vulnerabilidad de acuíferos, considerando como medidas de grado de exposición natural y contaminación, las siguientes condiciones:

Introducción de contaminantes: tránsito vertical de contaminantes a través del suelo y de la zona no saturada, desde la superficie del terreno hasta el acuífero.

Propagación de contaminantes: dislocamiento del agua contaminada introducida en el acuífero, considerando el gradiente y las características hidráulicas del acuífero.

Persistencia de la contaminación: persistencia o no de la contaminación, después de cesadas las causas. Se relaciona con la renovación natural del agua del acuífero.

A partir de esos principios fueron definidas seis clases de terreno con base en la naturaleza geológica del subsuelo, profundidad de la superficie libre del acuífero y modalidad de drenaje y recarga de los acuíferos.

La vulnerabilidad es representada por las 6 clases jerarquizadas de la siguiente manera (Albinet, Margat, 1970):

Clase 1: Dominio de los aluviones. Caracterizado por niveles pocos profundos, frecuentemente en comunicación con cursos de agua superficiales. En este caso, las sustancias contaminantes existentes en las aguas superficiales se propagan a través del acuífero.

Clase 2: Dominio kárstico. Caracterizado por facciones kársticas muy desarrolladas, sin filtración y, con consecuencias de contaminación inmediatas.

Clase 3: Acuíferos fisurados, poco karstificados, donde la repercusión de contaminantes es todavía bastante rápida.

Clase 4: Acuíferos porosos, con movimiento y renovación de agua bastante lentos.

Clase 5: Acuíferos en los cuales el agua se propaga de modo muy variable. Se caracterizan por la alternancia de capas sedimentarias permeables y poco permeables.

Clase 6: Caracterizada por terrenos poco permeables o impermeables. No contienen acuíferos.

El método establecido es adecuado para producir mapas de evaluación cualitativa de vulnerabilidad en escala regional.

7.3.2Métodos GOD (Groundwater occurrence, Overall aquifer, Depth to groundwater)

El método GOD para evaluación de vulnerabilidad intrínseca de acuíferos es un método práctico y simple donde el grado de vulnerabilidad es resultado del producto de los valores atribuidos a los tres factores considerados por Foster et al, (1988), y descriptos abajo:

Caracterización de los estratos encima de la zona saturada, en términos de grado de consolidación y tipo litológico.

Los valores atribuidos a esos parámetros varían de 0 a 1. El producto de esos tres factores da la medida relativa de la vulnerabilidad del acuífero, como se muestra en el cuadro 8.

Cuadro 8: Sistema para la evaluación del índice de vulnerabilidad del acuífero

En este método, la vulnerabilidad del acuífero varía de 0 a 1. El menor valor de vulnerabilidad es 0,0016 si existe un acuífero y 0 si no existe. El valor 1 representa la vulnerabilidad más elevada. Son adicionados sufijos cualitativos a los índices numéricos para indicar el grado de fracturamiento y capacidad de atenuación de las rocas y suelo sobrepuestos al acuífero.

La vulnerabilidad del acuífero puede ser caracterizada por factores naturales como, el acceso de la zona saturada a la penetración de contaminantes y capacidad de atenuación, resultante de la retención físico-química de elementos contaminantes. La interacción de esos factores naturales con otros característicos de la carga contaminantes como el modo de disposición en el suelo o en subsuperficie y la movilidad físico-química y la persistencia del contaminantes, permite evaluar el grado de riesgo de contaminación al que un acuífero está sujeto.

En lo que se refiere a la carga contaminante, se analizan cuatro características: clase de contaminante, cuanto a tendencia de degradación; intensidad del evento de contaminación, en términos de concentración relativa; modo de disposición de la carga contaminante; y duración de la aplicación, en términos del período en que es aplicada y de la probabilidad que alcance el subsuelo. Esos cuatro componentes son analizados separadamente y no transformados en un índice único, a semejanza de la vulnerabilidad. En función de la dificultad de caracterización de la carga contaminante se propone, como alternativa viable, tratar esa cuestión por grupos de actividades generadoras de contaminación como: ocupación urbana, industrial y agrícola.

La interacción entre el mapa de vulnerabilidad del acuífero y la distribución espacial de la carga contaminante en superficie permite la caracterización de las áreas de riesgo.

DRASTIC (D = Depth to groundwater, R = net Recharge; A = Aquifer media; S = Soel media; T = Topgraphy; I = Impact of vadose zone; C = hydraulic Conductivity).

El método DRASTIC fue utilizado principalmente en los Estados Unidos y Canadá, para evaluación de vulnerabilidad regional de acuíferos. La sigla DRASTIC corresponde a las iniciales de los parámetros usados para evaluar la vulnerabilidad intrínseca de los acuíferos. Cada parámetro tiene un ponderador predeterminado y fijo, que refleja la importancia relativa de ese parámetro en el cálculo de vulnerabilidad. Los parámetros asumen valores que varían de 1 a 10 y los pesos varían de 1 a 5. Existen dos series de ponderadores, una para el “índice general” y otra para el “índice agrícola”. La primera serie de pesos busca relacionar la vulnerabilidad a los factores hidrogeológicos y morfológicos. La segunda busca reflejar el uso de agroquímicos en áreas agrícolas. Esas dos series no pueden ser comparadas entre sí y están presentadas en cuadro 9.

INDICE DRASTIC = D_RD_W  R_RR_W  A_RA_W  S_RS_W  T_RT_W  I_RI_W  C_RC_W

Los caracteres R y W corresponden a la tasa y peso del parámetro respectivamente. Los índices DRASTIC varían en el intervalo de 23 a 230 para el índice general y de 26 a 260 para el agrícola. La vulnerabilidad aumenta a medida que aumenta el valor del índice.

El desarrollo o adaptaciones de métodos de evaluación de vulnerabilidad de acuíferos son hechos, normalmente, para alcanzar objetivos específicos o para incluir parámetros considerados importantes y no son tenidos en cuenta por otros métodos. Algunos ejemplos son presentados:

Muñoz y Langevin (1991), buscando la calidad de los acuíferos de la Ciudad de Guatemala, adoptan una metodología que integra factores considerados invariables en la escala de tiempo antrópica, tales como, geología, geomorfología e hidrogeología, para generar un mapa de vulnerabilidad. El cruzamiento de las informaciones contenidas en el mapa de vulnerabilidad con factores antrópicos evolutivos como uso del suelo y actividades socioeconómicas da como resultado el mapa de riesgo del acuífero.

Los parámetros utilizados para crear los mapas de vulnerabilidad son presentados en cuadro 10 y los riesgos en el cuadro 11.

A cada factor está asociado un valor normal y un peso global. El valor normal exprime el grado de jerarquía dentro de un mismo factor y el peso global exprime el grado de importancia o influencia de cada factor. Esos valores son establecidos en forma subjetiva y tienen la finalidad de permitir, a través de una abordaje cuantitativo, establecer el zoneamiento cualitativo de la vulnerabilidad y riesgo del acuífero. Fueron establecidas cuatro clases de vulnerabilidad:

Para la carta de riesgo (sensibilidad), también fueron establecidos cuatro intervalos:

Para determinar el impacto de cargas contaminantes en zonas de vulnerabilidad de un acuífero en la región de Beauce (Francia), Hrkal, Trouillard (1994) crearon cuatro mapas básicos:

-Carga de contaminación: representando los peligros reales o potenciales de contaminación del acuífero.

-Condiciones climáticos: tienen en cuenta la precipitación atmosférica, como importante medio de transporte de contaminantes desde la superficie del terreno hasta el acuífero.

-Vulnerabilidad: evaluando la capacidad natural de defensa del acuífero contra la contaminación.

-Calidad del agua subterránea: contaminación del agua subterránea expresada en función de la concentración de nitratos y como resultado de la acción humana.

Cada uno de esos mapas es multiplicado por un valor que refleja su importancia dentro del área de estudio. Los parámetros utilizados son presentados en los cuadros 12 al 15.

Cuadro 13: Clasificación de la precipitación usada en la región de Beauce (Hrkal, Trouillard, 1994)

Cuadro 14: Clasificación de la carga de contaminación impuesta (Hrkal, Trouillard, 1994)

Cuadro 15: Clasificación de vulnerabilidad usada en la región de Beauce (Hrkal, Trouillard, 1994)

7.3.3Métodos Determinísticos

El método determinístico focaliza la contaminación del agua subterránea por pesticidas a través de modelos matemáticos de transporte en medio no saturado, basándose en las ecuaciones de dispersión y adveción y funciones de decaimiento de las sustancias contaminantes. Este método requiere datos detallados sobre el contenido del agua en el suelo, contenido de materia orgánica, conductividad hidráulica, tiempo de percolación, capacidad de atenuación y tasas de degradación, para determinar el comportamiento de contaminantes en los ambientes hidrogeológicos. En la práctica, son usados algorítmos analíticos simplificados para calcular el índice potencial de lixiviación (IPL), expresado por la siguiente ecuación (Barber et al, 1993)

Las simplificaciones necesarias para derivar la ecuación encima, la necesidad de conocerse el contenido medio de materia orgánica en el suelo y en la zona no saturada y la dificultad para determinar el factor de retardo para contaminantes inorgánicos son las principales limitaciones para la aplicación del método. En el caso de compuestos orgánicos (pesticidas), el factor de retardo puede ser estimado a partir de la solubilidad de esas sustancias. El cuadro 16 representa el flujograma y los datos necesarios para el cálculo del índice potencial de lixiviación (ILP)

Cuadro 16: Procedimiento para derivación del índice de lixiviación (Barber et al, 1993)

7.3.4Métodos Estocásticos

Usa métodos estadísticos para combinar variables numéricas y categóricas disponibles para general el mapa de vulnerabilidad. Experiencias de aplicación de ese método fueron hechas en Australia, usando el método estadístico de análisis espacial denominado “pesos de evidencia”, que busca asociaciones entre variables espaciales y la presencia de contaminantes en el agua subterránea.

En la modelación por “pesos de evidencia”, la distribución de variables binarias (presencia/ausencia de nitratos y/o pesticidas en el agua subterránea) es determinada y relacionada las variables binarias espaciales preditivas tales como presencia de un tipo particular de suelo, o nivel del agua subterránea próximo a la superficie.

Este método combina los beneficios de los métodos empíricos usando combinaciones de variables numéricas y categóricas disponibles, con el conocimiento de la vulnerabilidad real determinada por la respuesta de variables específicas, en área con fuentes de contaminación conocidas, para generar un modelo numérico calibrado. Las limitaciones de este método son la disponibilidad y calidad de los datos de las variables respuestas y preditivas que serán usadas para producir y calibrar el modelo numérico

Métodos Probabilísticos

Se basa en la simulación del transporte y destino de pesticidas que podrían alcanzar el agua subterránea bajo condiciones específicas. Usa modelos probabilísticos para evaluar los riesgos de contaminación del agua subterránea teniendo en cuenta la variabilidad espacial de parámetros como, coeficiente de dispersión, tasa de degradación y velocidad de percolación entre otros.

Un resumen de los métodos empleados a nivel mundial desde 1964 realizado por Legrand en Francia hasta 1993 (Hirata), que fue el último registro bibliográfico consultado es presentado en el cuadro 17.

Cuadro 17: Principales métodos para la determinación de la vulnerabilidad y del riesgo de contaminación de acuíferos.

7.4.Antecedentes en el área del SAG

La primera experiencia de mapeamiento de vulnerabilidad de acuíferos hecha en el Brasil fue realizada en 1971, en la región de Campinas (SP), utilizando como criterios, datos litológicos, hidrogeológicos y de riesgos de contaminación (Taltasse, 1972).

También son conocidos los mapeos de vulnerabilidad y riego de polución de aguas subterráneas en el estado de San Pablo, realizados en el año 1997 por el Instituto Geológico, Compañía de Tecnología de Saneamiento Ambiental y Departamento de Aguas y Energía.

Como información complementaria podemos destacar que existen varios Estados de Brasil que cuentan con información de vulnerabilidad de áreas del SAG (Rio Grande y Estado de Paraná).

En Argentina se han realizado varios trabajos sobre vulnerabilidad en diferentes provincias por parte de la Universidad de Buenos Aires y el Instituto Nacional del Agua, no existiendo antecedentes en el área del SAG

En Uruguay existen antecedentes de estudios de vulnerabilidad en el área aflorante del SAG por parte de la Universidad de la República y Obras Sanitarias del Estado.

En Paraguay son conocidos los trabajos aportados por el Sistema Ambiental de Región Oriental sobre vulnerabilidad de acuíferos y mapas de riesgo, no teniendo antecedentes con este tipo de trabajo en el área del SAG.

7.5.Bibliografia.

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1.CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

1.1.Objetivos Gerais

1.1.1Inventário de Poços

Compilar, avaliar e classificar os dados geológicos, hidrogeológicos, hidroquímicos e de uso da água, de poços penetrantes no SAG. Tais dados serão organizados e disponibilizados aos outros grupos de estudo do projeto em formato adequado às solicitações.

1.1.2Caracterização Física

Definir a geometria do aqüífero e as condicionantes hidrogeológicas que governam o fluxo e a qualidade da água através do aqüífero, utilizando os conhecimentos básicos de geologia, geofísica, hidroquímica, hidrodinâmica e hidrotermalismo relacionados ao SAG.

1.2.Objetivos específicos

1.2.1Inventário de Poços

a) Compilar, avaliar e padronizar os dados hidrogeológicos, hidráulicos, geológicos, geofísicos, cartográficos, de poços penetrantes no SAG, obtidos nos banco de dados de instituições públicas localizadas na área de abrangência do SAG.

b) Compilar, avaliar e padronizar os dados hidrogeológicos, hidráulicos, geológicos, geofísicos, cartográficos, de poços penetrantes em aqüíferos sobrejacentes ao SAG, obtidos nos banco de dados de instituições públicas localizadas nos quatro países abrangidos pelo SAG.

c) Fazer a verificação de campo dos dados obtidos e conferir ou determinar as coordenadas geográficas de pontos de águas do SAG (poços e nascentes naturais).

d) Preparar e disponibilizar o banco de dados de poços, em formato adequado às solicitações dos outros grupos de estudo do projeto.

1.2.2Caracterização Física

a) Definir a geometria tridimensional do aqüífero, considerando os conhecimentos já existentes e os a serem obtidos pelos grupos de estudo da Atividade 1.

b) Elaborar mapas de isópacas mostrando a espessura do SAG e dos aqüíferos sobrepostos, nas escalas de 1:1.000.000, 1:500.000 e 1:250.000, de acordo com a distribuiçao espacial dos dados.

c) Elaborar mapas temáticos do aqüífero com base em informações de potenciometria, qualidade química, hidrotermalismo e de características hidrodinâmicas, nas escalas mencionadas.

d) Elaborar mapas de áreas de recarga e de descarga do SAG, nas escalas mencionadas.

e) Elaborar mapas de localização de poços e fontes naturais do SAG e de poços de aqüíferos sobrejacentes cujas águas apresentem composição química que indique possível mistura com águas do SAG, nas escalas mencionadas.

f) Estabelecer as características gerais e o potencial em recursos hídricos do SAG, com base nas propriedades intrínsecas do meio físico, qualidade da água, comportamento hidráulico e balanço hídrico.

1.3.Produtos e Atividades a Serem Realizados na Expansão do Projeto

A demanda crescente por água de boa qualidade requer a busca de novos mananciais, concomitante com a sua proteção ambiental e o seu gerenciamento sustentável. A utilização do SAG, mais do que apenas uma reserva estratégica de água para as gerações futuras, representa uma grande possibilidade de acelerar o desenvolvimento sócio-econômico das regiões do MERCOSUL, com menos recursos financeiros, sem os efeitos negativos ao meio ambiente normalmente resultantes da construção de grandes obras.

Uma vez definidas as dimensões e as características físico-químicas do SAG, torna-se possível apontar as primeiras recomendações quanto aos vários usos das águas captadas deste aqüífero e as possibilidades de incrementar outras modalidades de uso que favoreçam a implantação de empreendimentos na região, quais sejam:

1) Como fonte de abastecimento público. As águas, de modo geral, são de boa qualidade, inclusive dispensando tratamentos químicos convencionais para a sua potabilização, e as obras de captação podem ser instaladas próximas das estações de distribuição sem necessidade de construção de barragens, geralmente mais onerosas e com efeitos negativos ao meio ambiente. A alternativa de utilização das águas subterrâneas vem tornando-se freqüentemente a mais viável, sobretudo onde as águas de superfície são cada vez mais poluídas pelo lançamento de esgotos e efluentes industriais não tratados e pelas águas de escoamento contaminadas por insumos químicos utilizados na agricultura.

2) Como meio para desenvolver as atividades agro-industriais de uma região cuja maior vocação natural é a agropecuária e que possui uma forte intenção de fixá-la mais consistentemente, inclusive com geração de empregos no interior dos Estados e Províncias. As temperaturas das águas utilizadas na agro-indústria oscilam entre 37ºC e 65ºC, especialmente quando são destinadas à lavagem de carcaças de animais, à secagem de grãos, à climatização de chocadeiras e aviários. As águas do aqüífero são termais e por isto podem ser utilizadas economizando energia, ao contrário dos combustíveis tradicionais que geram CO₂, H₂S, metais pesados, desmatamentos e alagamentos. Quando resfriadas ou em regiões onde a temperatura das mesmas não são elevadas, elas podem ser utilizadas para agro-indústrias e para a irrigação de culturas, o que, aliás, em vários casos permite o aumento da produtividade agrícola em até 40%.

3) Como meio para desenvolver o turismo. A instalação de estâncias hidrotermais na região central da Bacia do Paraná representa uma forma de promover o lazer de sua população e uma fonte de receita de expressivo significado econômico.

As atividades previstas para serem realizadas no tema “Caracterização do Aqüífero e Inventário de Poços”, são as seguintes:

-Compilação, análise e padronização de dados geológicos, geofísicos, cartográficos, hidrogeológicos, hidroquímicos e de relatórios e testes de produção de poços penetrantes no SAG e nos aqüíferos sobrejacentes (Serra Geral, Caiuá, etc).

-Revisão e/ou determinação de coordenadas geográficas e altitudes de poços e fontes naturais do SAG.

-Elaboração de mapas de pontos (poços e fontes), nas escalas 1:1.000.000, 1:500.000 e 1:250.000, de acordo com a distribuição espacial dos dados.

-Elaboração de mapas temáticos do aqüífero, nas escalas citadas no item anterior, com base em informações de espessura, potenciometria, temperatura da água, espessura do pacote de rochas sobrepostas ao aqüíferos e outras.

1.4.Metodologia Preliminar para Alcançar os Produtos Previstos

A atualização da geometria do SAG, a partir da compilação de dados de poços perfurados mais recentemente, associados aos dados existentes, e o tratamento digital sobre a distribuição do aqüífero, das rochas sobrepostas, bem como da potenciometria e de curvas de isotermas, representa a metodologia que resultará na compreensão sobre a distribuição do SAG em toda a sua área de ocorrência. Este trabalho se fará através da organização de dados por meio de revisões e análises das informações básicas publicadas em veículos técnico-científicos e em relatórios sobre perfurações cadastradas em instituições públicas e privadas. Para cada ponto, poço e fonte natural, serão levantadas as coordenadas geográficas (UTM) e as cotas do terreno. Nos poços parcial ou totalmente penetrantes no SAG e que são representativos de uma determinada região, serão também feitas coletas de água para análises físico-químicas.

Os dados serão tratados a partir de grids de espessuras e curvas de contorno do aqüífero, igualmente das rochas basálticas sobrepostas ao mesmo, das cotas potenciométricas e da temperatura da água. Este trabalho será feito através da transformação dos dados armazenados em planilhas do programa Excel para uma linguagem compatível com o programa Geosoft. Para o cálculo das espessuras de basaltos e do SAG, nas regiões delimitadas pelo estudo, serão processados dados a partir de células com dimensões de 2.000 m pelo método da curvatura mínima e para os cálculos das cotas potenciométricas será utilizado um tamanho de célula de 4.000 m. A geração do mapa planialtimétrico será também feita utilizando-se o programa Geosoft, com um tamanho de célula de 2.000 metros pelo método da curvatura mínima. A aquisição dos dados de altimetria será feita via Internet, no NGDC (National Geophysical Data Center). Estes dados apresentam-se regularmente espaçados numa malha de 5 minutos (graus decimais).

