As Edificações e a Atualidade: 2011

MANANCIAIS - CAPTAÇÃO DE ÁGUA SUPERFICIAL

Sistema que representa a captação de água através da superfície.

Mananciais superficiais

São aqueles encontrados na superfície da terra, formados, de acordo com o ciclo hidrológico, pela parcela de água de precipitação que escorre superficialmente, sendo também alimentados por água de infiltração, quando estas jorram nas depressões do terreno. Rios, córregos ou riachos, lagos, barragens, marés são mananciais superficiais.

Águas superficiais para abastecimento público

A água superficial é a mais utilizada, entretanto, é a mais sujeita a poluição e contaminação alterando a qualidade.

A qualidade da água só pode ser suficientemente conhecida, através de uma série de exames e análises abrangendo as diversas estações do ano. Para melhor apreciação de uma água, torna-se necessário e conveniente que os exames e análises sejam completados e mesmo orientados, em certos casos, por meio de inspeções sanitárias o que permite constatar e localizar eventuais focos de poluição.

Para a proteção da qualidade devem ser adotadas providências tais como:

· Drenagem da área pantanosa;

· Não admitir em princípio, localização de indústrias, de clubes, bem como de

disposição final de esgotos ou de efluentes de estações de tratamento de esgotos a

montante e nas proximidades da tomada de água;

· Levantamento sanitário periódico das águas, bem como dos contribuintes, incluindo

o controle de sua qualidade;

· De uma maneira geral, as características das águas superficiais dependem da área,

geologia e topografia da bacia hidrográfica, como também das condições atmosféricas e atividades humanas na mesma bacia;

· Nos rios e riachos, a variação das características da água é mais freqüente que nos

lagos e lagoas.

Alguns cursos de água que se deslocam em leitos rochosos ou arenosos possuem água límpida. Em muitos rios, a água apresenta-se turva nos períodos de enchentes, devido a erosão do leito ainda não definido.

É variável o teor de substâncias dissolvidas nos rios e riachos. Estes, quando têm origem em zonas pantanosas, possuem cor acentuada, em virtude da matéria orgânica em decomposição, resultante da vegetação morta. Se a água lava terrenos calcários, a dureza torna-se elevada.

Não raras vezes, o tratamento só pode ficar definido através de análises periódicas, como em se tratando de rios cujo grau de turbidez é função das estações, acentuando-se nos períodos chuvosos.

Elementos intervenientes no processo de formação de mananciais superficiais

· Bacia hidrográfica – relativa a uma seção de um curso de água ou a um lago,

é a área geográfica, na qual as águas precipitadas que escoam superficialmente, afluem

à seção em consideração.

· Grandezas características de uma precipitação:

- Altura pluviométrica – quantidade de água precipitada por unidade de área

horizontal, medida pela altura que a água atingiria se mantivesse no local sem se evaporar, escoar ou infiltrar. A altura pluviométrica é geralmente medida em mm.

- Duração – intervalo de tempo decorrido entre o instante em que se iniciou a

precipitação e o instante em que ela cessou; medida geralmente em minutos;

- Intensidade – é a velocidade de precipitação, pode ser medida em mm/minuto ou

mm/hora;

- Frequência – número de ocorrências de uma dada precipitação, no decorrer de um

intervalo de tempo fixado. A frequência de uma precipitação pode também ser definida pelo período de ocorrência – intervalo de tempo em que uma dada precipitação pode ser igualada ou ultrapassada ao menos uma vez;

- Evaporação – na superfície das águas (quantidade de água evaporada por unidade de

superfície horizontal - mm); nas plantas e animais (transpiração); intensidade de evaporação (velocidade com que ocorre mm/h ou mm/dia);

- Outros fatores: umidade relativa do ar (relação entre a quantidade de vapor de

água presente e a de saturação, %); temperatura; ventos; irradiação solar (calor

radiante); conformação e recobrimento da bacia, solo, etc.

Características hidráulicas dos mananciais superficiais

· Vazões deflúvios ou descargas, em uma seção de um curso de água, são os volumes

de água que atravessam a seção durante a unidade de tempo (m³/s; l/s; etc.):

- vazões normais ou ordinárias;

- vazões de inundações ou de enchentes;

- contribuição unitária: é a quantidade de divisão da descarga pela área da bacia

hidrográfica (m³/s.ha).