O produto deste trabalho será apresentado sob a forma de mapas (escalas 1:100.000; 1:250.000; 1:1.000.000; 1:2.000.000, dependendo da concentração de dados) de isópacas do SAG, e da sua potenciometria, de isópacas das rochas sobrepostas ao SAG e mapas de isotermas.

1.5.Custos do Tema Caracterização Física e Inventário de Poços (em US$)

2.GEOLOGIA

2.1.Objetivos Gerais

Adquirir informações geológicas necessárias ao desenvolvimento de um modelo exploratório para o SAG, incluso as rochas sedimentares arenosas e as rochas vulcânicas fraturadas, com enfoque principal nos aspectos estruturais/estratigráficos e suas implicações na hidrodinâmica e hidroquímica.

2.2.Objetivos Específicos

Mapear os condutos potenciais para percolação e definir zonas de descarga intermediárias do SAG, antes da descarga principal na porção sudoeste das Bacias do Paraná e Chaco-Paraná;

Avaliar os fatores geológicos controladores da potabilidade, tais como a presença de lineamentos ou a proximidade à seção sedimentar triássica, em especial nas situações em que há uma correlação entre poços profundos e teores elevados de fluoreto.

Representar os sistemas integrados de condutos e compartimentos, com controles estratigráficos e/ou estruturais, através de modelos geológicos tridimensionais baseados em levantamentos de campo.

Caracterizar os padrões deformacionais meso-cenozóicos na Bacia do Paraná, relacionados com as intrusões de diques de diabásio e reativação de paleolineamentos, em especial nas áreas de afloramento das Formações Pirambóia, Rosário do Sul, Botucatu e Serra Geral, no Brasil, e Formação Misiones, no Paraguai;

Avaliar os controles na vazão e qualidade de águas em aqüíferos fraturados nas vulcânicas, quando estes encontram-se contaminados por água provenientes do SAG;

2.3.Produtos e Atividades

2.3.1Produtos (em ordem decrescente de prioridade)

2.3.2Atividades (em ordem de execução)

2.4.Metodologia

Quase a totalidade do SAG está em territórios brasileiro e paraguaio. Apenas uma pequena parte aflorante encontra-se no Uruguai. Por uma questão logística, priorizou-se o estudo no território brasileiro por este conter a zona de recarga principal do SAG (bem como também zonas de descarga) e por conter a maior parte dos dados já existentes. No Paraguai o trabalho é também fundamental, tendo em vista a influência do nível de base do Rio Paraná na dinâmica do SAG. A potenciometria indica um gradiente de fluxo para SW, sugerindo que a Formação Missiones seja uma região de escape para o aqüífero. Porém em muitos casos, a Formação Missiones funciona como zona de recarga do SAG. Tal aspecto controverso justifica um esforço adicional no levantamento de dados na região.

Os critérios utilizados para escolha das áreas de estudo de detalhe na Fm. Serra Geral foram: (1) presença de poços produtores nos aqüíferos fraturados, que apresentam características hidroquímicas da água do SAG, evidenciando a contaminação; (2) proximidade ao Arco de Rio Grande e Ponta Grossa; (3) qualidade dos afloramentos e quantidades de dados de poços disponíveis.

2.4.1Trabalhos de Campo no Brasil

Em virtude da extensão do SAG e das necessidades de coletar informações que deverão ser extrapoladas, pretende-se concentrar os trabalhos em áreas piloto, escolhidas para cobrir levantamentos locais com adequadas quantidade e qualidade de informações: (1) nos aqüíferos fraturados, próximo aos Arcos de Ponta Grossa e Rio Grande, em regiões onde dados hidroquímicos mostram a comunicação com o SAG; (2) em áreas específicas de afloramento na faixa de afloramento das Fms. Pirambóia e Botucatu na região do Arco de Ponta Grossa, dado o caráter de compartimentação já citado, principalmente entre as zonas de falha de São Jerônimo-Curiúva e Rio Alonzo; (3) no estado de São Paulo, próximo à cidade de São Pedro e (4) no Alto Araguaia, devido à característica de recarga e proteção ambiental. No caso do Alto Araguaia, a escolha também deveu-se à carência de informações estratigráficas e estruturais.

De modo geral, prevê-se o levantamento detalhado das associações litofaciológicas e do padrão de fraturamento, em termos de distribuição, gênese, cronologia e tipologia (fraturas abertas ou fechadas, preenchidas, etc), em conjunto com a distribuição espacial das camadas de rochas sedimentares e vulcânicas, cujos resultados serão utilizados para caracterizar a direção e mergulho das feições planares e lineares com potencial para controlar a percolação e comunicação entre aqüíferos.

Para análise da Formação Serra Geral, os levantamentos serão concentrados em 4 áreas piloto de 50x50 km: (1) Marechal Cândido Rondon, PR; (2) a Leste de Campo Mourão, PR; (3) Londrina, PR e (4) entre as cidades de Itacurubi e Alegrete, RS, totalizando 10.000 km². Considerando a intenção de mapeamento na escala 1:25.000 dessas quatro áreas, serão necessários 300 dias de trabalho de campo, distribuídos durante os quatro anos do projetos.

Na faixa de afloramentos das Formações. Pirambóia e Botucatu, os trabalhos serão efetuados em três áreas-piloto: (1) no Paraná, nas zonas de cruzamento das estruturas NW, do Arco de Ponta Grossa, com a faixa de afloramentos dos reservatórios; (2) em São Paulo, em área específica a ser definida com o desenvolvimento dos trabalhos, provavelmente entre as cidades de São Pedro e Santa Rita do Passa Quatro; (3) no Alto Araguaia, estados de Goiás e Mato Grosso do Sul. Nessas três áreas não serão feitos mapeamentos em escala de detalhe, porém o trabalho será direcionado ao levantamento seletivo de informações estruturais em áreas-chave. Prevê-se cerca de 60 dias de campo para cada uma das áreas, totalizando 180 dias de levantamentos. Os trabalhos deverão ser escalonados, no primeiro ano sendo concentrados no Estado do Paraná e, a partir do segundo ano, nos estados de São Paulo e Goiás/MatoGrosso.

Trabalhos de campo complementares (120 dias) serão desenvolvidos em coberturas terciárias e quaternárias ao longo da calha do Rio Paraná, com ênfase nas porções oeste dos estados do Paraná e São Paulo e sudeste do Mato Grosso do Sul, para definição da tectônica atuante durante o Cenozóico, em especial quanto ao potencial para reativação de falhas pré-existentes. Para a preparação de banco de dados, serão cadastrados os poços existentes (em parte já feito), e interpretadas as fotos aéreas na escala 1:25.000, imagens de satélite Landsat TM e cerca de 500 perfis de poços selecionados (Petrobrás, CNEN, CPRM e poços para água).

2.4.2Levantamento de Dados Geológicos no Paraguai

A Formação Misiones, no Paraguai, é definida com base em mapeamento geral na escala 1:1.000.000 e carece, portanto, de detalhamento quanto à caracterização litoestratigráfica e estrutural. Este aspecto justifica a ampliação dos conhecimentos baseados em levantamentos geológicos, que oriente uma melhor caracterização hidroestratigráfica da unidade. Além do aspecto de mapeamento geológico, as informações serão também armazenadas em bancos de dados acessíveis ao usuário. Está prevista a expansão do conhecimento técnico-científico do SAG no Paraguai, para definir suas fronteiras físicas (mapeamento), identificação de unidades litológicas, comportamento estrutural, caracterização petrográfica, extensão, espessuras, correlações laterais, distribuição geométrica, áreas de recarga/descarga, transmissividade (porosidade, permeabilidade e velocidade). Em paralelo, será desenvolvida a investigação de depósitos quaternários, particularmente abaixo da cidade de Encarnación.

2.4.3Elaboração do Banco de Dados

A preparação do banco de dados seguirá a estratégia de organização inicial de um dicionário de dados específico, para posterior inclusão dos dados em ArcView, definição da topologia e preparação de chaves de acesso e identificação. As informações georeferenciadas e disponíveis em meio digital serão armazenadas automaticamente em formato ArcInfo, os mapas antigos em papel serão digitalizados e as informações numéricas serão registradas em planilhas. Os perfis compostos de poços mais importantes serão também digitalizados e georeferenciados.

2.4.4Análise de Imagens de Satélite

A análise de imagens de satélite e fotos aéreas será desenvolvida em duas etapas complementares. A primeira incluirá o traçado, em meio computacional, das feições de relevo indicativas de litologia e estrutura, tais como rupturas de relevo, áreas escarpadas, alinhamentos, formas de encosta e textura; a partir do traçado inicial serão desenvolvidos mapas morfoestruturais em escala regional (1:250.000 e 1:100.000) e local (1:25.000). A segunda envolverá a análise espectral e classificação semi-automática, a partir da combinação de bandas de imagens Landsat TM, 1 a 7.

2.4.5Análise Estrutural

A análise estrutural seguirá a seguinte seqüência de atividades: 1) descrição em campo e foto aérea/imagem dos elementos estruturais (falhas, sistemas de juntas e geometria de camadas); 2) reunião dos dados em diagramas sinópticos e mapas de síntese; 3) separação de conjuntos de estruturas e domínios estruturais por eventos; 4) análise estrutural cinemática e 5) análise estrutural dinâmica. Como informação adicional, serão feitas interpretações de seções sísmicas de reflexão (a serem solicitadas à ANP – Agência Nacional de Petróleo no Brasil), com o propósito de caracterizar a geometria das estruturas em subsuperfície.

2.4.6Análise Neotectônica

A análise neotectônica terá como princípio a elaboração de mapas morfotectônicos, modelos digitais do terreno e mapas geomorfológicos. Será dada uma ênfase especial ao registro deformacional observado nas coberturas cenozóicas, tendo em vista a necessidade de se caracterizar a tectônica atuante após o magmatismo mesozóico, cuja atividade pode gerar novas falhas ou reativar falhas pré-existentes, o que certamente implica no comportamento hidrológico do SAG.

2.4.7Modelagem Geométrica Tridimensional

A modelagem dos aqüíferos incluirá a representação tridimensional das rochas vulcânicas, sedimentares e estruturas rúpteis mapeadas. O principal propósito da modelagem é montar um arcabouço geométrico do meio, para subsidiar as análises hidrogeológicas quanto à determinação de gradientes de fluxo, distribuição de vazões e balanço hídrico. Serão feitas tentativas de definir áreas favoráveis, considerando a vazão e a qualidade da água, a partir da ponderação de variáveis consideradas controladoras do SAG. Os modelos tridimensionais serão utilizados como input para a simulação numérica.

2.4.8Consultoria

As consultorias requeridas serão utilizadas para planejar a forma e direcionar o levantamento de dados e a preparação para modelagem geométrica tridimensional. Com este propósito, está prevista a consultoria de um especialista em hidráulica de meios, num total de 120 horas para os quatro anos do projeto.

2.5.Custos do Tema Geologia (em US$)

3.GEOFÍSICA

3.1.Objetivos Específicos

Os principais objetivos específicos da geofísica aplicada no contexto do Projeto Proteção Ambiental e Gerenciamento Sustentável Integrado do Sistema Aqüífero Guarani são os seguintes:

 mapeamentos geofísicos multimétodos em alvos pré-selecionados pela integração dos dados aerogeofísicos regionais e de sísmica de reflexão, geofísicos terrestres, geológicos e hidrogeológicos, visando a caracterização de áreas favoráveis à exploração sustentável do Aqüífero Guarani;

 caracterização geofísica das espessuras dos pacotes rochosos sobrepostos ao Aqüífero Guarani;

 identificação de anomalias geofísicas (aéreas e terrestres), correlacionáveis ao arranjo geométrico do aqüífero em subsuperfície, selecionando zonas de predominância de diques de diabásio, as quais influenciam a livre circulação das águas subterrâneas;

3.2.Produtos e Atividades

3.2.1Produtos

 mapa aeromagnetométrico e de interpretação da Bacia do Paraná no Brasil, em escala 1:2.500.000;

 mapas parciais e de interpretação aeromagnetométrica de áreas selecionadas da Bacia do Paraná no Brasil, em escalas 1:100.000 e 1:250.000;

 mapa gravimétrico e de interpretação da Bacia do Paraná no Brasil, em escala 1:2.500.000;

 mapas parciais e de interpretação gravimétrica de áreas selecionadas da Bacia do Paraná no Brasil, em escalas 1:100.000 e 1:250.000;

 mapa de interpretação geofísico-geológico da Bacia do Paraná no Brasil, em escala 1:2.500.000;

 mapas parciais de interpretação geofísico-geológicos de áreas selecionadas da Bacia do Paraná no Brasil em escalas 1:100.000 e 1:250.000;

 mapas aeromagnetométricos e aerogamaespectrométricos de interpretação dos dados de alta resolução adquiridos;

 mapas e perfis gravimétricos, magnetométricos, gamaespectrométricos, eletroresistivimétricos e de interpretação dos dados terrestres levantados;

3.2.2Atividades

 avaliação, integração e interpretação de todos os levantamentos aerogeofísicos e de sísmica de reflexão na área de interesse do Projeto (Figura 12);

 levantamento de cerca de 75.000km de linhas aeromagnetométricas e aerogamaespectrométricas de alta resolução, espaçadas de 500m e 1000m, além da geração e interpretação de mapas de contorno do campo magnético residual, do K, do U, do Th e de suas razões, em escala 1:50.000, perfazendo uma área aproximada de 75.000km², com ênfase na identificação de diques de diabásio;

 400km de perfis magnetométricos e gamaespectrométricos terrestres, com leituras espaçadas de 10 em 10m, priorizando a caracterização das espessuras, mergulhos e profundidades ao topo de diques de diabásio e de suas respostas radiométricas;

 200km de perfis gravimétricos, com espaçamentos variáveis, com vistas à definição de estruturas rasas e profundas, associadas ou não aos diques de diabásio, de interesse à prospecção hidrogeológica;

 30km de caminhamento e imageamento elétricos, além de 30 sondagens elétricas verticais, visando definir zonas de fraturas favoráveis à percolação de águas subterrâneas e estimativas das espessuras das camadas basálticas.

3.3.Metodologia

3.3.1Aerogeofísica

Os dados dos levantamentos aeromagnetométricos já existentes (Figura 12), serão avaliados e integrados de acordo com metodologia desenvolvida pelo Laboratório de Pesquisas em Geofísica Aplicada (LPGA/UFPR), a qual envolve micronivelamento e nivelamento dos dados, redução a níveis temporais e espaciais específicos e posterior integração digital, resultando em mapas aeromagnéticos residuais da Bacia do Paraná. Já os dados aerogeofísicos (magnetométricos e gamaespectrométricos) de alta resolução adquiridos pelo presente Projeto, serão dirigidos à áreas previamente selecionadas com base na análise e avaliação da cobertura já existente, em associação com os dados geológicos e hidrogeológicos. A aerogeofísica, cuja maior vantagem é cobrir grandes áreas em curto intervalo de tempo, consistirá do levantamento de cerca de 75.000 quilômetros de linhas de vôo, na direção N-S, espaçadas de 500m e 1000m, com uma altura de média de vôo de 100m acima do terreno e intervalo de amostragem de 0,1 segundo. Tais levantamentos utilizarão dois magnetômetros com sensores de bombeamento ótico de vapor de césio, sendo um deles a bordo da aeronave e outro numa estação base terrestre fixa, com o intuito de monitorar a variação diurna do campo magnético. Tal técnica consiste da medição do campo geomagnético terrestre, corrigida da variação diurna e subtraída do campo principal da Terra, gerando perfis e mapas de contorno do campo magnético residual, reflexo dos corpos magnetizados. Após estas correções, os dados serão interpretados, qualitativa e quantitativamente, dimensionando-se a geometria e a profundidade ao topo dos corpos causadores, assim como a trama estrutural-magnética das áreas sobrevoadas. Tal interpretação resultará na seleção de áreas alvo, as quais serão detalhadas pela geofísica terrestre. Já os levantamentos radiométricos utilizarão gamaespectrômetros de 256 canais, interligados a dois sistemas detetores de NaI de 2.560 polegadas cúbicas voltados para baixo e dois detetores de NaI, de 256 polegadas cúbicas voltados para cima. A amostragem será realizada a intervalos de 1,0 segundo, com leituras nos canais do potássio (K), urânio (U), tório (Th) e contagem total (CT), situados na faixa de energia entre 0,41 e 2,81 MeV e do canal de radiação cósmica, monitorado acima de 3,0 MeV. O monitoramento do radônio será feito pelos detetores voltados para cima, na faixa de energia entre 1,66 e 1,86 MeV.

3.3.2Geofísica Terrestre

Magnetometria

Os levantamentos magnetométricos serão realizados nas áreas selecionadas no item anterior, na forma de perfis e malhas regulares, sobretudo para apoiar futuras locações. Serão utilizados três magnetômetros de precessão de prótons, sendo dois deles do LPGA/UFPR, ao longo das linhas do levantamento e o outro, solicitado no presente Projeto, em uma estação base fixa para monitorar a variação diurna. Do mesmo modo que na geofísica aérea, os dados brutos serão corrigidos da variação diurna e subtraídos do campo principal da Terra, do que resultará perfis e mapas de contorno do campo magnético residual, refletindo os corpos causadores. Tais dados serão interpretados, qualitativa e quantitativamente, definindo-se a geometria e a profundidade dos corpos magnéticos (diques de diabásio), assim como a trama estrutural-magnética das áreas levantadas, indicando descontinuidades e fraturamentos favoráveis à percolação de águas subterrâneas.

Gamaespectrometria

Os levantamentos gamaespectrométricos serão realizados nas mesmas áreas selecionadas no item anterior, na forma de perfis e malhas regulares, com o objetivo de distinguir lavas ácidas e básicas e determinar os teores de K, U e Th em solos e rochas. Será utilizado um gamaespectrômetro já calibrado no Instituto de Radioproteção e Dosimetria da Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN e pertencente ao LPGA/UFPR

Gravimetria

Os levantamentos gravimétricos serão também realizados nas mesmas áreas já mencionadas, além de perfis regionais, com o objetivo de definir a estruturação gravimétrica das áreas levantadas. O instrumento utilizado será o gravímetro Autograv CG-3, pertencente ao LPGA/UFPR. Tal técnica consiste na medição da aceleração gravitacional terrestre, sendo que os dados brutos serão submetidos a uma série de correções (latitude, Ar-Livre, Bouguer, topográfica, maré e deriva instrumental), gerando-se perfis e mapas de contorno de anomalias Bouguer e Ar-Livre, os quais serão interpretados, qualitativa e quantitativamente, definindo-se o arranjo estrutural-gravimétrico de subsuperfície (descontinuidades), além dos altos e baixos estruturais do embasamento que afetaram a cobertura sedimentar-magmática.

Resistividade e Imageamento Elétrico

Os levantamentos de resistividade e de imageamento elétrico também serão realizados nas áreas já referidas, com o objetivo de definir descontinuidades e tratos de baixas resistividades, potencialmente favoráveis à circulação de águas subterrâneas, além de estimativas das espessuras das capas basálticas. As técnicas a serem utilizadas são os caminhamentos, sondagens e imageamentos elétricos, valendo-se de diversos arranjos eletródicos como dipolo-dipolo, Wenner, Schlumberger e Wenner-Sclumberger.

3.3.3Consultorias Requeridas

Serão contratados dois consultores especializados em métodos elétricos e em processamento e interpretação de imagens geofísicas e de sensoriamento remoto, respectivamente, por um período de 640 horas ao longo do Projeto, para os dois especialistas, com o objetivo de auxiliar nos procedimentos específicos de aquisição e interpretação dos dados geofísicos aéreos e terrestres (magnetométricos, gravimétricos, gamaespectrométricos e elétricos), além da interpretação integrada destes dados com imagens orbitais e modelos digitais de terreno.

3.4.Custos do Tema Geofísica (em US$)

4.HIDROGEOQUIMICA

4.1.Objetivos Específicos

 Estabelecer os padrões químicos, físicos e físico-químicos das águas do Aqüífero Guarani.

4.2.Produtos e Atividades

4.2.1Produtos

O que se pretende com este trabalho é a geração de diversos produtos, de modo a viabilizar a consecução dos objetivos propostos. Dentre estes produtos, alguns podem ser especificados a priori, o que não elimina a geração de outros, que demonstrarem sua viabilidade e utilidade no decorrer dos trabalhos. Deste modo destacamos como produtos esperados:

 Cadastro de dados hidroquímicos devidamente referenciados e iso-formatados;

 Mapas representando o zoneamento hidroquímico do aqüífero em relação a macro-constituintes e também a elementos traço;

 Diagramas expressando as características físico-químicas do aqüífero e processos;

 Relatório contendo recomendações para ações diretas sobre o fatores intervenientes no quimismo do aqüífero, adequação da legislação e propostas de modificações visando a continuidade do gerenciamento do Aqüífero Guarani;

4.2.2Atividades

 Análise e conclusões objetivas sobre os processos controladores do quimismo das águas. Deverão ser considerados desde os aspectos da interação água-rocha e processos de misturas de águas, até a interferência antrópica;

 Recopilação e sistematização da informação hidrogeoquímica antecedente dos poços e corpos de água compreendidos no SAG ou em suas adjacências;

 Reuniões técnicas da área hidrogeoquímica com especialistas dos diversos países envolvidos visando inclusive a sistematização de metodologias;

 Cadastramento dos laboratórios em rede internacional de controle de qualidade de laboratórios;

 Estabelecimento e operacionalização de uma rede permanente de monitoramento de qualidade da água do SAG;

 Coletas e análises de amostras de águas na rede de monitoramento sistemático do SAG e de pontos especiais;

 Processamento e análise da informação. Adequação para sua inclusão na base de dados;

 Seminários de compatibilização e integração dos resultados obtidos em cada uma das áreas temáticas;

 Obtenção de nova informação hidrogeoquímica a partir de tomada de amostras de água nos poços e corpos de água compreendidos no SAG e em suas adjacências;

 Coletas e análises químico-mineralógicas de amostras de rochas relacionadas ao SAG;

4.3.Metodologia

4.3.1Apropriação da informação disponível

Esta fase inicial é muito importante e orientará as etapas subseqüentes do trabalho. Os dados disponíveis o são em relativamente grande número e, desde que reunidos em uma mesma base, possibilitarão avanços importantes na compreensão do quimismo do sistema hídrico envolvido.

Nesta fase deverão ser apropriados dados analíticos ao apenas do Guarani, porém de todos aqueles direta ou indiretamente relacionáveis ao aqüífero em tela. Dados da Seqüência Paleozóica e da Formação Serra Geral deverão ser levantados e disponibilizados sistematicamente, pois em muitas situações podem fazer parte de um sistema único de mistura de águas com o Guarani.

Levantamentos geoquímicos existentes na área do Guarani e em seu entorno, como é o caso do SIGEP (Sistema de Informações Geoquímicas do Estado do Paraná) vislumbram a disponibilização de informações valiosas sobre possíveis controles da distribuição de elementos químicos no aqüífero.

Os dados analíticos levantados, georeferenciados e ambientados em Arc-Info/Arc-View deverão se organizados e disponibilizados de maneira homogênea, em planilhas eletrônicas EXCEL ou compatíveis, de maneira a facilitar sua utilização.

Esta fase constará não apenas da apropriação dos dados químicos e físico-químicos, porém também de outras informações importantes para o tema, como aquelas relacionadas a estruturas, climas, paleo-climas e outras variáveis geológicas bem como de ocupação superficial nas áreas de afloramento.

4.3.2Análise de consistência dos dados coletados

Durante a primeira etapa da execução do Projeto está prevista a recopilação, validação, sistematização, processamento e análise da informação antecedente.

Para isto, os dados básicos já existentes deverão ser submetidos a um tratamento prévio que permita corroborar: localização espacial (cartográfica e em profundidade) e temporal de cada amostra; êrro analítico nas determinações e procedência da informação (fonte, tipo, laboratório, processamento utilizado para sua obtenção, etc.). Isto permitirá imputar uma avaliação quali- quantitativa dos dados que expressem o grau de confiabilidade dos mesmos.

A análise estatística da informação filtrada no pré tratamento permitirá realizar uma síntese das características hidroquímicas mais relevantes, como também por em evidência comportamentos diferenciais anômalos. Do mesmo modo se destaca a importância da utilização de classificações químicas, cálculo de índices hidrogeoquímicos e reações.

O universo de dados analíticos coletados e organizados deverão ser submetidos a uma análise de consistência constando minimamente de separação das análises contendo todos os componentes majoritários, permitindo testes de balanço iônico e comparação entre a somatória dos íons e os sólidos totais dissolvidos; realização de testes de balanço iônico, quando serão selecionadas as amostras apresentando diferença entre a somatória dos cátions e a somatória dos ânions inferior a 10% do total de íons dissolvidos; realização de comparação entre o somatório das espécies dissolvidas e o valor do STD (sólidos totais dissolvidos) determinado por evaporação, valor este que deverá ser compatível com a perda do CO₂ pela decomposição do bicarbonato;

4.3.3Análise preliminar das informações levantadas

Validados os dados levantados serão construidos gráficos evolutivos de ânions e cátions em função do tempo e mapas com curvas de isoconteúdos referenciados no tempo. Isto permitirá dimensionar e delimitar, no tempo e espaço sob uma concepção integrada, as peculiaridades hidroquímicas do Sistema Aqüífero Guarani como unidade de gestão.

A análise das aptidões da água para distintos usos deverá ser feita nesta primeira etapa contemplando as distintas normas vigentes nos estados nacionais, provinciais e estaduais compreendidos no SAG e também sobre a base dos padrões estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde (OMS), United States Environmental Protection Agency (USEPA) e outros organismos internacionais. Este análise e sua articulação com a avaliação dos usos atuais e potenciais do SAG, o aspecto normativo e legal nos distintos países e outras características do sistema, permitirão em uma etapa posterior do Projeto estabelecer normas e legislação que vincule o manejo integrado e sustentável do SAG e sua proteção ambiental.

4.3.4Estabelecimento da rede de informações hidroquímicas

Como suporte cartográfico para o estabelecimento de uma malha regular de divisão territorial, será tomada como base a malha do mapeamento geoquímico mundial estabelecido pelo Comitê Coordenador do Projeto IGCP – 360 UNESCO/IUGS (Darnley et al., 1995). A referida base compartimenta o globo terrestre em células denominadas Global Geochemical Reference Network – GGRN para a obtenção dos Níveis Geoquímicos de Referência Global (Global Geochemical Baselines) usados na elaboração da Carta Geoquímica do Mundo. Neste mapeamento global, são adotadas células de 1^o 30’ de lado, aproximadamente 160 km, na latitude do Estado do Paraná.

Em cada quadrícula deverá haver no mínimo um ponto de obtenção de dados hidroquímicos. Nas zonas de recarga do aqüífero, a malha deverá ser adensada com base na subdivisão das quadrículas do mapeamento geoquímico do SIGEP (Licht, inédito) que subdivide cada célula do GGRN em quatro sub-células analíticas de 45’ de lado, ou seja, aproximadamente 80 km. Os pontos selecionados sediarão coletas sistemáticas de dados, conforme detalhamento constante do plano de monitoramento do aqüífero.

O programa de monitoramento da qualidade de água do Guarani não apenas pretende avaliar alterações temporais no quimismo por eventuais contaminações antropogênicas, porém também processos da própria dinâmica interna do aqüífero. A evolução da explotação hídrica ou os fluxos naturais internos daquele corpo de água podem ser detectados por um monitoramento de médio a longo prazos. Um processo transformante do quimismo das águas pode ser desencadeado pela ruptura do equilíbrio água-rocha local, através da perfuração e explotação de um poço.

A importância de um programa de monitoramento de longo prazo, se traduz no próprio estabelecimento do componente GEMS/WATER do Sistema Global de monitoramento Ambiental (GEMS), estabelecido conforme a Organização Mundial da Saúde (WHO, 1991). O programa pretende (Chapman, 1997) gerar dados necessários para uma avaliação da qualidade da água doce através da:

Colaboração entre as nações membro no estabelecimento de novos sistemas de monitoramento e fortalecimento dos antigos;

Aperfeiçoamento da validade e comparabilidade dos dados de qualidade de água entre as nações membro;

Avaliação da incidência de tendências em longo prazo da poluição hídrica por substâncias perigosas e persistentes.

A despeito do GEMS/WATER ter em sua origem por alvo principal a água superficial e em especial os rios, sua extensão aos corpos de água subterrâneos é reconhecida como fundamental, especialmente no caso de aqüíferos transfronteiriços de grande porte, como é o caso do Guarani.

O termo monitoramento é definido por Meybeck e Helmer (em Chapmann, 1997), Tabela 2, como sendo uma coleta de informações em determinados locais, a intervalos de tempo regulares, de modo a prover os dados que podem ser usados para definir condições correntes, estabelecer tendências, etc. O processo completo de monitoramento, avaliação e apresentação dos dados monitorados, pode ser definido como avaliação. Previamente ao estabelecimento de um programa de monitoramento, pode existir a fase da prospeção ou pesquisa, envolvendo uma coleta regular de dados em um período de tempo e propósito restritos. Esta fase é importante para um bom desenho do programa de monitoramento.

4.3.5Identificação das carências de dados hidroquímicos

Após a análise das informações levantadas deverão ser identificadas as principais carências de informações básicas sobre o sistema hídrico envolvendo diretamente o Guarani. As carências deverão ser consideradas, tanto do ponto de vista de análises incompletas como da simples inexistência de dados hidroquímicos. Esta análise de carências embasará a programação de novas coletas de dados, já no âmbito deste Projeto.

4.3.6Seleção de laboratórios de referência para realização de novas análises

Deverão ser selecionados laboratórios de referência que terão o encargo de executar as análises hidroquímicas. Estes laboratórios deverão se filiar a rede mundial de aferição de processos analíticos, de modo que sua metodologia possa ser aferida visando a obtenção de resultados de primeira qualidade.

As amostras obtidas nos pontos de coleta situados em território brasileiro e eventualmente em outros países abrangidos pelo SAG, serão analisadas no Laboratório de Pesquisas Hidrogeológicas (LPH) do Departamento de Geologia da Universidade Federal do Paraná. Este laboratório se situa em uma posição estratégica em termos do SAG e terá sua capacidade bastante incrementada através da aquisição de equipamentos prevista neste Projeto.

Além da análise das amostras fornecidas pela rede mundial, deverá ser feita uma aferição entre o LPH e outros laboratórios selecionados para análises especiais, com amostras múltiplas coletadas no próprio Guarani. Antes do início da primeira campanha de coletas para o Projeto, deverá ser realizado um seminário de discussão de metodologia de coleta e análise entre as todas as equipes de campo e laboratório, para homogeneização de procedimentos.

4.3.7Parâmetros hidroquímicos a serem analisados

Serão analisados minimamente os parâmetros constantes da lista do GEMS/ WATER para águas subterrâneas (Tabela 3), e mais: Li, Sr, Ba, Fe, Mn, Co, Ni, Al e Br.

Nas áreas de afloramento e recarga, serão acrescentadas determinações de herbicidas, inseticidas, compostos orgânicos voláteis, compostos orgânicos semivoláteis e organoclorados.

4.3.8Seleção da metodologia de coleta e análise de dados hidroquímicos

Um fator muito importante a ser observado nas análises a serem procedidas é com respeito à metodologia analítica e de coleta de dados. Esta metodologia deve ser mantida constante por todos os laboratórios analíticos participantes do Projeto. Como se sabe, interferências podem influir sensivelmente nos resultados de certos parâmetros. Uma homogeneidade nos métodos empregados neutraliza os efeitos de grande parte destas e de outras potenciais interferências.

Em princípio deverá ser tomada por base a publicação mais recente do Standard Methods for Water and Wastewater Analysis.

Com respeito às técnicas analíticas a serem utilizadas nas determinações, como sugestão, se apresentam aquelas utilizadas pelo Servicio Centralizado de Grandes Instrumentos, laboratorio estandartizado e qualificado (Tabela 4) dependente do Conselho Nacional de Investigações Científicas e Técnicas (CONICET) - Secretaria de Ciência e Tecnologia da Nação Argentina. (SECYT), Santa Fe, Argentina. Estas normas são praticamente as mesmas empregadas pelos laboratórios brasileiros.

Fonte: Methods for the determination of metals in enviromental samples – EPA-14-911010 (1991)

A presente relação deve ser tomada como exemplo, já que não se incluiu todos os cátions passíveis de determinação, mas apenas os requeridos mais assiduamente. Os valores obtidos deverão ser rigorosamente submetidos a controles e comprovações que verifiquem sua exatidão analítica. A informação validada será processada seguindo as orientações apresentadas nos parágrafos precedentes.

4.3.9Coletas e análises químico-mineralógicas de rochas do SAG

Quando das campanhas para medições e coletas de água, serão, em pontos selecionados, coletadas amostras de rochas do arcabouço litológico do SAG. Serão procedidas coletas em poços novos que atingirem o Guarani durante a vigência deste Projeto; em áreas de afloramento de rochas do reservatório; em rochas efusivas do sistema, especialmente em material de preenchimento de fraturas; em outros materiais sólidos relacionados ao SAG.

As amostras serão analisadas quanto à mineralogia, por difração de raios-X em equipamento Phillips disponível no Laboratório de Minerais e Rochas do Departamento de Geologia da UFPR.

Serão analisados os seguintes elementos maiores e menores: Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K e P; bem como os seguintes elementos traço: Cr, Ni, Ba, Rb, Sr, La, Ce, Zr, Y e Nb. As análises serão procedidas por fluorescência de raios-X no mesmo laboratório referido anteriormente.

Os dados químicos das rochas serão comparados com aqueles obtidos no âmbito do mapeamento geoquímico do Estado do Paraná com base em sedimentos de corrente e de águas em pequenas bacias hidrográficas que serviram de base para o SIGEP (Licht, 2000 inédito).

4.3.10Campanhas de medições e coleta de amostras

A primeira campanha deverá ser realizada em conjunto com as equipes de levantamento e inventário dos poços existentes, apenas após a execução do programa de adequação metodológica dos laboratórios e treinamento das equipes de campo.

Especialmente em pontos próximos às áreas de recarga do aqüífero, as campanhas por diferentes equipes deverão ocorrer com a maior simultaneidade possível, a fim de minimizar os efeitos sazonais. Esta característica deve ser buscada com o maior rigor possível a despeito da vastidão da área de ocorrência do Guarani.

Os parâmetros físico-químicos a serem obtidos no campo, em princípio são aqueles mais facilmente alteráveis, seja por alteração térmica da amostra, por desgazeificação, por precipitação, por dissolução de material em suspensão, por adsorção nas paredes do frasco de coleta ou em colóides presentes, etc. Destes destacamos a temperatura, o pH e o OD. A estes podemos acrescentar a condutividade, pela facilidade de sua determinação in situ.

De modo a facilitar os procedimentos entre as coletas de amostras e as respectivas análises laboratoriais, poderão ser utilizados em casos especiais outros laboratórios, além do LPH/UFPR. Todavia, os laboratórios deverão ter suas rotinas analíticas devidamente padronizadas rigorosamente segundo normas internacionais.

As técnicas de amostragem variarão dependendo das condições atuais dos pontos de coleta. No caso dos poços surgentes ou em operação poderão ser tomadas amostras na superfície, todavia, sempre procurar-se-á tomar amostras as mais representativas possível das condições reais do SAG.

4.3.11Desenvolvimento de um modelo conceptual para o hidroquimismo do SAG

A articulação destes resultados com os obtidos da informação antecedente permitirá formular um esquema preliminar de funcionamento hidrogeoquímico do sistema.

Posteriormente, a integração com as definições exaradas pelas investigações temáticas permitirá delinear com maior clareza e precisão o modelo hidrogeoquímico de funcionamento em una etapa preliminar, como assim também orientar posteriores amostragens em sítios de interesse, otimizando os recursos disponíveis nos anos subseqüentes e no desenho da rede de monitoramento.

4.3.12Desenvolvimento de um modelo matemático

Durante a última fase do Projeto se começará a implementação do modelo matemático hidrogeoquímico. Esta ferramenta permitirá realizar ajustes ao modelo conceitual pretendido, avaliar distintos cenários através da simulação, definir áreas de proteção, orientar a gestão e planejamento do recurso.

4.4.Custos do Tema Hidroquímica (em US$)

5.MODELOS

5.1.Objetivos Específicos

1) estruturar, com base nas informações disponíveis, um banco de dados no formato de um Sistema de Informações Geográficas - SIG, sobre as características geológicas, hidrogeológicas, hidrogeoquímicas e hidráulicas das unidades litoestratigráficas da bacias mencionadas, o qual poderá ser utilizado para a preparação dos dados de entrada do modelo hidrogeológico do sistema em questão;

2) desenvolver um modelo conceitual e computacional tri-dimensional sobre o comportamento hidrogeológico (recarga, direções e velocidade dos fluxos, interconexões hidráulicas entre as formações) e de qualidade da água do sistema integrado da Bacia do Paraná e Chaco-Paraná (BSPC);

3) desenvolver um modelo conceitual e computacional tri-dimensional sobre o comportamento hidrogeológico e de qualidade da água, específico do Sistema Aqüífero Guarani - SAG; e,

4) avaliar os cenários de utilização futura do Sistema Aqüífero Guarani em termos dos respectivos limites de explotação das suas águas subterrâneas, em quantidade e qualidade.

5.2.Produtos e Atividades

5.2.1Produtos

Os principais produtos finais propostos para este projeto serão apresentados em forma de relatórios e em programas aplicativos computacionais, devendo constar dos seguintes itens:

1) banco de dados, em formato de Sistema de Informações Geográficas – SIG, sobre as informações hidrogeológicas, estruturado em um formato para uso específico no modelo computacional, constando de relatório e aplicativo computacional;

2) modelo hidrogeológico conceitual da BPCP, em geral, e do SAG, em particular, constando de relatório;

3) modelo hidrogeológico computacional da BPCP e do SAG, constando de relatório e do respectivo aplicativo computacional;

4) modelo hidrogeoquímico conceitual da BPCP e do SAG, constando de relatório; e,

5) modelo hidrogeoquímico computacional da BPCP e do SAG, constando de relatório e do aplicativo computacional.

5.2.2Atividades

-Implementação de um banco de dados, no formato de SIG – Sistema de Informação Geográfica, para suporte às etapas posteriores de desenvolvimento dos modelos.

5.3.Metodologia

5.3.1Considerações Iniciais

Em geral, a metodologia adotada no desenvolvimento de modelos sobre a hidrodinâmica de aqüíferos e as respectivas variações na qualidade das águas subterrâneas, tem uma orientação estratégica onde se procura, inicialmente, conceber e analisar o modelo como um todo integrado para então, posteriormente, proceder a análise do comportamento de suas partes. Dentro deste critério, busca-se em primeiro lugar caracterizar o sistema de uma maneira integrada, com a identificação e incorporação inicial de todas as suas partes importantes, acomodando adequadamente as suas condições iniciais e de contorno. A análise do modelo concebido na sua plenitude permitirá avaliar o comportamento do sistema como um todo, identificando as interrelações entre as diversas partes e permitindo o estabelecimento de condições iniciais e de contorno específicas para o modelamento posterior de qualquer parte determinada do sistema.

Não obstante as dimensões intercontinentais gigantescas do Sistema Aqüífero Guarani - SAG, as suas unidades hidroestratigráficas fazem parte de um sistema integrado, ainda mais abrangente, composto pelas unidades litoestratigráficas das Bacia Sedimentar do Paraná e Chaco-Paraná. As interrelações de carga e descarga entre as diversas unidades aqüíferas deste sistema mais abrangente condicionam o comportamento hidrodinâmico e de qualidade das águas subterrâneas do Sistema Aqüífero Guarani.

Assim, com base no critério de modelagem exposto acima, onde se orienta a análise do todo para as partes, o desenvolvimento do modelo hidrogeológico de escoamento e de qualidade das águas subterrâneas do Sistema Aqüífero Guarani será realizado em dois estágios, quais sejam: 1) modelagem hidrogeológica integrada do comportamento hidrodinâmico dos aqüíferos da Bacia Sedimentar do Paraná e Chaco-Paraná; e, 2) modelagem hidrogeológica e de qualidade das águas do Sistema Aqüífero Guarani, propriamente dito.