· Frequência de uma descarga, em uma seção de um curso de água, é o número de ocorrências da mesma no decorrer de um intervalo de tempo fixado;

· Bacia hidrográfica;

· Coeficiente de escoamento superficial ou de deflúvio – relativo a uma seção de um

curso de água: relação entre a quantidade de água total escoada pela seção e a quantidade total de água precipitada na bacia de contribuição da seção considerada. O coeficiente pode se referir à uma dada precipitação ou a todas as precipitações ocorridas em um fixado intervalo de tempo (mês, estação, ano).

· Tempo de concentração – tempo necessário para que, a partir do início de uma

chuva, toda a bacia passe a contribuir na seção em estudo.

· Outros fatores – seção de escoamento; raio hidráulico, velocidade de escoamento e

sua distribuição; declividade; perda de carga; equação da linha de água: curvas de remanso de abaixamento e de elevação.

Estudo das vazões

Um manancial poderá ser utilizado para abastecer uma cidade se tiver condições de atender com segurança ao consumo total de água estimado para a população limite de projeto. Daí a necessidade de medições de vazão.

As medições de vazão só conduzem a resultados significativos e merecedores de confiança, se efetuadas em grande número durante dilatado período de tempo, o suficiente para permitir o registro, inclusive de valores máximos e mínimos que geralmente muito se distanciam em tempo e grandeza. Dentre os processos expeditos utiliza-se:

· Medidor por vertedores – são geralmente de seção retangular ou triangular. São

utilizados para a medição da vazão em rios (retangulares) e riachos (retangulares e triangulares). Os vertedores de seção retangular comportam a passagem de grande volume de água.

Para o vertedor de seção triangular a vazão pode ser determinada pela fórmula de Thompson:

Q = 1,4 . H^5/2,onde:

Q = m³/s;

H = carga em m (altura da lâmina d' água).

Para o vertedor de seção retangular a vazão pode ser determinada pela fórmula de Francis:

Q = 1,838 . L . H^3/2, onde:

Q = m³/s;

L = largura em m;

H = carga em m.

Processo empírico – no processo empírico utiliza-se a fórmula universal:

Q = C . I . A, onde:

Q = vazão (m³ /s);

C = coeficiente de escoamento superficial;

I = altura da chuva em m;

A = área da bacia hidrográfica em m².

O coeficiente C pode ser obtido experimentalmente através da divisão da quantidade de água que escoa na seção estudada pela quantidade de água precipitada na respectiva bacia, durante certo período de tempo, como um mês ou um ano. Pode-se também adotar C de outra bacia semelhante.

Tipos de captação

Entende-se por obras de captação, o conjunto de estruturas e dispositivos construídos ou montados junto a um manancial, para a tomada de água destinada ao sistema de abastecimento. Os mananciais de superfície são os rios, córregos, lagos e reservatórios artificialmente formados.

As obras de captação devem ser projetadas e construídas de forma que em qualquer época do ano sejam asseguradas condições de fácil entrada água e, tanto quanto possível de melhor qualidade encontrada no manancial em consideração. Deve-se ter sempre em vista, ao desenvolver um projeto, facilidade de operação e manutenção ao longo do tempo.

· Captação direta – é empregada normalmente em cursos de águas perenes, volumosos,

sujeitos a pequena variação de nível, boa profundidade.

Em se tratando de leito sujeito a erosão, recomenda-se, como obra complementar à simples tomada, um muro de sustentação a margem do rio o qual pode ser de alvenaria de pedra, ou o revestimento de um trecho dessa mesma margem.

· Canal de derivação – é o desvio parcial das águas de um rio a fim de facilitar a

tomada.

Na entrada do canal geralmente é instalada uma grade para reter o material grosseiro em suspensão.

Quando o canal de derivação é empregado na captação de água com elevado teor de material em suspensão, este pode ser provido de uma caixa de areia.

A caixa de areia é dimensionada para remover as partículas em suspensão que vão ter acesso à adutora, por serem prejudiciais, sobretudo às bombas, causando-lhes vida curta pelo desgaste.

Conhecendo-se a vazão Q na caixa de areia e atribuindo-se um valor a velocidade V, o comprimento fica definido pela relação:

C = V . H, sendo, V < 0,3m/s, onde:

V = velocidade de sedimentação das partículas;

H = valor atribuído à altura da caixa.