Apresenta-se neste documento o plano de trabalho para o tema relativo a Modelos, cujo objetivo geral é desenvolver um ferramental conceitual e computacional sobre o comportamento hidrogeológico e hidrogeoquímico do Sistema Aqüífero Guarani (SAG), em termos do escoamento e de qualidade química das águas subterrâneas, em uma configuração tri-dimensional plena, o qual possa ser utilizado como base auxiliar na gestão dos recursos hídricos representados por este manancial. Com base na estratégia adotada, os estudos serão iniciados com o desenvolvimento dos modelos hidrogeológicos relativos à região mais abrangente da Bacia Sedimentar do Paraná e Chaco-Paraná (BPCP) para, posteriormente, se concentrarem especificamente no desenvolvimento dos modelos do SAG. Os modelos serão desenvolvidos em uma configuração tri-dimensional plena para que as interações e múltiplas influências, no escoamento e na qualidade das águas, entre as várias camadas hidroestratigráficas constituintes da BSPC, possam ser verdadeiramente acomodadas e avaliadas. Ressalte-se que este trabalho depende dos dados a serem fornecidos pelos temas que precedem esta atividade.

Apresenta-se a seguir o plano preliminar de trabalho para o desenvolvimento dos modelos conceituais e computacionais sobre o comportamento hidrodinâmico, hidrogeoquímico e de qualidade das águas dos sistemas hidrogeológicos da Bacia do Paraná e Chaco-Paraná (BSPC), com ênfase especial ao Sistema Aqüífero Guarani (SAG).

Com relação à dimensão adotada, os modelos serão desenvolvidos em uma configuração tri-dimensional plena para que as interações e múltiplas influências, no escoamento e na qualidade das águas, entre as várias camadas hidroestratigráficas constituintes da BPCP, possam ser verdadeiramente acomodadas e avaliadas.

Como parte integrante da metodologia de trabalho, entende-se que todos os estudos serão realizados em estreito contato com a coordenação geral do projeto, de modo a viabilizar a otimização das informações existentes e permitir um constante monitoramento e aproveitamento do andamento das atividades previstas. Mais especificamente, deverá haver uma comunicação direta com a coordenação das diversas outras atividades previstas nos blocos temáticos da tarefa “Expansão e Consolidação da Base Atual do Conhecimento Básico”. O desenvolvimento dos modelos hidrogeológicos do SAG vai depender diretamente da evolução dos estudos e trabalhos previstos nos demais blocos temáticos. Por outro lado, entende-se que os resultados e produtos obtidos com o modelamento hidrogeológico irão contribuir significativamente para o encaminhamento e direcionamento das demais investigações para a consolidação dos conhecimentos sobre o sistema em estudo.

-Implementação de um banco de dados, no formato de SIG – Sistema de Informação Geográfica, para suporte às etapas posteriores de desenvolvimento dos modelos.

Vários sistemas aplicativos computacionais (softwares) serão utilizados como ferramentas no desenvolvimento dos modelos hidrogeológicos, merecendo destaque os seguintes:

Microsoft Access, MapInfo e Surfer, utilizados na implementação e aplicação do banco de dados e do Sistema de Informações Geográficas; e,

VisualMODFLOW, VisualGroundWater, AquiferChem, PEST, FEFLOW, MT3D, Rastreador de Partículas e PHREEQEC, utilizados na implementação das versões computacionais dos modelos hidrodinâmicos, hidrogeoquímicos e hidrotermais.

5.3.2Implementação do Banco de Dados - SIG

Um banco de dados bem estruturado se constitui em uma peça fundamental para o processo de desenvolvimento de um modelo hidrogeológico, subsidiando desde a fase inicial de concepção até a fase final de desenvolvimento do respectivo modelo computacional. O banco de dados é particularmente útil nas fases de calibração e validação, nos estudos de cenários e, de uma maneira mais abrangente, na reformulação continuada do modelo hidrogeológico conceitual.

Assim, em subsídio ao desenvolvimento dos modelos hidrogeológicos, deverá ser estruturado um banco de dados com informações hidrogeológicas necessárias ao desenvolvimento e calibração dos modelos. Este banco de dados, específico para o desenvolvimento do modelo, será essencialmente um sub-conjunto do banco de dados geral do Projeto e, conseqüentemente, deverá ser desenvolvido em estreita colaboração com a coordenação do respectivo bloco temático responsável pelo sistema de informações do Projeto, preservando os critérios comuns de formatação, padronização e comunicabilidade.

As tarefas previstas para esta etapa incluem a coleta e revisão das informações existentes e o desenvolvimento propriamente dito do banco de dados, no formato de um Sistema de Informações Geográficas – SIG.

Revisão das Informações Existentes

Inicialmente serão feitas a identificação, coleta e revisão das informações geológicas, hidrológicas e hidrogeológicas disponíveis sobre toda a região da Bacia Sedimentar do Paraná-Chaco. Esta parte do estudo deverá proporcionar condições para se estabelecer um modelo conceitual sobre o comportamento hidrogeológico regional integrado do sistema aqüífero. Deverão ser identificadas e revisadas as informações imediatamente disponíveis, incluindo:

-Parâmetros hidrodinâmicos e hidráulicos tais como condutividade hidráulica, transmissividade, armazenamento específico, porosidade e porosidade efetiva.

-Cadastro e caracterização das atividades industriais potencialmente poluidoras na região de interesse.

-Zoneamento agropecuário industrial com a identificação e caracterização dos fertilizantes e agrotóxicos utilizados.

-Mapeamento de coberturas vegetal natural e de reflorestamento como áreas de proteção do aqüífero.

Todos os dados obtidos serão incorporados em um banco de dados no formato de um Sistema de Informações Geográficas (SIG) utilizando-se da combinação dos aplicativos Microsoft Access e MapInfo. O banco de dados SIG, assim desenvolvido, deverá ser usado posteriormente para gerar mapas temáticos sobre o sistema hidrogeológico em questão, os quais, através da escolha adequada da escala, permitirão fazer uma análise de consistência e da variabilidade dos dados levantados e a identificação espacial das áreas carentes de informação.

O banco de dados SIG deverá ser especificamente estruturado e formatado para preparar todos os dados de entrada do respectivo modelo hidrogeológico computacional, no ambiente de modelagem VisualMODFLOW. Assim, por exemplo, as informações sobre os parâmetros hidráulicos de todas as unidades hidroestratigráficas dos sistemas aqüíferos da Bacia do Paraná e Chaco-Paraná (BPCP), com os seus valores de condutividade hidráulica, armazenamento e porosidade, serão manipuladas no banco de dados SIG para produzir uma distribuição espacial destas variáveis, em camadas pré-especificadas, as quais serão incorporadas no modelo computacional. Os resultados assim obtidos serão disponibilizados nos formatos MapInfo e ArcInfo, os quais poderão também ser reincorporados no Sistema Geral de Informações de todo o Projeto.

Os dados de campo sobre a distribuição potenciométrica nos aqüíferos e de vazão nos cursos de água superficiais serão incorporados e tratados no SIG e depois serão importados para os respectivos modelos computacionais para serem utilizados como elementos de calibração.

5.3.3Modelo Hidrogeológico Conceitual da BPCP

O desenvolvimento do modelo hidrogeológico conceitual da BPCP deverá ser conduzido de acordo com as etapas listadas a seguir:

-Estruturação integrada tri-dimensional do sistema, incorporando espacialmente as unidades hidroestratigráficas.

Identificação do Domínio de Interesse do Modelo

Para que se possa estudar os detalhes do comportamento hidrogeológico nos cenários específicos de utilização do Sistema Aqüífero Guarani, em um modelo computacional desenvolvido em uma escala correspondente, torna-se necessário estabelecer, em primeiro lugar, o nível de influência integrada de todo o arcabouço hidrogeológico representado pela BPCP, em uma escala mais abrangente. O conhecimento adquirido com a análise do comportamento do sistema como um todo deverá permitir acomodar as aproximações necessárias para se promover o estudo das suas partes em detalhes.

Assim, o desenvolvimento do modelo será realizado seqüencialmente em dois domínios de interesse, quais sejam: 1) o primeiro domínio, mais abrangente, em uma escala regional, envolvendo toda a Bacia Sedimentar do Paraná-Chaco, com uma área de aproximadamente 1,610⁶ km²; e, 2) o segundo domínio, em uma escala também regional, porém um pouco mais restrita, envolvendo os limites do Sistema Aqüífero Guarani, com uma área de aproximadamente 1,210⁶ km².

Definição dos Contornos Externos do Sistema

Deverão ser identificadas e caracterizadas as bacias hidrográficas regionais e locais, com a identificação dos limites externos (contornos) da área de influência hidrológica e o estabelecimento dos valores das condições de contorno impostas ao sistema. Na medida do possível, deverão ser estabelecidos limites físicos naturais para a definição da região de interesse no modelo, incluindo: os delimitadores externos da área da bacia hidrográfica; a localização de corpos d'água superficiais de grande porte; a presença de afloramentos rochosos ou camadas litológicas de condutividade hidráulica nula; os divisores naturais de fluxo; os locais de descarga (ou divisores de águas superficiais); e os divisores das áreas de descarga.

A superfície representativa do topo do embasamento Pré-Cambriano regional, considerada como o limite inferior na dimensão vertical do modelo, será determinada com base nos dados existentes de perfuração dos poços tubulares profundos na região.

Para a realização do trabalho, o limite inferior do modelo será definido na base das formações Vila Maria e Iapó na Bacia do Paraná, e Copo e Zapla na Bacia Chaco-Paraná, todas do Siluriano (417-443 Ma).

Caracterização Topográfica

Deverá ser adotado um mapa topográfico em uma escala adequada que possa abranger toda a extensão da região de interesse. Este mapa-base topográfico deverá se constituir no elemento de referência para a definição de cota e identificação das camadas litológicas do sistema.

Análise Geológica Estrutural – Interpretação Hidroestratigráfica

Deverá ser realizada uma análise litoestratigráfica dos dados existentes, identificando e definindo as respectivas unidades hidroestratigráficas e incorporando-as no modelo conceitual para toda a área. Deverá ser feita uma avaliação sobre as informações de sondagens, dados de poços de bombeamento e dos levantamentos hidrogeológicos já existentes. Estas informações deverão ser utilizadas para a elaboração de seções geológicas verticais as quais permitirão identificar as unidades hidroestratigráficas.

No trabalho será necessário realizar a análise hidroestratigráfica dos dados existentes e incorporá-la ao modelo conceitual para toda a região. O modelo conceitual a ser desenvolvido neste estudo precisará considerar o sistema de fluxo da água subterrânea, tanto na escala local como regional. Na literatura hidrogeológica existem estudos definindo a hidroestratigrafia regional da região de interesse, os quais serão revisados neste trabalho.

Além da revisão das interpretações hidroestratigráficas existentes, será feita uma avaliação da informações de sondagens, dados de poços de bombeamento e dos levantamentos hidrogeológicos realizados anteriormente. Estas informações existentes serão adequadamente manipuladas e interpretados, incluindo a elaboração de seções verticais criadas a partir de dados regionais, perfis de poços, sondagens, etc.

As bacias hidrográficas que compõem a região de interesse da BPCP deverão ser identificadas e caracterizadas em detalhes sobre as cotas e vazões de seus principais eixos de drenagem. Estas informações serão incorporadas no SIG e utilizadas no desenvolvimento e na calibração final do modelo computacional.

Deverá ser elaborado um mapa das bacias hidrográficas, em formato eletrônico georeferenciado, o qual, junto com o mapa-base topográfico, será utilizado na alocação dos eixos de drenagem de água superficial, durante a formulação da versão computacional do modelo hidrogeológico.

Análise do Balanço Hídrico

O balanço hídrico será realizado na BPCP como um todo e, também, em setores mais restritos relativos às sub-bacias hidrográficas que compõem o sistema. Para cada sub-bacia, o balanço hídrico será avaliado considerando os dados climatológicos, tais como a precipitação pluviométrica, as variações de temperatura e umidade atmosférica e as hidrógrafas dos respectivos cursos d’água. Além disso, também deverão ser consideradas as condições topográficas e o tipo de cobertura dos terrenos. Vale ressaltar que, eventualmente, na avaliação do balanço hídrico, também deverão ser consideradas as interferências causadas pela explotação d’água em unidades aqüíferas específicas e a respectiva transferência para outras unidades aqüíferas do sistema.

Deverão ser coletados e analisados os dados hidroclimatológicos das estações disponíveis na região de estudo, fornecidas pela ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica e, eventualmente, complementados por informações disponíveis em outras instituições correspondentes nacionais e internacionais. O balanço hídrico deverá ser apresentado para cada sub-bacia, em termos das taxas de precipitação, escoamento superficial, evapotranspiração e recarga (infiltração) do aqüífero.

Localização das Áreas de Recarga – Quantificação das Recargas

As áreas de recarga e de descarga dos aqüíferos constituintes da BSPC deverão ser identificadas e caracterizadas. As regiões de recarga direta na BSPC, devido à infiltração de chuvas, estão localizadas nas áreas de montante, em cotas mais elevadas, nas sub-bacias do sistema. Por outro lado, as áreas de descarga natural dos aqüíferos situam-se nas cotas mais baixas do terreno, junto aos eixos de drenagem e em planícies e pântanos.

A quantificação dos valores de recarga, setorizada para cada sub-bacia hidrográfica do sistema, deverá ser feita como resultado da avaliação do balanço hídrico, setorial e geral.

Caracterização das Condições de Contorno

Como parte da revisão da hidroestratigrafia regional e local, os limites apropriados do modelo serão identificados, e seus valores de condições de contorno serão estabelecidos. Se possível, feições físicas naturais serão utilizadas como limites do modelo computacional, como, por exemplo: divisores naturais de fluxo; eixos de drenagem; locais de descarga (divisores de águas superficiais); divisores das áreas de recarga; e, linhas aproximadas de fluxo.

Finalização do Modelo Conceitual

Após a análise dos dados existentes, deverá ser apresentado um modelo conceitual completo da hidroestratigrafia e do escoamento da água subterrânea no sistema, identificando as relações existentes entre a geologia e as respectivas unidades hidroestratigráficas.

Este modelo conceitual será então acomodado, posteriormente, no respectivo modelo hidrogeológico computacional, o qual, após a calibração e verificação com base nos dados individuais dos poços, e de vazão dos cursos de água, deverá ser revisto e continuamente refinado para representar mais precisamente as condições do comportamento hidrogeológico regional.

5.3.4Modelo Hidrogeológico Computacional da BPCP

Os procedimentos necessários para a adaptação do modelo hidrogeológico conceitual no respectivo modelo computacional serão conduzidos com base no banco de dados hidrogeológicos, o qual deverá ser continuamente atualizado na medida em que novas informações estejam disponíveis. A construção propriamente dita do modelo computacional se processa através das seguintes sub-etapas:

-Incorporação da distribuição espacial das unidades hidroestratigráficas nas várias camadas definidas para o modelo.

-Incorporação dos valores das propriedades hidráulicas, tais como condutividade hidráulica, armazenamento e porosidade efetiva, para as diversas unidades hidroestratigráficas nas camadas do modelo.

-Definição dos contornos e das respectivas condições de contorno, tais como, as áreas de recarga e descarga, a localização de rios e drenos, e a localização de barreiras hidráulicas de condutividade nula.

-Localização dos poços de monitoramento e incorporação dos respectivos dados dos níveis de água nos poços.

As tarefas remanescentes na construção do modelo incluem a calibração, os estudos de sensibilidade e a validação final.

Os pacotes de simulação VisualMODFLOW e VisualGroundwater serão utilizados para o desenvolvimento da versão computacional do modelo hidrogeológico conceitual da BPCP.

Definição do Domínio de Interesse

O mapa–base topográfico da BPCP será incorporado ao pacote de simulação VisualMODFLOW, como referência para a definição do domínio de interesse do modelo hidrogeológico computacional. Servirá também, junto com o mapa da rede hidrográfica, para a alocação dos eixos de drenagem superficial do sistema e como referência de cota durante as fases de calibração e verificação do modelo.

Definição da Malha Horizontal de Cálculo

Em princípio, o domínio de interesse do modelo deverá ser discretizado em uma malha horizontal de cálculo com aproximadamente 200 linhas e 100 colunas, configurando assim uma rede de cerca de 20.000 células na plano horizontal. Considerando uma área total de 1,610² km² do domínio de interesse, esta malha deverá resultar em células retangulares horizontais com dimensões médias de 8 a 10 km de lado. Um refinamento horizontal da malha se fará necessário nas áreas de maior adensamento na locação dos poços de bombeamento d’água.

Estratificação Vertical da Malha de Cálculo

O contorno superior de definição do domínio de cálculo do modelo será incorporado no VisualMODFLOW através da importação do mapa topográfico de base, em formato eletrônico georeferenciado. Os demais mapas topográficos relativos às superfícies que caracterizam os contatos entre as diversas camadas sedimentares da BPCP serão elaborados no banco de dados SIG a partir da interpolação das respectivas seções geológicas. Estas superfícies topográficas, também em formato eletrônico georeferenciado serão também importadas para o VisualMODFLOW definindo assim a distribuição, na direção vertical, das camadas hidroestratigráficas do modelo, completando, desta maneira, a discretização vertical mínima da malha de cálculo do modelo computacional.

Incorporação das Propriedades Hidráulicas

A distribuição dos valores das propriedades hidráulicas, tais como condutividade hidráulica, armazenamento e porosidade, nas diversas unidades hidroestratigráficas do sistema, será elaborada através do banco de dados SIG. Os respectivos resultados serão importados diretamente para o VisualMODFLOW, finalizando assim a caracterização hidráulica de toda a heterogeneidade das camadas hidroestratigráficas da BSPC.

A krigagem será o método de interpolação a ser utilizado para os dados das propriedades hidráulicas. Um dos benefícios da utilização da krigagem é que o subproduto do processo da interpolação tem como resultado a distribuição do erro padrão. Esta distribuição do erro padrão será utilizada para indicar áreas que tem dados mais esparsos e/ou não consistentes.

De um modo geral, a qualidade dos dados relativos às camadas mais profundas das bacias será bastante limitada. Este fato ocorre porque os dados das descrições normalmente realizadas no ato da perfuração não permitem uma boa interpretação em função da natureza da formação heterogênea é altamente variável. Sendo assim, a definição da hidroestratigrafia neste meio não poderá ser feita automaticamente. No uso do método da krigagem será necessário a manipulação manual junto à técnica computacional.

Definição dos Contornos e Condições de Contorno

Em princípio, os contornos da região de interesse serão estabelecidos com base nas feições hidrogeológicas físicas, tais como os limites externos da bacia hidrográfica, as áreas de recarga e descarga, a localização de corpos d'água superficiais de porte, a distribuição espacial dos eixos naturais de drenagem de água superficial, ou a presença de afloramentos rochosos ou camadas litológicas de condutividade hidráulica nula.

As respectivas condições de contorno serão definidas obedecendo-se sempre que possível as feições hidrogeológicas físicas. Por exemplo, dependendo do tipo do contorno, poderão ser adotadas as seguintes condições: carga constante para representar os corpos d’água de grande porte, como os grandes rios; e, drenos para representar os pequenos córregos. Logicamente, no decorrer do trabalho poderão ocorrer mudanças no delineamento dessas condições de contorno, devido principalmente às reformulações do modelo conceitual.

Locação dos Poços de Bombeamento e Poços de Monitoramento

Os dados sobre os poços de bombeamento e poços de monitoramento da distribuição piezométrica serão processados pelo SIG e preparados no formato adequado para serem importados diretamente para o VisualMODFLOW. As informações sobre os poços de produção serão utilizadas diretamente pelo modelo para compor o comportamento hidrodinâmico do sistema hidrogeológico geral. Por outro lado, os dados de monitoramento de nível d’água serão utilizados apenas no processo de calibração e validação do modelo computacional.

Comparação dos Modelos Computacional e Conceitual

Nesta fase evolutiva da Atividade A-7 do Projeto, deverá haver uma reunião entre a coordenação geral do Projeto e a coordenação da Atividade A-7, para discutir as semelhanças e diferenças existentes entre o modelo conceitual e o modelo computacional construído, antes de começar a calibração. Neste momento, a compatibilização entre as feições de escala local que resultaram da análise das seções e a hidroestratigrafia regional será apresentada. Além disso, deverá ser discutida a questão da escolha das condições de contorno e suas relações com as unidades hidroestratigráficas do modelo.Provavelmente algumas diferenças deverão ser encontradas e estas serão ajustadas no modelo computacional. Algum ajuste no modelo conceitual também deverá ocorrer.

Calibração do Modelo

Na etapa final de seu desenvolvimento, o modelo computacional deverá ser calibrado através do ajuste de seus parâmetros até atingir as condições nas quais os valores simulados das cargas hidráulicas e das vazões dos rios, córregos e demais drenos definidos no modelo, sejam equiparados satisfatoriamente aos valores medidos no campo.

A calibração do modelo deverá ser realizada em duas etapas: primeiro, em uma condição estacionária; e, segundo, em condições transitórias. Em ambos os casos, os dados de níveis de água medidos nos poços de monitoramento e de bombeamento, assim como valores das vazões dos cursos d’água medidos no campo, serão utilizados como elementos de comparação na calibração do modelo.

Os parâmetros a serem usados para o ajuste do modelo incluem a condutividade hidráulica e as taxas de recarga assim como as demais condições de contorno. O parâmetro que receberá o maior ajuste durante a calibração será a condutividade hidráulica. Ele é o mais incerto e, além disso, normalmente é o parâmetro-chave para ajustar os dados de nível d’água.

Mais especificamente, a calibração do modelo computacional envolve o ajuste dos parâmetros do modelo até equiparar, satisfatoriamente, os valores simulados com os dados observados em campo, como pode ser visto, por exemplo, na Figura 31. Nesse processo, a escolha do parâmetro a ser ajustado, assim como do valor apropriado a ser mudado, é feita através da segurança que o modelador possui em relação a cada parâmetro propriamente dito. Este por sua vez está associado à importância que o parâmetro tomará em relação à qualidade dos resultados de saída. O aplicativo PEST – (Parameter Estimation), integrante do pacote computacional VisualMODFLOW, deverá ser usado para estimar a distribuição de valores dos parâmetros de ajuste que proporciona a melhor calibração.

Coleta de Eventuais Dados Adicionais

Apesar de haver uma etapa inicial, prevista para a coleta de dados de campo e de implementação de um banco de dados no formato SIG, durante o processo de construção do modelo computacional e, principalmente, durante sua calibração, poderão surgir áreas que necessitem de alguma informação adicional para obter uma modelagem mais eficaz, e que produza cenários mais adequados. Neste momento, deverão ser realizadas novas tentativas de levantamento destas informações e de complementação do banco de dados, cujos resultados poderão ser utilizados também na fase seguinte de validação do modelo.

Figura 31 - Exemplo de calibração do modelo - comparação entre dados simulados e observados de carga hidráulica.

Análise de Sensibilidade

A sensibilidade do comportamento do modelo hidrogeológico computacional, já calibrado, deverá ser avaliada em função da variação sistemática nos parâmetros de entrada do modelo. Esta etapa deverá proporcionar uma maior compreensão sobre a importância relativa dos parâmetros hidrogeológicos sobre o sistema de escoamento das águas subterrâneas.

Assim, uma série de simulações será conduzida para avaliar a sensibilidade e a incerteza dos prognósticos do modelo, já calibrado, em função das variações nos parâmetros de entrada. Serão selecionados os principais parâmetros de entrada, os quais serão variados de uma forma ordenada para a análise da sensibilidade. Os parâmetros considerados para a análise de sensibilidade incluem: condutividade hidráulica; porosidade, taxa de recarga; taxa de bombeamento; e, condições de contorno.

Em áreas onde existe uma abundância de dados de um determinado parâmetro, a respectiva análise de sensibilidade a ser executada será minimizada. Por outro lado, em áreas onde há dados esparsos, a análise de sensibilidade será intensificada e o intervalo de valores dos parâmetros testados será aumentado para permitir que as simulações possam abranger todos os cenários possíveis.

Validação do Modelo

A validação do modelo poderá ser realizada a partir de um novo conjunto de informação sobre a distribuição potenciométrica e sobre o fluxo dos cursos d’água superficiais, obtido e processado pelo SIG e ainda não utilizado no processo de calibração. O objetivo nesta fase é determinar se, após a calibração, o modelo responde satisfatoriamente às novas condições de contorno, reproduzindo adequadamente as novas observações de campo.

Eventualmente, a fase de validação resulta em um refinamento do processo de calibração, constituindo assim em um procedimento cíclico de aperfeiçoamento e adequação do modelo hidrogeológico computacional e conceptual.

5.3.5Avaliação de Cenários Hidrogeológicos da BPCP

Após a calibração, validação e análise de sensibilidade, o modelo hidrogeológico computacional estará adequadamente estruturado para a análise de vários aspectos sobre o comportamento hidrodinâmico da BPCP, em cenários bem determinados, permitindo assim estabelecer o detalhamento de importantes inter-relações hidráulicas e hidrodinâmicas entre as diversas unidades aqüíferas do sistema. O resultado do estudo destes cenários deverá permitir o estabelecimento de condições de contorno específicas para determinadas unidades hidroestratigráficas aqüíferas como, por exemplo, o Sistema Aqüífero Guarani – SAG, auxiliando no modelamento específico deste sistema.

Os cenários hidrogeológicos a serem avaliados nesta fase do estudo incluem os seguintes:

-Determinação das regiões com maiores incertezas e identificação das áreas com necessidade de novas e mais detalhadas informações.

-Determinação da influência das camadas inferiores (do Paleozóico) no comportamento hidrogeológico da BPCP em geral e, em particular, nas unidades hidroestratigráficas triássico-jurássicas, imediatamente superiores, (do Sistema Aqüífero Guarani).

-Determinação da interelação entre as camadas do Cretáceo (Formações Marília, Adamantina, Santo Anastácio, Caiuá e Serra Geral) e as camadas inferiores do Triássico-Jurássico (SAG).

-Determinação das variações nas condições de contorno impostas ao SAG nos seus limites superiores (Formação Serra Geral) e inferiores (camadas do Paleozóico).

5.3.6Modelo Conceitual do Sistema Aqüífero Guarani

Com base nos resultados da análise de cenários do comportamento hidrogeológico da BSPC, e do detalhamento das interelações do SAG com as unidades hidroestratigráficas inferior e superior, uma extensão do modelo hidrogeológico conceptual poderá ser formulada incorporando novos contornos do sistema e as respectivas condições de existência aí estabelecidas.

De maneira similar ao procedimento estabelecido anteriormente para a BSPC, o desenvolvimento do modelo conceptual do SAG deverá se realizar nas seguintes etapas:

5.3.7Modelo Computacional do Sistema Aqüífero Guarani

Nesta etapa, o desenvolvimento do modelo computacional do SAG repete o mesmo procedimento adotado para a BSPC, adaptando-se às novas particularidades do sistema.

5.3.8Análise de Cenários no Sistema Aqüífero Guarani

O modelo computacional do SAG, já calibrado e validado, poderá ser utilizado para a avaliação de diversos cenários hidrogeológicos, incluindo os seguintes:

-Comportamento hidrogeológico geral do SAG, nas condições atuais de uso, considerando a irrigação de lavouras e o abastecimento urbano, comercial e industrial.

-Determinação das interferências entre poços de produção de água – avaliação da densidade máxima adequada.

-Avaliação da capacidade de produção e dos riscos de desabastecimento de poços.

5.3.9Modelo Hidrogeoquímico e de Qualidades de Águas do SAG

O desenvolvimento do modelo computacional hidrogeoquímico e de qualidade das águas do SAG será conduzido em duas linhas de ação interdependentes, quais sejam:

considerando os aspectos naturais de variação da qualidade da água relacionados às condições hidrogeoquímicas dos sedimentos litoestratigráficos da bacia; e,

considerando os aspectos de qualidade da água relacionados à distribuição espacial das fontes poluentes antropogênicas, representada pelas indústrias, atividades comerciais, aterros sanitários e lixões (fontes pontuais) e pelas atividades da indústria agro-pastoril (fontes distribuídas em área).

Estas duas linhas de ação são interdependentes na medida em que deverão acomodar adequadamente as interferências cruzadas das fontes poluentes, naturais e antropogênicas, na qualidade final das águas. Tipicamente, as fontes naturais de poluição decorrem da caracterização geoquímica dos estratos litológicos da bacia e se apresentam distribuídas espacialmente em segmentos volumétricos inteiros do domínio de interesse do modelo. Por outro lado, as fontes antropogênicas se apresentam normalmente com uma localização geográfica específica, em pontos ou áreas muito bem determinados no terreno.

A diferença entre as maneiras de localização espacial das fontes, considerando a distribuição pontual ou volumétrica, condiciona a estratégia de desenvolvimento dos modelos hidrogeoquímicos computacionais. Assim sendo, as linhas de ação de desenvolvimento dos modelos serão as seguintes:

-Utilização do aplicativo computacional MT3D, integrante do pacote de simulação VisualMODFLOW, para o modelamento da influência das fontes pontuais de poluição na qualidade das águas subterrâneas.

-Utilização do aplicativo denominado "Rastreados de Partículas ” (particles tracking), em conjunto com o aplicativo computacional PHREEQEC, integrantes dos pacotes de simulação VisualMODFLOW e AquaChem, respectivamente, para a elaboração do modelo hidrogeoquímico, considerando as características geoquímicas específicas de cada unidade litoestratigráfica da bacia.

O programa M3TD resolve numericamente a equação convectiva-difusiva-dispersiva, representando o transporte temporal e espacial de componentes químicos presentes e dissolvidos na água subterrânea, considerando o conhecimento prévio do campo de escoamento das águas, no domínio de cálculo. Conseqüentemente, o emprego do programa M3TD implica na solução antecipada do modelo hidrodinâmico para que se possa conhecer e dispor dos valores de escoamento, como dados de entrada para o MT3D.

Desta maneira, no pacote de simulação VisualMODFLOW, os dados de saída do programa MODFLOW, representando a distribuição temporal e espacial das cargas hidráulicas no sistema (dados de escoamento), são utilizados como dados de entrada para o programa M3TD.

Os demais dados de entrada necessários ao M3TD incluem: a localização geográfica das fontes de contaminação; o tipo de contaminantes; e, as características quantitativas da intensidade da fonte, do coeficiente de dispersão hidrodinâmica dos contaminantes na água e do coeficiente de adsorção dos contaminantes, nos diversos tipos de materiais geológicos definidos no sistema. Dentro deste critério, a caracterização geoquímica das várias unidades hidroestratigráficas constituirá na definição de fontes potenciais de liberação de componentes para a água subterrânea.

As informações sobre as fontes de contaminação e suas propriedades deverão ser processadas no SIG o qual poderá produzir resultados no formato adequado para serem importados diretamente como dados de entrada do M3TD. Da mesma forma, os dados medidos em campo sobre a distribuição espacial da qualidade das águas serão processados no SIG e utilizados no M3TD para a calibração do comportamento do respectivo modelo hidrogeoquímico computacional.

O aplicativo Rastreamento de Partículas (particles tracking) será utilizado para simular o caminhamento das linhas de fluxo das águas subterrâneas. Através desta ferramenta, se rastreia o caminho percorrido por partículas virtuais alocadas arbitrariamente pelo usuário, em pontos estrategicamente definidos no domínio do modelo. Assim, a partir do conhecimento do caminhamento espacial das partículas, obtido com o Rastreador de Partículas, o aplicativo computacional PHREEQEC será então utilizado para simular as condições de equilíbrio químico existentes ao longo da trajetória, considerando a interferência geoquímica de todas as camadas litológicas atravessadas pelas partículas, permitindo assim simular o comportamento hidrogeoquímico natural da bacia.

5.3.10Modelo Hidrotermal do SAG

Com o desenvolvimento de um modelo de fluxo hidrodinâmico do aqüífero, será identificada a melhor maneira de simulação do comportamento hidrotermal dos sistemas da BPCP, em geral, e do SAG em particular. A simulação em si deste comportamento hidrotermal requer a coleta e utilização de parâmetros tais como a capacidade térmica específica do material sólido dos aqüíferos, a distribuição das fontes de calor no embasamento litoestratigráfico, e os gradientes geotermais, além dos dados hidráulicos e hidrogeoquímicos utilizados no modelo hidrogeológico, os quais fogem do escopo e recursos propostos nesta fase do estudo. Desta maneira, como resultado do presente trabalho, deverá ser discutida uma metodologia de estudo de modelagem do comportamento hidrotermal da BSPC, a ser proposta para execução na fase posterior do projeto, após a conclusão da modelagem hidrogeológica e hidrogeoquímica.

Existem pacotes específicos para simulação de transferência de calor em aqüíferos, tal como o modelo FEFLOW da WHI que poderia ser utilizado. Os parâmetros e condições de contorno utilizados no modelo de fluxo com o Visual MODFLOW podem ser transferidos automaticamente para o FEFLOW quando a simulação hidrotermal do aqüífero for iniciada, se este for o modelo utilizado.

5.3.11Estudos de Cenários Hidrogeoquímicos

Os modelos computacionais hidrogeoquímicos serão utilizados para avaliar os seguintes cenários:

A ferramenta de modelagem denominada “Rastreamento de Partículas” (particles tracking) será utilizada para realizar uma estimativa mais adequada das zonas de contribuição dos aqüíferos em relação aos diversos poços de bombeamentos instalados no sistema. Através desta ferramenta, se rastreia o caminho percorrido por partículas alocadas arbitrariamente em pontos estrategicamente definidos no domínio do modelo pelo usuário. A função “rastreamento de partículas” permite a análise do deslocamento das partículas em duas condições distintas de evolução temporal do escoamento, quais sejam: partículas reversas e partículas avante.

As partículas reversas serão definidas e liberadas a partir dos poços de bombeamento que devem ser protegidos, movendo-se à montante, e identificando, com isso, a área de contribuição e o tempo de trânsito. Utilizando-se deste método, um número limitado de partículas fictícias de água é liberado ao longo do poço, e eles percorrem em direção à montante por um período específico. As partículas indicarão uma estimativa do volume de água que podem estar contribuindo para o poço. Esta ferramenta pode ser utilizada para delimitar o Perímetro de Proteção dos Poços de uma forma correta, podendo contribuir, com isso, para a análise das condições de explotação do manancial hídrico e para a definição dos critérios de utilização do aqüífero.

Por outro lado, as partículas avante são liberadas a partir da localização das possíveis fontes de contaminação, sendo identificados os caminhos a serem percorridos pela contaminação ao longo do tempo. Através do uso das partículas avante poderá ser avaliado o risco dos possíveis contaminantes atingirem os poços de bombeamento instalados no aqüífero. Esta ferramenta torna-se importante quando consideradas as ações preventivas de controle necessárias para evitar futuras contaminações do aqüífero, e conseqüente perda de poços de abastecimento, por aterros sanitários, postos de gasolina e outras fontes potenciais de contaminação.

A análise do escoamento das águas subterrâneas, com o rastreamento de partículas, será realizada para diferentes períodos de tempo. Os resultados serão apresentados em planta e também em seções verticais, de tal forma que a visualização tridimensional seja apropriada. Adicionalmente, a animação dos resultados do particles tracking pode ser apresentada utilizando-se do pacote de simulação Visual Groundwater, da WHI. Através deste software, isosuperfícies dependentes do tempo dos resultados obtidos podem ser visualizadas em três dimensões. O modelo pode ser rotacionado para facilitar a compreensão da posição espacial dos resultados. Um exemplo dos resultados de saída do Visual Groundwater encontra-se apresentado na Figura 32.

Figura 32 - Avaliação da área de contribuição de poço – exemplo do uso da ferramenta de “rastreamento de partículas” (particles tracking) e do pacote de simulação Visual Groundwater.

5.4.Recomendações

Apresentou-se neste documento o plano preliminar de trabalho para o desenvolvimento dos modelos conceituais e computacionais sobre o comportamento hidrodinâmico, hidrogeoquímico e de qualidade das águas dos sistemas hidrogeológicos da Bacia do Paraná e Chaco-Paraná (BPCP), com ênfase especial ao Sistema Aqüífero Guarani (SAG). De acordo com a metodologia de trabalho proposta, os estudos deverão ser iniciados com o desenvolvimento dos modelos hidrogeológicos relativos à região mais abrangente da BPCP para, posteriormente, se concentrarem especificamente no desenvolvimento dos modelos do SAG.

Como conclusão à proposta apresentada, ficou muito claro que, para se garantir o êxito do projeto, todos os estudos deverão ser realizados em estreito contato com a coordenação geral, de modo a viabilizar a otimização no processo de transferência das informações existentes e permitir um constante monitoramento e aproveitamento do andamento das atividades previstas. Mais especificamente, deverá haver uma comunicação direta com a coordenação das diversas outras atividades previstas nos blocos temáticos da tarefa “Expansão e Consolidação da Base Atual do Conhecimento Básico”. O desenvolvimento dos modelos hidrogeológicos do SAG vai depender diretamente da evolução dos estudos e trabalhos previstos nos demais blocos temáticos. Por outro lado, torna-se claro também que os resultados e produtos obtidos com o modelamento hidrogeológico irão contribuir significativamente para o encaminhamento e direcionamento das demais investigações para a consolidação dos conhecimentos sobre o sistema em estudo.

Recomenda-se portanto que, já como parte do processo de integração operacional entre os demais blocos temáticos, seja promovida uma reunião de trabalho, com a participação de todos os executores e consultores, para que se possa fazer uma apresentação e revisão final das atividades propostas, com o objetivo de se estabelecer um protocolo operacional integrado de todo o projeto.

5.5.Referências Bibliográficas

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5.6.Custos do tema Modelos (em US$)

6.HIDROTERMALISMO

6.1.Objetivos específicos

a) Establecer normas técnicas para el levantamiento de datos en áreas termales y surgentes.

b) Normalizar los proyectos y métodos para la construcción más eficientes de pozos termales.

c) Establecer el valor económico que se genera en el m³ de agua del Acuífero Guaraní cuando se presenta en condiciones termales y termales con surgencia.

d) Desarrollar las diferentes combinaciones de calidad de aguas y temperaturas para crear cartas de aptitud de agua para turismo.

e) Analizar las consecuencias sociales y económicas de la utilización actual y futura de los usos del agua termal.

f) Establecer los impactos ambientales del uso y deposición final del recurso termal.

g) Fortalecer el conocimiento del hidrotermalismo en la región mediante el intercambio científico y técnico con países que tengan experiencia en el uso integral del mismo.

Las aguas termales y termominerales son utilizadas desde la antigüedad. Los romanos la explotaban en casi todos los territorios como centros de placer. Fueron abundantes en España a la que denominaron Caldas o Termas, en Inglaterra fueron famosos los Bath, y en Alemania los Sachen.

6.2.Metodologia

Se destaca que la metodología se adaptará a la escala de trabajo que a su vez estará condicionadas a dos tipos de estudios : a) regionales con escala de 1.1000.000 de caracterización general de la zona termal del SAG .b) estudios de detalle que se adecuarán a la particularidades de cada zona y a los objetivos específicos que se pretenden desarrollar en cada caso

6.2.1Análisis de Información

1) A nivel mundial se deberá realizar un inventario de los fenómenos geológicos de baja entalpía para compararlos con la ocurrencia del SAG y establecer las analogías y diferencias como base para establecer las metodologías de prospección y aprovechamiento de este recurso hídrico subterráneo.

Se recopilará y analizará la información internacional sobre la incidencia económica que presenta la utilización de energía de baja entalpía en los procesos de producción y particularmente la importancia del turismo termal en la economía de los países que lo desarrollan.

3)Recopilación y reinterpretación de los datos geológicos, geofísicos y geoquímicos que se dispongan de trabajos de prospección de agua y principalmente de petróleo. Es necesario tener un buen conocimiento geológico y en especial tectónico y estructural.

En la región se investigarán los aprovechamientos actuales del agua termal del SAG, sus fortalezas y debilidades como primera etapa de planificación de un aprovechamiento integral.