Geralmente procura-se remover partículas com diâmetro igual ou maior que 0,2 mm. A velocidade de sedimentação das partículas de areia é de 2,5 cm/s, para o diâmetro de 0,2 mm.

· Canal de regularização – há riachos de pequena largura que correm em leito de terra

e que apresenta durante o período de estiagem uma lâmina de água de altura reduzida.

Para o aproveitamento desses cursos de água, pode-se empregar um canal de regularização. Sua finalidade é uniformizar o leito numa determinada extensão do curso d'água, através de um revestimento de alvenaria de pedra ou concreto, permitindo assim, que se lance mão de um recurso para elevar o nível d' água.

· Torre de tomada – é uma modalidade de captação utilizada geralmente em

mananciais de superfície sujeitos a grande variação de nível e nos quais a qualidade da água varia com a profundidade.

Em decorrência da grande flutuação do nível d'água nos reservatórios de regularização, também neles se utiliza a torre de tomada.

Como nos lagos a água de melhor qualidade se encontra afastada das margens, a sua captação, em certos casos, torna-se mais indicada também com o emprego da torre de tomada, sobretudo quando o nível d' água sofre flutuações ponderáveis.

A torre de tomada fica sempre envolvida pela água. O nível desta internamente acompanha as flutuações do nível externo.

A torre é provida de várias tomadas, no mínimo duas, situadas em níveis distintos. Fica aberta a mais próxima da superfície, a fim de dar acesso à água de melhor qualidade.

A entrada da água no interior da torre através de cada tomada é permitida ou interrompida através de uma válvula (registro) ou comporta, comandada por um volante ou pedestal situado no piso superior. Neste também podem ficar instalados os conjuntos elevatórios.

· Poço de derivação – é uma torre de tomada situada à margem do curso d' água.

Seu emprego é mais indicado quando essa margem se prolonga no interior do rio com declividade acentuada.

· Poço seco – é utilizado em margens de rios, lagos e barragens com pouca variação de

nível e de pouca profundidade. Não se deve confundir o poço de derivação (poço molhado) com o poço seco. No interior deste, onde ficam instalados os conjuntos moto-bomba, a água não tem acesso.

· Barragem de nível – elemento estrutural construído em um curso de água

transversalmente à direção de escoamento de suas águas e destinada à criação de um reservatório artificial que poderá atender a uma ou várias finalidades.

A barragem de nível é o tipo de captação mais generalizado para o aproveitamento de

pequenos cursos de água, sobretudo quando o seu suprimento é feito por gravidade e o

leito se apresenta rochoso no local em que s mesma barragem vai ser implantada.

A barragem de nível só deve ser utilizada quando a vazão mínima do curso d'água

supera a demanda média do dia de consumo máximo. É uma das soluções de que se

lança mão, quando a captação direta não pode ser utilizada, pelo simples fato de o

riacho apresentar uma lâmina d' água de pequena altura incapaz de comportar o crivo

com a devida folga nos períodos de vazão mínima. A finalidade, pois da barragem é

elevar o nível d'água no local da captação, permitindo assim uma lâmina de altura

satisfatória acima do crivo.

Com a barragem, consegue-se uma sedimentação das partículas suspensas, em decorrência do represamento da água que sem dúvida melhora em qualidade.

Em casos excepcionais, a barragem de nível é de grande altura para permitir adução por gravidade e ou evitar que a linha piezométrica corte o terreno.

Efeito do represamento sobre a qualidade da água

· Favoráveis

- Diminuição da turbidez, devido à sedimentação da matéria em suspensão;

- Redução da cor, devido à ação da luz solar e a ação química da coagulação, seguida

de sedimentação das partículas;

- Redução na contagem de micro-organismos patogênicos, devido à condição

desfavorável a sua vida no lago;

· Desfavoráveis

- Decomposição da matéria orgânica depositada no fundo, reduzindo o teor de

oxigênio dissolvido (ação sobre a vida de organismos superiores) e elevando o teor de gás carbônico (causador de corrosão em estruturas e canalizações metálicas);

- A elevação do teor de gás carbônico favorece a dissolução do ferro, do manganês, do

cálcio e do magnésio, elevando neste caso, a dureza;

- Desenvolvimento de micro-organismos que podem alterar as características

organolépticas da água, e interferir em seu tratamento prejudicando, por exemplo, a filtração.