6.2.2Identificación de zonas con termalismo

Geología

Se deberá identificar zonas donde se presenten estructuras geológicas con condiciones de presentar hidrotermalismo. Por lo tanto es necesario realizar estudios de caracterización y mapeo de las unidades genéticas, con definición de las relaciones fasciológicas. Se deberán definir la geometría de los cuerpos porosos así como aquellos que constituyen límites a la transmisión hidráulica (incluyendo espesores y contactos de facies) o presencia de ocurrencia de diques diabásicos.

En este contexto se presenta las siguientes unidades temáticas que se proponen desarrollar:

Isopacas del techo del acuífero. El mapa de isopacas expresa el espesor, en este caso, del techo del SAG. Como ya se describió, el gradiente geotérmico representa el aumento de temperatura en función de la profundidad, por lo tanto, el conocimiento de los espesores de la cobertura (techo) del SAG nos daría un orden de valor de la temperatura del agua, información que, deberá ser ajustada con datos complementarios.

Mapa de isopacas de zonas acuíferas que constituyen el SAG. La información de isoespesores de niveles permeables se representarán en un mapa de isopacas de zonas acuíferas. Esta información se complementará con la identificación de niveles o estratos impermeables o no portadores de agua. Esta información geológica será utilizada para el cálculo de reserva de acuíferos.

Mapa estructural de cada área termal. Se pretende conocer con el detalle suficiente las zonas de discontinuidades (fallas, fracturas) que tengan incidencia en la geometría de cada zona termal o puedan influir en las direcciones de flujo subterráneo.

Modelo geológico conceptual de cada zona termal. A partir del conocimiento de los mantos permeables e impermeables se podrá conocer sus relaciones tridimensionales, límites, geometrías. O sea, se podrá conocer el marco y contenido donde se mueve el agua termal.

Geofísica

Para la identificación de las zonas con posibilidades de contener aguas termales se utilizará diferentes métodos geofísicos como ser: métodos aeromagnéticos, geoeléctricos, electromagnéticos y sísmicos.

Estos métodos indirectos son de suma utilidad para establecer en forma rápida, la profundidad a que se encuentra el agua subterránea e indirectamente, identificar zonas con diferente potencial geotérmico.

Hidrogeología geotérmica

En este componente se debe alcanzar un conocimiento detallado de la capacidad de cada acuífero que constituye el SAG y establecer los volúmenes explotables de agua termal.

En la planificación de la explotación intensiva de agua subterránea, como en este caso, es necesario tener pautas mínimas que aseguren el manejo racional del recurso a fin de evitar en impactos negativos para el recurso.

Se establecerán recomendaciones de distancias (radio de influencia) a las que se deben situar las explotaciones acuíferas para que no exista interferencia.

La metodología a desarrollar en los estudios hidrogeológicos comprende las siguientes etapas:

En primer término se efectuará un relevamiento de todos los estudios realizados en el área a analizar. Se procederá a registrar y sistematizar todos los datos provenientes de organismos públicos o particulares destacándose en especial por su importancia la información relativa a:

Todas las informaciones disponibles sobre pozos de la región serán uniformizadas en un catálogo básico de puntos de agua, a partir del cual servirá como referencia para seleccionar la red básica de observación y su análisis para tener una primera caracterización del sistema.

Inventario de Pozos

Durante el desarrollo del inventario se irán seleccionando los pozos que constituirán la red de observación futura. A éstos pozos se les realizará una nivelación topográfica, como también en determinados puntos en corrientes superficiales, para determinar la relación de éstas respecto a las aguas subterráneas.

En el transcurso de la etapa de inventario se elegirá pozos representativos de cada área del SAG para la realización de ensayos de bombeo.

Determinación de los constantes hidráulicas:Los ensayos de bombeo consistirán en etapas de descenso y recuperación, cuyos resultados serán analizados por los métodos correspondientes para obtener los parámetros hidráulicos de trasmisibilidad (T), coeficiente de almacenamiento (S) y conductividad hidráulica (K). Los resultados serán procesados por métodos computacionales que aseguran una mayor rapidez en la obtención de conclusiones.

Se destaca que los datos de conductividad hidráulica deben corregirse en función de la temperatura como requisito fundamental para obtener valores representativos del sistema termal

Potenciometría

En el desarrollo de este componente corresponde a la elaboración del mapa potenciométrico respectivo. El análisis del mismo aportará la información de gradiente hidráulico, dirección de flujo, caudal por frente de acuífero. Asimismo proporcionará información sobre variaciones litológicas o tectónicas que se presentan como anomalías en estos mapas.

Se determinarán con especial significación las áreas de surgencia, dato fundamental para la prospección y planificación económica del uso del SAG termal.

Cálculo de reserva

La cuarta etapa corresponde al análisis de las reservas de los sistemas acuíferos y se desarrollará con el fin de conocer las reservas actuales de los acuíferos en una zona con una densidad de pozos suficientemente alta en parte de los mismos. Con la información de las dimensiones geométricas del sistema acuífero, sus parámetros hidráulicos (T, S, K), la información del Mapa Potenciométrico, se obtendrá el valor de las reservas potenciales. Este valor, conjuntamente con los datos obtenidos del inventario de pozos, aportará el valor de las reservas disponibles de agua termal para ser usadas en una planificación de uso racional.

Los resultados de esta etapa proveerán un mapa con la zonificación con diferentes categorías de reservas. Esta información servirá de referencia para las futuras planificaciones de centros de extracción de agua.

La información hidrogeológico será representada en un mapa donde se recogerá los diferentes tipos de acuíferos del sistema y sus características hidrodinámicas.

Estudio del gradiente geotérmico

Según White, 1970 y Schoeller, 1962, el aporte medio de calor interno en los terrenos continentales se sitúa en 1,2 y 1,5.10^-6cal/cm²/seg pudiendo variar normalmente entre 0,2 y 8.10^-6 cal/ cm²/seg. En las zonas inferiores de la corteza terrestre se alcanzan temperaturas de alrededor de los 2000 ºC.

Es altamente probable que el origen del calor sea causado por desintegración de elementos radioactivos (K-40, radioelementos de las series del U y Th), que se acumulan en la corteza terrestre. Sumadas las reacciones fisicoquímicas asociadas a la formación de rocas cristalinas en condiciones de temperatura y presión muy elevadas, también pueden contribuir a este desprendimiento de calor, los esfuerzos mecánicos asociados al movimiento de las placas continentales.

El gradiente geotérmico se define como la profundidad que hay que desplazarse para que la temperatura media aumente 1 ºC. Es variable en una misma vertical, por lo menos en los primeros Km de la corteza terrestre. El valor medio terrestre es de alrededor de 33 m, pero puede variar entre 20 y 40 m, en la mayoría de los casos.

Para el estudio del gradiente geotérmico se presenta la ecuación de la continuidad en medios porosos con flujo de calor y agua en movimiento (conducción y convección) para un medio homogéneo e isótropo.

Esta ecuación es complicada por el número de datos que se deben conseguir pero su principal interés radica en la relación entre la temperatura y el potencial hidráulico y entre la conductividad térmica y la permeabilidad hidráulica que son la información fundamental para la caracterización de zonas termales.

Existen estudios en la región sobre gradiente geotérmico de Da Rosa Filho (1999), en Brasil, Montaño Xavier (1999), en Uruguay y Abel H Pesce (1998), en Argentina estos datos se deberán ajustar para cada zona del SAG y lograr una ajustada metodología para el cálculo del gradiente geotérmico.

6.2.3Geoquímica de las áreas geotérmicas

Se comenzará con la recolección de datos e información disponibles sobre calidad de aguas superficiales y subterráneas. Posteriormente se abordará la selección de pozos de muestreo de agua. Se procederá a la extracción de muestras y la medición de algunos parámetros de campo como temperatura, conductividad y pH, para lo cual se contará con instrumental de medición que posibilite la realización de los cálculos in situ de estos parámetros.

Realizando el muestreo y las mediciones de campo se abordan los análisis de laboratorio de los siguientes parámetros químicos Cl, SO₄, HCO₃, CO₃, NO₃, Na, K, Ca, Mg, además de Fe total, conductividad eléctrica, dureza total y alcalinidad de bicarbonatos y carbonatos.

Con los datos obtenidos serán elaborados mapas de isolíneas de distribución de los principales constituyentes, se investigarán los principales procesos de evolución química especial.

La clasificación química de las aguas será efectuada de acuerdo con el método de los diagramas triangulares de Pipper-Hill-Sangelier. Todos los análisis serán representados en un mapa mediante los diagramas de Stiff, con el fin de facilitar lectura de los datos y su interpretación.

Específicamente en este sistema prevalece la capacidad de disolución y zonas donde predominan situaciones de mayor temperatura existe abundancia de iones SiO₂, Cl^-, B, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺ y As por lo cual se deberá considerar su determinación.

Es necesario además considerar la determinación de Flúor, por los antecedentes anómalos en la Cuenca, estado de Paraná (Brasil)y por su importancia como elemento limitante de potabilidad.

Indicadores geoquímicos

Si existe (Custodio 1986) deposición de Sílice en superficie o en zonas de poca profundidad, es señal de un fuerte gradiente geotérmico.

Por lo tanto la investigación geoquímica tendrá como objetivo establecer los indicadores geoquímicos más efectivos para el SAG.

Además de conocer los diferentes componentes iónicos del agua se determinara su calidad y aptitud para diferentes usos.

Para la caracterización se investigará la utilización más efectiva de isótopos que se adapten a la estructura de ocurrencia de SAG.

6.2.4Identificación de zonas con termalismo y su incidencia en diferentes actividades productivas

En términos generales el uso del agua Termal puede servir como materia prima principal o complementaria en procesos de producción de la actividad agronómica , industrial o turismo.

El tratamiento que se propone se orienta a considerar en principio el agua termal para ser utilizada en distintas actividades por separado; además se analizará la situación del agua termal como materia prima multipropósito, entendiéndose que es esta una manera más racional de utilizar este recurso.

Turismo Termal

Identificadas las zonas termales en función de su temperatura se clasificarán completamente respecto de su calidad, determinándose su aptitud para ser utilizada en tratamientos médicos, baños, masajes hidrotermales y tratamientos de belleza.

Agricultura

A partir de los mapas de suelos y de la información climática, se identificarán las áreas con aptitud potencial de producción hortifrutigranera con producción a campo o invernáculo. En este ámbito se analizará el valor económico que tendrá el agua como amortizador de heladas. A modo de ejemplo, se establece en Uruguay una pérdida de entre el 15% y 20% de este tipo de producción por causa de heladas en la zona sur y litoral norte. Situaciones similares se presentan en el sur de Brasil y litoral argentino.

Protección contra heladas en combinación con el riego

Las heladas son un fenómeno típico del invierno (junio, julio y agosto), aunque también pueden ocurrir en los meses precedentes a los de invierno, en abril y mayo, como tardíamente, en los meses de setiembre y octubre. El efecto de las heladas es desbastador para varios cultivos, particularmente para cafetales y productos hortícolas desarrollados en estufas, si no tienen la protección adecuada.

Las plantas tienen temperaturas mínimas de sobrevivencia, siendo que muchos vegetales tropicales perecen antes de los 5°C. El protoplasma de las células de las plantas tiene un intervalo restrito de temperatura para su funcionamiento adecuado, cuanto mayor es la célula, más posibilidades tienen de ser dañada por la acción de las heladas. La aspersión de aguas calientes del acuífero Guaraní en los cortos períodos de bajas temperaturas, cuando ocurren las heladas por radiación (microclimática) o por advección (vientos), resulta ser uno de los mejores medios para combatir las heladas. En el caso de las heladas de radiación, los vientos son en general suave y las inversiones de temperatura se desarrollan en el aire en contacto con las superficies, mientras que en las heladas de advección, de mayor duración, los vientos son fuertes, no ocurriendo inversiones de temperatura.

La aplicación del agua, por inundación o aspersión, es uno de los métodos con los que se pueden combatir las heladas que dañan determinados cultivos. Cada gramo de agua puede aportar una caloría por grado centígrado; por otro lado, el calor de fusión del agua es de 80 cal/g. Dependiendo de la diferencia de temperatura del agua aplicada, puede existir gran influencia en el control de la helada. La desventaja de la aplicación del agua por inundación, radica en que este método puede retardar el calentamiento de la superficie en el día siguiente, exigiendo grandes y nuevos aportes de agua, y también en que puede ser nocivo para algunos tipos de plantas.

La utilización de la aspersión es más efectiva. El agua, cayendo sobre hojas y congelándose, libera calor de fusión. La aspersión debe ser continua hasta el amanecer o hasta que el hielo existente sea totalmente derretido. La aspersión es conveniente para cultivos bajos como tomate, frutilla y frijoles, que resisten hasta temperaturas de - 5°C. Las temperaturas nocivas mínimas para la germinación, florecimiento y fructificación de algunos cultivos, son presentadas en la tabla 1. La altura de agua aplicada por unidad de tiempo pasa a ser menos de la mitad usada en condiciones normales de irrigación, o a través de aspersores usuales. Los tamaños de las gotas de agua deben ser los menores posibles para lograr nebulización.

Riego

El riego, por permitir la producción continua de materia agrícola y mejorar la calidad, es un factor importante para garantizar el aprovisionamiento adecuado para la industrialización. En este particular, el riego asegura elevada productividad, concentración de producción, orientación estratégica de la cosecha, acortamiento del ciclo productivo, mejor selección y padronización del producto, con el consecuente mayor rendimiento industrial. Para comparar los beneficios de los cultivos irrigados en relación de los no irrigados, se presenta el cuadro 5 elaborado por Siqueira (1975).

Cuadro 5. Rendimiento agrícola en Brasil, en el Valle de San Francisco con irrigación.

Almacenamiento de granos

Atendiendo al aumento de la población y la expansión de la agro industria, resulta necesario que se procure aumentar la producción sin perder de vista la conservación del producto cosechado. La red almacenadora, recibiendo la producción que no encuentra consumo inmediato, conforma las reservas reguladoras, que permiten la distribución cronológica de los productos e impiden las fluctuaciones de precios que resultan de los períodos de zafra e interzafra. El almacenamiento demanda una actualización periódica de las técnicas de conservación y nuevos dimensionamientos en función de una mayor producción.

El almacenamiento de granos en sacos en los almacenes, es la práctica dominante en varias partes de la región, por lo que los granos quedan sujetos a las variaciones ambientales, y en zonas húmedas, la calidad del producto es perjudicada por la acción de la humedad. En condiciones de almacén, los granos no pueden ser conservados por largo tiempo, y las pérdidas de cereales y granos leguminosos son estimadas en más de 15 % al año (Puzzi, 1973).

El secado de granos constituye una de las principales operaciones en el sentido de obtener un producto de buenas características. El secado natural, realizado por la acción del calor del sol y del viento, es un proceso sujeto a variaciones considerando que la temperatura, humedad del aire y ventilación son factores incontrolables. Este proceso se aplica inmediatamente después de la cosecha, y consiste en exponer al sol los granos dispuestos en camadas delgadas en un local denominado estufa. El secado mecánico consiste en someter el producto a la acción de una corriente de aire que atraviesa la masa de granos. Se basa en la propiedad por la cual al aumentar la temperatura del aire su humedad relativa disminuye, y consecuentemente, su capacidad de absorber humedad aumenta. Según el equilibrio hidroscópico, el tenor de humedad de los granos acompaña la disminución de humedad relativa del aire, llegándose así al secado del producto. En el cuadro 6 se correlaciona el tenor de humedad de diversos granos con diferentes niveles de humedad relativa a 25°C de temperatura.

Cuadro 6.Tenor de humedad de diversos granos en equilibrio con diferentes niveles de humedad relativa a 25 °C de temperatura (Según Tossello, 1964).

Secado de madera

El tenor de agua en la madera influye en sus propiedades físico mecánicas. La resistencia de la madera decrece en general con el aumento de su humedad. El secado por lo tanto, tiene como finalidad reducir la humedad de la madera. La madera, después de seca, y no habiendo posibilidades de alteración en su humedad, conserva permanentemente sus formas y dimensiones, además de que el secado hace que la madera quede menos sujeta a la acción de hongos e insectos, y disminuye los costos de fletes entre un 30% y 50%, correspondiente al peso del agua evaporada. Para evitar el secado excesivo de la superficie de la madera, que provoca rajaduras y endurecimiento, la temperatura del aire dentro de la estufa debe ser mantenida entre 40 y 46 °C; esta temperatura esteriliza a la madera contra los agentes destructores, ya la temperatura de 55 °C es fatal para casi todos los insectos (Souza, 1947).

El aporte de calor puede darse por irradiación, a través de serpentines, o por circulación, que consiste en provocar el movimiento de aire caliente para eliminar la humedad. El secado no puede ser regulado solo por la temperatura o solo por la humedad de forma aislada, si no que debe regularse por la acción conjugada de ambas. Lo más importante en el secado no es obtener una evaporación rápida, si no conseguir la más rápida transfusión de humedad del interior para la superficie de la madera, sin perjuicio de sus cualidades. La presencia de humedad con vapor en las estufas de secado, evita o disminuye las rajaduras o fisuras en los extremos de las piezas, evitando el endurecimiento, así como acelerando la transfusión de humedad y homogeneizando el tenor de humedad de la madera.

En el secado de madera verde o parcialmente seca al aire, la humedad más recomendada es de 60 a 85%, siendo que en el proceso la humedad es reducida hasta el 40% y posteriormente hasta 20%. En el inicio de cualquier operación de secado, es común aplicar vapor para evitar que se inicie la evaporación en la madera inmediatamente de suministrar calor. Como la humedad del aire es del orden del 65 al 85%, y la de la madera, inicialmente, es del orden de 18%, la temperatura ambiente debe ser mantenida en 70 °C. La circulación del aire dentro de la estufa debe ser uniforme y puede ser realizada por medio de ventiladores instalados en el extremo seco, para remover el agua de la superficie de la madera. Según Galvao y Jankowsky (1984), un buen programa de secado de algunas especies de maderas debe mantener una relación entre la humedad de la madera, la humedad relativa del aire y la temperatura del bulbo seco y húmedo, de acuerdo con cuadro 7.

Una instalación de calefaccionamiento por medio de las aguas calientes del acuífero Guaraní debe estar constituida por un conjunto de dispositivos, formando un circuito cerrado, donde se pueden señalar los elementos esenciales de un pozo tubular profundo, la tubería de distribución, los elementos de calentamiento (radiadores) a través de los cuales el agua cede calor al aire, y de una tubería de retorno que recoge el agua parcialmente enfriada en los elementos de calentamiento y la saca fuera del sistema, de modo que el funcionamiento de la instalación sea continuo.

El sistema de tubería, a su vez, debe ser mantenido en comunicación con un recipiente (“vaso de expansión”), en el cual, cuando es colocado en el nivel superior del punto más alto de toda la instalación, permite la expansión del fluido intermediario durante su calentamiento y la salida del aire de todo el conjunto. La instalación debe ser mantenida siempre llena, de modo de evitar el secado de juntas, uniones y grifos, que puede generar posteriores pérdidas (Costa, 1991).

Los elementos de calentamiento son dispositivos destinados a ceder al local que se desea calefaccionar, el calor que, producido por el agua de pozo, es transportado. Estos elementos son radiadores, en forma de serpentines o en fajas de tubos paralelos que pueden ser instalados en el revestimiento (agua a 60 °C) o en el piso (agua a 40 °C).

La avicultura brasileña, con predominio en el Sur de Brasil, es líder en productividad mundial. De ahí la razón de destacar el aprovechamiento de las aguas del acuífero Guaraní para fines de desplumado, prehervido y limpieza de aves.

El prehervido de las aves completa el proceso de liberación de las plumas, aumentando su densidad y área de fricción para remoción. Se utiliza generalmente, un tanque de agua caliente con agitación por inyección de aire, en el cual las aves son mantenidas inmersas. La agitación de agua es necesaria para asegurar buena penetración en la piel del ave, además de evitar bolsones de agua fría. De acuerdo con Pinheiro (1994), se utilizan temperaturas de prehervido del orden de 52 a 54 °C. Desplumadores de cuello operan entre 60 y 65 °C, y de las alas entre 54 y 60 °C.

Después del prehervido, las aves entran en una serie de máquinas de desplumado, que son diseñadas para desplumar las alas, las patas, el cuello y cuerpo. A continuación se realiza la desviscerización, para realizar la remoción de la cabeza, vísceras, patas, etc. de la carcaza desplumada.

6.2.5Construcción de pozos

Existen antecedentes en el área sobre construcción de pozos pero debe reglamentarse para cada región el tipo de proyecto de construcción más eficiente.

Esta reglamentación servirá para el ordenamiento en la construcción de los pozos, aspecto fundamental para un uso racional del SAG.

Existen una gran variedad de proyectos constructivos de pozos en función de las particularidades de cada región y los caudales que se quieran extraer .Para el caso de utilizar solamente el caudal de surgencia, los pozos serán de menor diámetro generalmente sin colocación de filtros, prefiltros ni equipo de bombeo lo que resulta en pozos más económicos generalmente utlizados en turismo terma. Si se quiere extraer grandes caudales los proyectos incluirán cámara de bombeo Tubera-filtro, prefiltro y equipo de bombeo ,con un incremento en el costo de un 50%.

Modelos hidráulicos

Se elaborará modelo hidrotermal de ajuste y simulación de predicción de sistemas acuíferos termales y una simulación de campos de bombeo que permitirá básicamente determinar el diseño óptimo de emplazamientos extractivos con los detalles constructivos de los mismos.

Con respecto al modelo matemático de simulación de sistemas acuíferos, el mismo tiene como objetivo conocer el comportamiento de las distintas variables de los diferentes procesos hidrogeológicos del medio continuo poroso saturado, proponiéndose desarrollar un modelo matemático de flujo del sistema acuífero en régimen transitorio.

El mismo posibilitará determinar las condiciones del flujo y la evaluación de los niveles de agua subterránea ante diversas acciones exteriores, como la recarga natural o artificial, las extracciones por bombeo, el drenaje natural, etc. y predecir los efectos temporarios y/o permanentes de toda acción humana sobre el recurso subterráneo. De esta manera será posible establecer factibilidades y características óptimas de diferentes proyectos de explotación para aquellos lugares donde exista un número de medidas que sean representativas del medio hidrogeológico. A los efectos del cumplimiento de los objetivos señalados se prevén los siguientes pasos:

Verificación del modelo hidráulico conceptual en función de los parámetros geométricos y físicos y los mecanismos de recarga y descarga con su contribución.

Discretización del medio poroso saturado a modelar con definición de distintos tipos de mallas.

Asignación de los parámetros físicos resultantes al medio poroso continuo saturado.

Ajuste del modelo. En esta etapa se realiza la comprobación del modelo conceptual y de los parámetros físicos mediante la comparación de los niveles observados y calculados.

6.2.6Hidroeconomía.

El enfoque de este tema es estudiar los aspectos económicos que influyen en la explotación de los recursos hídricos termales.

Es necesario en toda en toda explotación de un recurso se presenten varias alternativas y opciones técnicas entre las cuales seleccionar las que generen mayor beneficio al mínimo costo . Con este objetivo es que se debe determinar el costo del metro cubico de aguas elevada para las diferentes situaciones hidrotermales que se presentan en el SAG

A partir del valor del metro cúbico de agua se estudiará su incidencia en las diferentes actividades económicas donde se puede usar como ser, agricultura, industria, calefacción o turismo su incidencia económica.

6.2.7Impacto ambiental del agua termal

El aprovechamiento del recurso termal almacenado a diferentes profundidades mayores a 500m y requiere para su extracción la construcción de perforaciones que produce según la temperatura y el tipo de sistema explotado, agua caliente, gases o generalmente una mezcla de ambos. Los fluidos termales suelen estar acompañados de sales, de tal manera que en el proceso de utilización es necesario considerar no solo las reservas disponibles sino también las perturbaciones ambientales que eventualmente pueda ocasionar su explotación.

En relación con proyectos de aprovechamiento de recursos termales, se deben considerar dos efectos negativos en el medio ambiente como los de mayor impacto.1) En primer lugar la contaminación química, la cual puede llegar a ser particularmente importante cuando se encuentran involucrados grandes volúmenes de agua con importante contenido salino. 2) Los problemas derivados de la contaminación termal, consecuencia del vertido de aguas residuales a temperaturas superiores a la de los ecosistemas preexistentes.

6.2.8Transferencia tecnológica.

En el área no existe una cultura del aprovechamiento de agua con temperatura y sus distintas aplicaciones que entendemos puede tener importancia en varios procesos de producción con relevancia socioeconómica. Es por ello que planteamos la planificación de actividades de transferencia tecnológicas entre los países de la región y fuera de ella como la forma más efectiva de formar y reforzar el conocimiento en el aprovechamiento de este particular recurso.

6.3.Custos do Tema Hidrotermalismo

6.4.Principales productos:

En el campo geológico se aportará el conocimiento de los espesores del techo del acuífero mediante un mapa de isopacas. Además se presentará la geometría de los cuerpos portadores de agua termal con la ubicación aproximada de zonas con discontinuidades por presencia de tectonismo y filones diabásicos, resultando en una síntesis del conocimiento del subsuelo en un modelo conceptual geológico.

En el área se establecerán las características hidráulicas como T, S y K de cada zona. Además se determinará su dirección de flujo termal representada en un mapa potenciométrico.

A partir del gradiente geotérmico y la estructura geohidrológica se podrá saber las anomalías de temperatura en la región que estarán expuestas en un mapa de isotermas.

Con el análisis de datos hidroquímicos se identificaron los distintos tipos de agua y las anomalías respecto a su calidad.

En función del cruzamiento de la información termal y química del agua se obtendrá un conocimiento de la capacidad de uso del agua termal en diferentes procesos de producción, como ser fuente de energía, agricultura, industria o turismo termal.

La simulación matemática aportará modelos hidráulicos e hidroquímicos y termales para poder representar las condiciones actuales de SAG y poder predecir situaciones futuras de extracción de agua del sistema.

Se conocerá el costo del metro cúbico de agua y si incidencia en los procesos económicos cuando se utiliza agua del SAG. El desarrollo de este tema se complementará con la incidencia social del uso del recurso.

Los estudios de impacto ambiental derivado de los vertidos de aguas termales resultarán en propuestas de Guías de Estudios de Impactos para ser aplicados en la región termal del SAG.

El intercambio y la transferencia técnico científico con países con cultura en el uso hidrotermal desarrollará en cada país participante los núcleos de difusión del conocimiento en el uso integral de este recurso.

7.ISÓTOPOS

7.1.Plan de Trabajo y Metodología

El plan prevé la realización de un muestreo de aproximadamente el 25% de las fuentes que se censen para los estudios hidrodinámico e hidroquímico. En una primera etapa se determinarán isótopos estables ²H, ¹⁸O y ¹³C. Asimismo se medirá el contenido de ³H fundamentalmente para establecer donde hay recarga reciente. La segunda etapa implica el muestreo de ¹⁴C en pozos seleccionados en función de su representatividad y el contenido de especies datables. Los datos serán modelados para obtener edades adecuadas. A la luz de la informacion isotópica obtenida y, junto con la proveniente de los estudios hidrodinámicos e hidroquímicos, se procederá a densificar y/o a especializar el muestreo, así como sugerir otro tipo de estudio isotópico que se considere necesario.

También se prevé la instalación de estaciones totalizadoras de agua de lluvia en localidades relacionadas al Acuífero, como Curuzú Cuatiá y San Ignacio en Argentina, en las que se determinará deuterio, oxígeno-18 y tritio.

Las técnicas que utilizan isótopos ambientales (²H, ¹⁸O, ¹³C) son una herramienta de gran utilidad en estudios hidrológicos e hidrogeológicos al emplearlas conjuntamente con los procedimientos llamados "clásicos". Así, se pueden definir en forma relativamente sencilla y a bajo costo, temas como origen y zona de recarga, mecanismos de salinización, procesos en la zona no saturada y términos del balance hídrico.

En la Argentina, casi fundamentalmente en el INGEIS o con datos producidos en el mismo, se llevaron a cabo este tipo de estudios desde el comienzo de la década de 1980 (Albero y Panarello, 1981; Levin et al., 1987a; Panarello, 1987, 1992, 1994; Panarello y Albero, 1983; Panarello y Parica, 1984, Panarello et al, 1993a,b; Panarello y Dapeña, 1996).

En todos estos estudios nacionales e internacionales fue de gran importancia la definición de la función de entrada a los sistemas hidrológicos. Esto se logra con un cuidadoso registro de la composición isotópica del agua de lluvia. Desde 1980 el INGEIS, participa de la Red de Medición de Isótopos en Precipitación (GNIP) del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) y la Organización Meteorológica Mundial (OMM).

Debido a su gran extensión areal, a la diversas condiciones climáticas imperantes y a la gran variedad de tiempos de residencia del agua, hacen prever para el Acuífero Guaraní una signatura isotópica bien diferenciada. Esto, sumado a los estudios hidroquímicos e hidrodinámicos, permitirá apreciar áreas y alturas de recarga, aportes regionales y locales, zonas de descarga, mezclas y mecanismos de salinización, evaporación previa a la infiltración y, en casos favorables, realizar reconstrucciones paleoclimáticas usando el ¹⁴C para la acotación en el tiempo y el ¹⁸O como proxy para la temperatura. No se descarta el empleo de otras técnicas más modernas, aunque no estén disponibles en INGEIS, como el estudio del contenido de gases nobles, ³⁶Cl, ⁸⁵Kr y el método ²³⁸U - ²³⁴Th.

Para la medición de la relación ¹⁸O/¹⁶O se utilizará la técnica de Epstein y Mayeda (1953), denominada "método de equilibración", modificada por Roether (1970), que fue adaptada a las posibilidades del INGEIS por Panarello y Parica (1984). En líneas generales, este método se basa en la transferencia del oxígeno-18 contenido en la muestra de agua a analizar, al dióxido de carbono de un tubo, en condiciones de equilibrio a temperatura constante (25ºC) según la reacción:

A esta temperatura el CO₂ se enriquece 41,2‰ respecto del agua en equilibrio. Posteriormente el gas se somete a purificación criogénica, es colectado mediante nitrógeno líquido y transferido al espectrómetro de masas (Panarello y Parica, 1984).

La relación ²H/¹H se determina siguiendo la técnica enunciada por Coleman et al., (1982), que consiste en la reducción de agua a hidrógeno, obteniéndose hidrógeno gaseoso, apto para ser medido en el espectrómetro.

Debido al tamaño muy pequeño de muestra utilizada, se deben extremar las condiciones de trabajo para minimizar la humedad dentro de la línea de vacío. La medición de las relaciones isotópicas se realizan en un espectrómetro de masas de triple colector, sistema de introducción múltiple, Finnigan MAT Delta S.

El ¹³C de los carbonatos se obtiene mediante la precipitación con BaCl_2.Los enriquecimientos isotópicos se expresan en desviaciones [‰] respecto de un patrón internacional:

onde puede ser ¹⁸O, ²H o ¹³C, R es la relación isotópica ¹⁸O/¹⁶O, ²H/¹H o ¹³C/¹²C, el subíndice M se refiere a la muestra y el P al patrón internacional i.e. V-SMOW para ¹⁸O y ²H y V-PDB para ¹³C.

El tritio (³H o T), isótopo radiactivo del hidrógeno, emite radiación ^- y tiene un período de semidesintegración de 12,22 años. El origen de este isótopo puede ser natural o artificial. Naturalmente el tritio se forma en las capas superiores de la atmósfera por interacción entre nucleidos livianos (¹⁴N) y neutrones secundarios producidos por la radiación cósmica (Panarello y Albero, 1983).

Rápidamente se oxida a HTO, para precipitar luego con las lluvias e incorporarse de esta manera al ciclo hidrológico. La producción artificial es debida a las detonaciones nucleares y a la operación de centrales atómicas. La gran cantidad de tritio inyectado en la atmósfera por las pruebas nucleares realizadas entre 1945 y 1963, dieron lugar a un pico en la concentración de este isótopo en las precipitaciones, registrándose máximos del orden de 10.000 U.T. en 1963 en el hemisferio norte. Posteriormente, al disminuir la producción de tritio artificial, los niveles naturales decrecieron, tanto por decaimiento como por dilución.

El tritio resulta de utilidad para estimar el tiempo de recarga de un acuífero, ya que se desintegra a través del tiempo. De este modo, los valores de tritio similares a aquellos correspondientes a las precipitaciones de las cuales puede recargarse el acuífero indican tiempos relativamente cortos desde la infiltración. Los valores menores podrían señalar tiempos intermedios de recarga, o bien una mezcla entre aguas recientemente infiltradas y aguas “muertas”. Las aguas muertas en tritio son aquellas que no lo poseen debido a su largo tiempo de permanencia en el acuífero.

Debido a los bajos niveles que se registran en las aguas de lluvia y subterráneas el proceso de análisis de tritio consta de dos etapas:

Existen diversos métodos de enriquecimiento. En los laboratorios del INGEIS se utiliza el enriquecimiento electrolítico, que consiste en producir la electrólisis del agua a analizar, previamente convertida a una solución alcalina diluida por agregado de peróxido de sodio (Na₂O₂). Posteriormente la muestra es medida por espectrometría de centelleo líquido para lo cual se la mezcla con una solución centelladora.

El Carbono 14 también es de origen estratosférico, se incorpora a la atmósfera en forma de ¹⁴CO₂ y establece un equilibrio dinámico con los seres vivos, a través de la fotosíntesis, las cadenas tróficas y la respiración. Con la muerte este equilibrio se rompe y la concentración de ¹⁴C es función del tiempo transcurrido desde ese evento, lo que constituye una herramienta de datación directa.

La datación de aguas por carbono-14 no es directa como en el caso de la materia orgánica, carbón, conchillas, que se emplean en Arqueología. El carbonato disuelto en el agua no refleja en general el carbono moderno adquirido en el área de recarga que ha decaído durante el tiempo transcurrido desde su ingreso hasta la toma de la muestra. En efecto, durante la evolución del agua subterránea, es probable que se produzcan procesos que “diluyan” la actividad inicial del bicarbonato disuelto. El más importante es la lixiviación de carbonatos fósiles, casi siempre presentes en los acuíferos. A esto se le suma la existencia de otras fuentes de carbono (volcánico, hidrotermal, etc) que junto con procesos de saturación y precipitación de calcita e intercambio iónico, hacen difícil la interpretación de la edad. Para resolver estos inconvenientes se han desarrollado modelos que tienen en cuenta la evolución química e isotópica del agua y que aproximar las edades obtenidas a las reales. Entre los más utilizados para la parte hidroquímica se tienen los programas Phreeqe, Wateq, Solmineq, etc. y los modelos planteados, entre otros, por Pearson-Gonfiantini (Salem et al., 1980), Fritz y Fontes (1980), etc.

En el caso del agua el CO₂ proveniente de la actividad vegetal, especialmente en las cercanías a las raíces de las plantas, transfiere ¹⁴CO₂ en la zona no saturada en forma de ácido carbónico que luego pasa a bicarbonato, por reacción con el agua del suelo. Roto el equilibrio con la atmósfera, el bicarbonato evoluciona en el acuífero mientras decae su ¹⁴C. Es, teniendo en cuenta ese decaimiento y mediante el uso de modelos hidroquímicos que se puede estimar la edad del agua subterránea. El largo período de semidesintegración del ¹⁴C (5.730 años), permite datar aguas de hasta 30.000 años. Una vez establecida la dirección de flujo en el acuífero, mediante el mapa con curvas equipotenciales, y determinadas las isocronas, se puede estimar la velocidad promedio del agua subterránea.

Al igual que el tritio el ¹⁴C es un emisor ^, por lo tanto también se lo determina por centelleo líquido previo enriquecimiento.

El acetiluro de litio reacciona con agua para dar acetileno, H–CC–H, que produce benceno por trimerización en presencia de catalizadores con óxido de cromo:

El benceno, así formado, contiene el 94.7% del carbono original y sobre este producto se realiza la medición por centelleo líquido.

Las muestras para la realización de los isótopos estables del H, O, C y tritio, se recolectarán simultáneamente con las de química y la realización de las mediciones para hidodinámica, por lo que no implicarán costos adicionales de gastos de campaña. Sólo se debe considerar el material de trabajo y los gastos de envío. Dado que las muestras de ¹⁴C deben ser precipitadas in situ y requieren técnicas especializadas para su tratamiento, su colección debe realizarla un especialista.

7.2.Custos do Tema Isótopos (em US$)

8.HIDRODINÁMICA

8.1.Objetivos

El análisis e interpretación del comportamiento hidrodinámico del Acuífero Guaraní (AG), tiene por finalidad establecer la ubicación de sus ámbitos de recarga, circulación y descarga. También, definir las direcciones de flujo y los gradientes hidráulicos a partir de los cuales, junto con la transmisividad, la permeabilidad y la porosidad efectiva, se pueden estimar los caudales y las velocidades de circulación subterránea.

La hidrodinámica, además es una de las herramientas más valiosas para el desarrollo del balance hídrico subterráneo.

En el aspecto utilitario la red de flujo subterráneo brinda un panorama indispensable para lograr un aprovechamiento sostenible, con la necesaria preservación del recurso hídrico. Esto está estrechamente relacionado con el control de actividades antrópicas que puedan generar riesgos de contaminación en los ámbitos de recarga.

8.2.Plan de Trabajo y Metodología

En este punto se hace referencia a los trabajos que se prevé desarrollar y a los métodos y técnicas que se emplearán para realizar el estudio hidrodinámico del AG.

En el aspecto general se contempla la realización de dos tipos de redes de flujo. Una a escala regional, que abarcará la extensión total del Acuífero y por ende deberá contar con información proveniente de los 4 países. La o las restantes, a escala local, se circunscribirán a ámbitos donde se hayan detectado problemas o resulten potencialmente riesgosos a la contaminación y/o sobreexplotación.

Las magnitudes de las escalas dependerán del tamaño de la región considerada, de la densidad y distribución de la información hidráulica disponible y del objetivo del trabajo, especialmente en los estudios locales. Preliminarmente puede preverse para la regional entre 1:1.000.000 y 1:2.000.000, mientras que las locales oscilarán entre 1:25.000 y 1:100:000.

8.2.1Recopilación de antecedentes

Se prestará especial atención a trabajos sobre hidrodinámica, redes de flujo ya elaboradas, a escala local y regional y a la cartografía de base empleada. También a los potenciales hidráulicos del AG indicados en los perfiles de los pozos, cuando estos dispongan de las cotas de sus bocas. De no ser así, se intentará su acotamiento a partir de cartas topográficas.

La base de consulta de datos, seguramente serán los archivos de instituciones oficiales de los 4 países que dispongan de información sobre el AG. También se tendrán en cuenta, en función del grado de confiabilidad, los antecedentes hidráulicos existentes en entes privados, especialmente empresas de perforación.

Con el objeto de lograr una base de datos que pueda consultarse en forma rápida y sencilla y que resulte útil y representativa, se uniformizará la toma de datos hidráulicos, de acuerdo con los previstos para otras actividades (geología, química, contaminación, uso, termalismo, balance hídrico, etc).

En lo referente a la calidad de la información disponible, se prevé calificarla como: regular, buena y muy buena, asignándole un valor numérico de 1 a 3.

La información citada servirá de base para planificar los relevamientos de campo, tanto regionales como locales.

8.2.2Relevamiento hidrogeológico de campo

Consistirá en la medición de los niveles hidráulicos de aquellos pozos seleccionados previamente, o durante la realización de la presente tarea. En los sitios donde exista surgencia se medirán las presiones en boca de pozo mediante el uso de un manómetro. Cuando el nivel se ubique por debajo de la boca se empleará una sonda piezométrica a batería. Los pozos medidos se ubicarán de acuerdo al sistema de coordenadas elegido para la base cartográfica del proyecto y las cotas hidráulicas, se obtendrán a partir de mapas topográficos con curvas de nivel, o de nivelaciones ópticas, o barométricas.

Los datos se volcarán en una planilla de censo donde además del nivel hidráulico, se indicará el nombre del propietario, la ubicación departamental, provincial o estadual, el país, las características constructivas, el uso, el caudal, la temperatura del agua, etc.