Escolha do manancial

Depois de fixadas as necessidades de vazão, através do estudo da população e da percentagem a ser abastecida, passam-se a estudar possíveis mananciais.

Quando a região onde está sendo implantado o sistema oferece condições para a exploração do lençol profundo, e os mananciais de superfície são inadequados pela má qualidade ou pequena quantidade de água, a solução mais econômica torna-se evidente.

Analogamente evidencia-se a solução mais econômica quando os mananciais de superfície são satisfatórios, e não há possibilidade de aproveitamento do lençol profundo.

Há necessidade de uma comparação entre as duas soluções, quando tecnicamente ambas forem viáveis.

Para aproveitamento do lençol profundo, deve-se conhecer as características geológicas da região e fazer ensaios de bombeamento.

Uma vistoria detalhada na região deve ser efetuada. Moradores no local podem auxiliar o Engenheiro, indicando os cursos de água, quando estes não estão registrados nos mapas. Em se tratando de pequenos cursos d'água, normalmente não há registros de vazão.

Quando a vazão necessária for pequena, o Engenheiro poderá verificar facilmente se o manancial tem ou não capacidade para atender a demanda. Um sistema de medição volumétrico, ou através de vertedores de madeira, permitirá após alguns meses, avaliar a capacidade do manancial. Um estudo das variações de nível de água deve ser feito para orientar no projeto de captação.

Face ao número de mananciais adequados disponíveis, pode-se tornar necessário um estudo mais detalhado para selecionar aquele que oferece melhores condições técnicas e econômicas.

Alguns parâmetros utilizados na comparação entre as alternativas são:

· Vazões disponíveis;

· Níveis d'água;

· Diferença de cota entre o manancial e o centro de consumo;

· Distância até o centro de consumo;

· Facilidade de acesso;

· Traçado mais fácil da canalização de adução;

· Condições do terreno da fundação;

· Energia elétrica próxima;

· Custos do terreno

· Qualidade das águas;

· Condições da bacia hidrográfica contribuinte, tendo em vista os tipos de captação e

proteção contra poluição.

Muitas vezes uma simples análise qualitativa permite a escolha do manancial. Outras vezes consegue-se selecionar o manancial, mas o local onde será construída a tomada exige um estudo mais detalhado, comparando-se os custos das possíveis alternativas.

- Local de captação

No estudo de um manancial para fornecer água potável a uma cidade, impõe-se a escolha do local de captação, justamente aquele que proporciona a solução mais conveniente.

Essa tarefa é relativamente fácil, em certos casos, e trabalhosa, em outros. Nos casos mais complexos, fazem-se indispensáveis, para os prováveis locais de aproveitamento dos mananciais em cotejo, análises de água, medições de descarga, dados pluviométricos, pesquisas geológicas, levantamentos topográficos, etc.

As análises físicas, químicas e bacteriológicas, em complementação às investigações de campo, indicam a necessidade ou não de tratamento e, se for o caso, a modalidade deste.

Não rara às vezes, o tratamento só pode ficar definido através de análises periódicas, como em se tratando de rios cujo grau de turbidez é função das estações, acentuando-se nos períodos chuvosos.

Ø Local de captação da água de fonte

As águas das fontes de encostas são geralmente aproveitadas no local de afloramento, uma vez que nele, via de regra, além de possuírem melhores características, cota mais elevada e maior volume, podem ser protegidas de modo mais fácil que em qualquer ponto a jusante.

A água quando é captada no ponto de afloramento, pode dispensar qualquer tratamento, desde que seja potável. Todavia, se for captada ajusante, o tratamento impõe-se pelo menos como medida de segurança, j á que, ao se escoar pelo terreno, essa mesma água fica sujeita ao perigo potencial de poluição.

Ao afastar-se do ponto de afloramento, a água das fontes vai escassando radiativamente, em consequência da infiltração no terreno e da evaporação embora essas perdas nem sempre sejam acentuadas.

Se o afastamento da captação ultrapassar determinado limite, então o suprimento forçosamente será feito por recalque, o que representa uma desvantagem para o abastecimento.