Con el objeto de abaratar costos y de evitar la reiteración de trabajos, se considera conveniente aprovechar este relevamiento para efectuar también el muestreo químico e isotópico. Además se entiende apropiado que al relevamiento lo hagan especialistas del país donde se realice el censo, pero bajo la supervisión general de la UBA.

Para el relevamiento “hidrogeológico regional” se prevé la medición de niveles hidráulicos en unos 200 pozos, mientras que para los “estudios locales”, pese a que es bastante más difícil de apreciar, se estima una cantidad similar (200).

8.2.3Base de datos

Para ordenar y archivar los datos hidráulicos se prevé emplear un sistema del tipo SIG. El sistema elegido, se utilizará también para archivar el resto de la información hidrogeológica, obtenida con el desarrollo de las otras actividades.

8.2.4Caracterización e interpretación

Se hará una elaboración e interpretación preliminar en forma manual y posteriormente otra, a partir de programas adecuados para la simulación de la hidrodinámica subterránea.

Para el trazado manual de las líneas equipotenciales, se tendrá en cuenta la relación de influencia que ejercen las aguas superficiales sobre las subterráneas en los ámbitos de recarga y la de la efluencia, que caracteriza a los de descarga subterránea.

La equidistancia se eligirá en función de la escala (regional o local) y de la distribución y densidad de los potenciales hidráulicos medidos.

Para la reproducción final se utilizará un programa para dibujo del tipo autocad.

Para el cálculo de caudales y velocidades de flujo, se empleará un programa del tipo modflow, con apoyo en valores de transmisividad, permeabilidad y porosidad efectiva, determinada las primeras mediante ensayos de bombeo y la Pe mediante ensayos con trazadores.

La hidrodinámica subterránea constituye uno de los factores de mayor transcendencia para el desarrollo y aplicación de los modelos numéricos a los acuíferos.

8.2.5Monitoreo

Con el objeto de establecer el comportamiento piezométrico del AG y verificar la relación entre las variaciones de los niveles hidráulicos y los excesos y déficit hídricos naturales y los producidos por extracción, se prevé instalar una red para monitoreo mediante el empleo de pozos representativos existentes. La operación de la red (medición y muestreo) podrá compartirse con otras actividades contempladas en el proyecto (química, bacteriología e isótopos). La frecuencia para el monitoreo se estima entre 2 y 4 meses.

8.2.6Informes técnicos

A la finalización de cada uno de los primeros 3 años de ejecución del proyecto, se elaborará un informe de avance que permitirá establecer el estado de desarrollo alcanzado por el estudio hidrodinámico y cotejarlo con el previsto en el cronograma. También se producirá un informe técnico final, al terminar el proyecto, en el que se volcarán todos los resultados obtenidos en los trabajos de campo y de gabinete, poniendo énfasis en la propuesta de medidas y actividades destinadas a lograr un aprovechamiento sostenible del Acuífero Guaraní.

8.3.Custos do tema Hidrodinâmica (emUS$)

9.VULNERABILIDAD

9.1.Objetivos Específicos

-Normalizar un inventario de fuentes potenciales de polución de los recursos hídricos subterráneos y desarrollar un sistema de análisis para su clasificación.

-Efectuar una evaluación de la vulnerabilidad y polución de cada región del S.A.G., cuyos resultados se presenten en un mapa regional.

-Establecer directivas y prioridades para la protección de las aguas subterráneas.

9.2.Metodología Regional

La escala de trabajo que se propone es de 1:1.000.000 en función de la extensión del acuífero, aunque se debe considerar por la estructura del SAG, que solamente el 35% se encuentra aflorando y, por lo tanto, expuesto a ser impactado por la actividad antrópica.

9.2.1Vulnerabilidad.

La medida de la vulnerabilidad no está constituida por valores mensurables, sino por una combinación de factores que resultan en grados de vulnerabilidad. Es necesario simplificar los datos requeridos y que los mismos estén disponibles en toda el área.

Para este caso se propone aplicar la metodología de Foster – Hirata, 1988, donde los parámetros se reducen a tres:

Tipos de Acuíferos

Para conocer los diferentes tipos de acuíferos que componen el SAG en la zona aflorante o con poca cobertura, se extraerá la información de la carta hidrogeológica. Los elementos requeridos en forma específica son en primer orden zonas con ausencia o presencia de acuíferos. En estas últimas se establecerá el tipo de acuífero, o sea si es libre, confinado o semiconfinado.

Es necesario además conocer las zonas de descarga y recarga del acuífero. La primera por ser la puerta de entrada de todo poluente que se sitúe sobre esta zona. La segunda porque en las áreas de salida del acuífero confluye un gran flujo subterráneo que generalmente funciona como área de dilusión de poluentes.

Calidad natural del agua subterránea.

Con la información de la carta hidrogeoquímica se tendrán las distintas clases de aguas subterráneas con su componente natural que servirán como referencia de calidad ante cualquier perturbación o cambio químico por presencia de contaminantes.

Características de la zona no saturada o techo del acuífero.

La zona no saturada constituye la principal barrera de amortiguación al pasaje de los contaminantes.

En esta dirección, se deberá analizan los parámetros que tienen incidencia en la dinámica, física y química de los contaminantes en su recorrido desde la superficie del suelo hasta la zona de saturación.(Foster,S.).

Por lo anterior es muy importante conocer las características físicas y químicas de la zona no saturada que determinan por un lado el grado de accesibilidad de un contaminante al acuífero y por otro la amortiguación física, química y biológica de la zona no saturada que se manifiesta por el grado de retención al o los contaminantes que se depositan sobre la superficie. Estos aspectos conjuntamente con la actividad de los contaminantes determinan el tiempo de transferencia que es el tiempo que demora el traslado de un contaminante en atravesar la zona no saturada.

Una forma de representar la vulnerabilidad es mediante mapas temáticos que indiquen las barreras o dificultades que enfrentan los contaminantes para acceder al sistema acuífero. Los factores o atributos principales que inciden en la vulnerabilidad de los sistemas hídricos subterráneos son la capacidad de atenuación de la zona no saturada y la inaccesibilidad hidráulica.

A continuación se describen los principales factores que intervienen en la amortiguación.

Es muy importante en la protección del agua subterránea principalmente en regiones donde no existen suelos y cuando existen, porque refuerza la acción de amortiguación de estos.

El suelo constituye la capa organo-mineral comprendida desde la superficie hasta la roca madre y merece especial atención por representar la primera y más importante defensa natural contra la contaminación de las aguas subterráneas.

En la composición del suelo, si se emplaza en la zona subsaturada, existe por un lado un volumen poroso ocupado por gas y líquido y el resto por distintas sustancias sólidas. En la parte sólida, se denomina esqueleto de suelo a las fracciones de mayor tamaño, químicamente poco activas, fracciones arena y limo, y se llama plasma del suelo, a las fracciones más pequeñas constituidas principalmente por coloides como por ejemplo, minerales arcillosos, materia orgánica, etc.

El flujo de agua en el suelo, es normalmente lento, restringiéndose a los poros más pequeños, con mayor superficie específica. La condición química es normalmente aeróbica y frecuentemente alcalina.

Las principales acciones "amortiguadoras" a la acción de contaminantes en la zona no saturada son:

b) Atenuación de metales pesados y otros componentes químicos inorgánicos a través de precipitación como carbonatos, sulfuros o hidróxidos, sorción o intercambio de cationes, o fijación por la materia orgánica carbonosa.

c) Sorción y biodegradación de muchos hidrocarburos y compuestos orgánicos sintéticos.

d) Horizontes de suelo con baja permeabilidad como por ejemplo los B₂T, que limitan el flujo descendente.

Para estos estudios regionales es fundamental conocer el espesor de la zona saturada con o sin suelo, su litología y conductividad hidráulica.

Se realizarán las mismas consideraciones, pero en este caso sin la presencia de los suelos, calculándose el espesor de la zona no satura y su conductividad hidráulica.

Profundidad del nivel del agua subterránea.

A partir de los mapas geológicos e hidrogeológicos regionales se podrá establecer la profundidad de la napa de los diferentes acuíferos que constituyen el SAG. Con esta información se estimará el recorrido que tendrá un posible contaminante que en este caso se considerara genérico.La información se volcaría en un mapa que refleje el grado de vulnerabilidad del SAG.

9.2.2Actividad de los contaminantes.

Inventario de fuentes de poluentes

Respecto a las actividades antrópicas se deberá realizar un inventario de actividades contaminantes, clasificándolas por clases en función del tipo de vertido y específicamente del poluente. Sobre este último se debe conocer su movilidad y persistencia. Toda la información sobre ubicación de actividades poluentes clase de vertido y tipo de poluente se expresará en un mapa a escala regional.

Mapa de riesgo

La superposición de la información representada en el mapa de vulnerabilidad y el mapa de clases de poluentes resultando en un mapa de Evaluación de Riesgo de Contaminación. En el mapa se identificarán zonas criticas definidas como de alto riesgo, para los cuales se planificarán estudios de detalle de los parámetros que influyen en la dinámica de los poluentes.

Red de Monitoreo.

En áreas con alta actividad antrópica y potencialmente con alta probabilidad de ser afectada por la contaminación se debe planificar la realización de una red de monitoreo en función del tipo de acuífero y la clase de poluentes que se vierten.

9.3.Metodología de detalle (áreas críticas)

A partir de la identificación de áreas críticas una metodología que determine las propiedades que tengan influencia en la amortiguación del pasaje del contaminante a través de la zona no saturada

Se propone elegir priorizar zonas críticas en áreas compartidas como por ejemplo la fronteras terrestre entre Brasil y Uruguay o Brasil y Paraguay, debido a que los resultados servirán de base para la planificación y ordenamiento de uso compartido con el fin de preservar el recurso.

9.3.1Escala.

La escala de trabajo se elegirá en función del área, del tipo de acuífero y el número y localización de las actividades antrópicas pero se recomienda que varíe entre 1.100.000 y 1:250.000. Para este nivel de estudio se pondrá énfasis en la determinación de las propiedades de la zona no saturada que tengan influencia en la zona no saturada.

A continuación desarrollamos algunas propiedades de los suelos que deben tenerse en cuenta para los estudios de amortiguación de la zona no saturada.

Los suelos y acuíferos tienen varios minerales que pueden sorbar iones del agua.

Sorción : Implica el cambio en concentración de un elemento químico en un sólido por efecto de la transferencia de masa entre una solución y el sólido.

Intercambio Ionico: Es el intercambio de un ion en la superficie de un mineral.

Se puede pensar en un intercambio iónico como la adsorción preferencial de un ion con la perdida de otro ion.

La diferencia entre sorción y otras reacciones con sólidos (ej: precipitaciones y disolución) es que las reacciones de sorción son limitadas por las capacidades de sorción de los sólidos. Aunque los minerales de arcilla y las materias orgánicas tienen mayor capacidades de sorción, todos los materiales tienen una capacidad propia de sorción.

Lo que es importante es que sorción significa una transferencia de solutos desde la solución hasta los sólidos. Esto significa un retardo en la velocidad del soluto con respecto a la velocidad promedio del agua subterránea. Los niveles de retardo dependen en las propiedades de los solutos y los medios porosos.

La fuerza primaria para sorción es atracción entre iones o fuerzas electrostática. También se llaman fuerzas de "Van der Waals".

Ejemplo de materiales con carga netas negativas son arcillas, óxidos de silicio y feldespatos. Ejemplo de materiales con cargas netas positivas son los oxihidróxidos de hierro, óxidos de hierro, óxidos de aluminio y hidróxidos.

Los minerales de arcillas son los más importantes con respecto de sorción y intercambio iónico. Los mejores de los minerales arcillosos son los de tamaño coloidal que son productos de la degradación natural (weathering) de rocas (por defecto del ácido carbónico). Las partículas coloidales tienen diámetro de 10^-3 a 10^-6 mm. La estructura básica de las arcillas consiste en silicatos tetraédricos y aluminio octaédricas. Unos minerales de arcilla tienen sustituciones de otros elementos (K⁺, Na⁺) por silicio y aluminio.

Estas unidades básicas se unen para formar capas o "platos" de aluminosilicatos. Los diferentes minerales de arcilla son formados por combinación de estos platos con diferentes tipos de enlaces entre platos.

Hay cinco grupos de arcillas: Kaolinita, montmorillionita, illita, clorita vermiculita.

Kaolinita tiene muy poca substitución y los platos tiene enlaces de hidrogeno muy fuertes.

Gracias a las propiedades de adsorción e intercambio, debidas a la presencia de coloides minerales y orgánicos, el suelo puede retener un gran número de sustancias muy diversas en cuanto a su tamaño y propiedades.

Los cationes intercambiables de los suelos forman aquella parte sólida que puede intercambiarse con los cationes de la solución, sin que se produzca alteración de los mismos (Black 1967).

Los principales cationes intercambiables desde el punto de vista cuantitativo son:

A los cuatro primeros se les llama comúnmente bases intercambiables y además de existir naturalmente en el suelo son los elementos que más se aportan como fertilizantes.

Para tener una referencia de la proporción de bases intercambiables y no intercambiables se presenta el análisis de 20 suelos de NW Jersey realizados por Bear y Prince, en el cuadro 19.

El origen de las posiciones de intercambio se genera a partir de la superficie específica de la fracción arcilla, particularmente de la materia orgánica, además de otros componentes que difieren químicamente y por lo tanto en las propiedades de sus superficies.

Entre los constituyentes activos como intercambiados de los suelos, se pueden citar:

- Oxidos e hidróxidos relativamente bien cristalizados y sus geles generalmente amorfos.

Todos tienen propiedades de adsorción más o menos importantes (0,05 a 1,5 mol/Kg para las arcillas según su tipo, 2 a 3 mol/Kg para la materia orgánica).

En forma específica las posiciones de intercambio de los coloides minerales se originan a partir de un desequilibrio de cargas en las estructuras de los mismos.

En función del lugar donde se originan las cargas, capas tetraédricas, octaédricas o bordes, al número de las mismas y a la forma y composición de las capas, se originan diferentes propiedades en los distintos tipos de minerales que componen las fracciones coloidales. Seguidamente, en el cuadro 20 se resume el trabajo de Black 1967 donde se establecen las capacidades de intercambio catiónico (C.I.C) de los componentes más comunes del suelo.

Cuadro 20:Capacidad de intercambio catiónico de los componentes más comunes del suelo (Black, 1967)

Con los resultados obtenidos se puede afirmar que los suelos con mayor capacidad para retener iones son los que presentan mayor proporción en materia orgánica y arcillas 2:1. Ejemplos.

1. Suelos Maduros con un buen desarrollo del horizonte A donde existe mayor proporción de materia orgánica y mayor capacidad de intercambio.

2. Desarrollo de horizontes B con estructura iluvial de recepción de arcillas con presencia del horizontes B2T, textural. Esta condición permite la existencia de un segundo horizonte con alta capacidad de intercambio por la presencia de arcillas.

Para este caso de estudio regional se considerará únicamente las características físicas y químicas más importantes de los suelos como es el desarrollo de horizontes y propiedades macroscópicas de los mismos.

Se debe realizar un mapeo de suelos donde se identifique las propiedades que tienen incidencia en la amortiguación física-química como ser: capacidad de intercambio catiónico, porcentaje de materia orgánica, porcentaje de arcillas y óxidos, pH y Eh, presencia de horizontes de baja permeabilidad, permeabilidad vertical.

Para el resto de la zona no saturada se deberá conocer su espesor (isopaca) a partir de la información resultante de la carta geológica de detalle. Los valores de conductividad hidráulica vertical serán aportados por ensayos de campo y de laboratorio.

La caracterización de la zona no saturada será aportada por los estudios geológicos e hidrogeológicos como ser: a) espesor, litología, tipo de arcillas. ,conductividad hidráulica, etc.

Los resultados concluirán en establecer los tiempos de transferencia que es el tiempo que tardaría un posible contaminante en atravesar la zona no saturada.La información se volcaría en un mapa de tiempos de transferencia que reflejaría el grado de vulnerabilidad.

Siguiendo la metodología de (Foster-Hirata) para el estudio de áreas criticas se debería realizar un inventario detallado de todas las actividades de los poluentes,cuyo anáilisis de la información se dividirá en cuatro caracterizaciones:

A continuación detallamos los requerimientos de información para completar las caracterizaciones de la actividad poluidora de la zona .

Movilidad y persistencia. Se deberá estudiar el tipo de poluente estableciendo sus características físico-químicas, como ser: filtración, sorción, intercambio iónico, volumen y solubilidad. Con relación a sus reacciones químicas se estudiarán las condiciones de precipitación, hidrólisis y formación de complejos:

Además se considerará la posibilidad de su biodegradación en función de sus constituyentes.

Intensidad del poluente. Como primer punto se debe establecer las concentraciones relativas del poluente en función de los padrones de calidad para conocer las concentraciones máximas posibles del mismo.Se deberá estudiar el área afectada por el poluente a partir de datos hidráulicos del acuífero y movimiento de masa del elemento poluidor.Se debe planificar el tratamiento de los residuos poluidores en función de su concentración, su disposición y el tipo de acuífero.

Modo de disposición. Es necesario conocer la ubicación de la descarga del poluente si es en superficie o en profundidad. Estos datos se complementarán con la información de carga hidráulica asociada al poluente en la zona de descarga que se complementará con la información de la infiltración, por precipitación o el escurrimiento superficial.

Duración de la carga poluente. Es necesario para cada poluente establecer la duración de su aplicación y además relacionarla con los tipos de fuentes, como ser puntuales o dispersas.

Toda está información será representada en un mapa de cargas potenciales poluidoras que dará una visión de la degradación que se presenta en el área de estudio.

9.3.2Mapa de evaluación de contaminación en zonas críticas.

A partir del cruzamiento de la información de vulnerabilidad y actividad de poluentes en zonas criticas se tendrá una zonificación de las zonas de mayor riesgo. En función del tipo y estado de la polución de cada área se deberán proponer las estrategias para revertir la situación y planificar la protección del acuífero.

9.3.3Modelos

Se elaborará modelo de flujo de masa de ajuste y simulación de predicción de sistemas de contaminación y una simulación para diversos tipos de contaminantes que permitirá básicamente determinar las áreas de afectación.

Con respecto al modelo matemático de simulación de contaminación sistemas acuíferos, el mismo tiene como objetivo conocer el comportamiento de las distintas variables de los diferentes procesos del medio continuo poroso saturado.

Verificación del modelo hidráulico conceptual en función de los parámetros geométricos y físicos y los mecanismos de recarga y descarga con su contribución, sumado a la acción de cada clase de contaminante. Elección del método matemático de solución.

Discretización del medio poroso saturado a modelar con definición de distintos tipos de mallas.

Asignación de los parámetros físicos resultantes al medio poroso continuo saturado.

Ajuste del modelo. En esta etapa se realiza la comprobación del modelo conceptual y de los parámetros físicos mediante la comparación de los niveles observados y calculados.

9.4.Produtos

Los productos derivados de los estudios sobre la Evaluación del Riesgo de Contaminación están condicionados a los estudios regionales y de detalle. En los primeros se tendrá una visión genérica de la amortiguación de la zona saturada al pasaje de posibles contaminantes. Paralelamente se aportará información sobre la actividad poluente a partir de un inventario de actividades con vertidos capaces de impactar la calidad del agua subterránea.

La superposición de estas informaciones resultará en un mapa de riego que establecerá las zonas críticas o de alto riesgo, con estos datos se podrá planificar una red de monitoreo para obtener la evolución de la calidad del SAG.

En los estudios de detalle se desarrollarán en zonas de alto riesgo o críticos donde se estudiará con mayor detalle la actividad amortiguadora de la zona no saturada que influyen en la degradación, retardación, advección y dispersión de los poluentes.

Respecto a los poluentes se tendrán cartas de riesgo donde se tendrá una para cada tipo de poluente, su concentración, persistencia.

Concluyendo con un plan de estrategias de mitigación o reversión de la situación o planes de protección del recurso. Se pretende generar modelos donde se simulen diferentes situaciones actuales y futuras.

9.5.Costos del tema Vulnerabilidad

Projeto Proteção Ambiental e gerenciamento Sustentável Integrado do Aqüífero Guarani