No ponto de afloramento, com uma simples caixa de tomada e o isolamento de uma pequena área de terreno, consegue-se proteger a água entra eventual poluição, o que já não é possível a jusante.

Ø Local de captação de um curso d'água

Para aproveitamento dos cursos d'água, as apreciações sobre o ponto de captação diferem em função, sobretudo, da grandeza da descarga.

Quando uma comunidade se encontra próxima do mar, justamente na desembocadura de um curso d'água, o aproveitamento deste, seja qual for o seu volume, para abastecê-la, só poderá ser feito bem a montante, onde a ação da maré não se faça mais sentir no que se refere à presença da salinidade.

Frequentemente, os cursos de água no ponto de captação, acham-se localizados em cota inferior à cidade; por isso, as obras de tomada estão quase sempre associadas às instalações de bombeamento.

Qualquer projeto de captação deverá ser precedido de uma criteriosa inspeção local, para exame visual prévio das possibilidades de implantação de obras na área escolhida.

Na falta de dados hidrológicos, devem ser investigados, cuidadosamente, nessa ocasião, todos os elementos que digam respeito às oscilações do nível de água entre períodos de estiagem ou de cheia e por ocasião das precipitações torrenciais, apoiando-se em informações de pessoas conhecedoras da região.

Quando não se conhecem os dados sobre as vazões médias e mínimas do rio, torna-se necessário a programação de um trabalho de medições diretas.

Deverá ser investigado, também, na inspeção local, se não existem nas proximidades possíveis focos de contaminação e, igualmente se a geologia ou a natureza do solo na região atravessada pelo rio favorece a presença de areia em suspensão na água. Serão colhidas amostras da água para exames de laboratório, completando os que já tinham sido realizados.

A escolha preliminar do tipo de tomada poderá resultar dessa inspeção de reconhecimento com base nas informações que foram colhidas.

As obras de captação de um rio deverão ser implantadas de preferência em trechos retilíneos do mesmo ou, quando em curva, junto à sua curvatura externa (margem côncava), onde as velocidades da água são maiores. Evitam-se, assim, os bancos de areia que poderiam obstruir as entradas de água. Nessa margem côncava as profundidades são sempre maiores e poderão oferecer melhor submersão da entrada da água.

É importante estabelecer, com bastante cuidado, as cotas altimétricas de todas as partes constitutivas das obras de captação, não perdendo de vista que deverá haver entrada permanente de água para o sistema mesmo nas maiores estiagens; os conjuntos moto-bomba deverão ficar sempre ao abrigo das maiores enchentes previstas; a distância entre a bomba e o nível de água mínimo previsto no rio, não deverá ultrapassar a capacidade de sucção do equipamento para as condições locais.

Ø Local de captação das águas de infiltração dos rios

Quando a captação de um manancial de superfície implica no emprego de filtração rápida, justifica-se, em certos casos, a tentativa de aproveitamento da água depois de infiltrada no terreno, para que se faz uso de poços rasos ou galerias, visando-se à economia do abastecimento de água, com a dispensa de tratamento.

O local para escavação dos poços ou construção das galerias fica a depender, sobretudo, das características das primeiras camadas do solo, que são ideais quando se trata de areia grossa ou de areia misturada com pedregulho, devido ao elevado grau de permeabilidade desses materiais.

Ø Local de captação dos lençóis subterrâneos

A escolha do local de captação de um lençol subterrâneo fica condicionada à comprovação da existência desse mesmo lençol, para o que se lança mão da prospecção geofísica e da orientação geológica, esta apenas para os lençóis freáticos.

Para facilitar a localização da água subterrânea, recomenda-se observar :

o As condições superficiais do solo, pois podem sugerir locais com maior

possibilidade para o encontro do lençol freático;

o Os vales, pois a maioria deles possui água subterrânea;

o Quanto mais baixo for o ponto escolhido para abertura de um poço, maiores serão as possibilidades de ser encontrada água subterrânea;

o No aproveitamento de um lençol freático, a vazão de que é capaz um poço é tanto maior quanto mais próximo do seu fundo estiver a camada impermeável.
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Assista a esse vídeo sobre o Sistema de Captação de Água da Chuva, desenvolvido pelo Ecocentro
IPEC em Pirenópolis, Goiás, Brasil.

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SISTEMA DE SANEAMENTO DE ÁGUA VI