ESTUDO DA FORMAÇÃO DE CAMADAS EM UM CORPO D'ÁGUA

Todo corpo d'água tem a tendência de acomodar a água em camadas horizontais, cada uma com características próprias como a salinidade, oxigenação, temperatura, pH, turbidez e diversos outros fatores como iremos ver.

A luz do sol consegue penetrar só até uma certa profundidade, devido a isso, a temperatura da água na superfície é mais alta e vai diminuindo conforme a profundidade, a superfície em contato com o ar promove uma maior oxigenação da água ajudada pelas ondas e outros tantos fenômenos que aumentam ou diminuem com a profundidade.

Chamamos de ESTRATIFICAÇÃO, essa ação de formação de estratos, ou camadas horizontais. Graças aos estratos, cada qual com suas características, o corpo d'água, seja rio, lago, oceano ou represa vai apresentar uma fauna e uma flora características de cada camada. As algas, sendo vegetais precisam da luz do sol para se desenvolverem e, por isso, são mais viçosas nas camadas próximas da superfície. Alguns peixes como os bagres se alimentam de camarões e carangueijos que andam no solo do fundo, camadas com menos oxigênio e mais gases como o carbônico e o metano.

As camadas superficiais recebem mais luz do sol, ação do vento e trocas gasosas com o ar atmosférico enquanto que as camadas mais profundas apresentam uma densidade maior, uma pressão hidrostática maior, maior escuridão e temperaturas mais frias além de ter menos oxigênio dissolvido.

Ao examinar os tipos de vegetais e de animais iremos constatar que em cada profundidade vivem vegetais e animais típicos daquele estrato.

A Cadeia Alimentar, isto é, a sequência em que animais de pequeno porte servem de alimento para animais maiores,  denominados predadores,  se instala num bioma ecologicamente equilibrado onde não há predominância nem de um nem de outro. É necessária a existência de animais vegetarianos em quantidade tal que não venha a acabar com as algas e nem permitam que as algas tomem conta do lugar.

Até uma caixa d'água residencial apresenta sua estratificação.

A água que entra na caixa d'água vem da rua por meio de canos enterrados e chega na caixa a uma temperatura média de 10⁰C  Em função do tratamento químico a que a água do abastecimento  público é submetida, a água que chega na caixa d'água é, em geral, inodora, insípida, incolor, baixa turbidez, baixa acidez e baixo teor de oxigênio dissolvido. Pode ter ainda um resto de Cloro usado na desinfecção e outras substâncias como o fluor, misturado na água para que a população tenha menos cáries.

Dessa forma, a água que chega na caixa d'água é uma água sem graça, sem cheiro e sem sal.

A temperatura média do local em que está instalada a caixa d'água, geralmente no sótão da casa, é de 23⁰C. A estratificação que se forma neste caso é denominada de Estratificação Térmica por que são as temperaturas diferentes que promovem a separação das camadas.

Veja um artigo da universidade:

Por causa da estratificação térmica que ocorre nas caixas d'água de residências é prudente tomar certos cuidados ao fazer a instalação hidráulica da casa. Por exemplo, um dos cuidados é não instalar a entrada de água na caixa e a saída no mesmo lado da caixa:

A água do abastecimento público que vem da rua, pelo fato dos canos estarem enterrados tem uma temperatura mais fria, coisa de 10⁰C, enquanto que a água que já está na caixa, pelo fato da caixa estar no sótão (quente) tem uma temperatura mais alta, coisa de 23⁰C.

Então, quando a água da rua passa pela boia, ela vai direto para o fundo formando uma camada, no fundo, de água mais fria e, por ter sido tratada, mais limpa. O cano de saída instalado do mesmo lado, suga justamente esta água que acabou de entrar na caixa, deixando todo o resto da água intacta dentro da caixa, de modo que este restante poderá ficar anos parado na caixa.

Quando a entrada e a saída estão em lados opostos da caixa, o fluxo da água entre a entrada e a saída promove uma certa agitação no volume da caixa, levando junto água "nova" e água "velha". Veja um desenho esquemático:

Uma instalação inteligente pode ter uma saída em posição mais elevada para forçar a saída da água "velha" para usos como o tanque de lavar roupa ou a torneira do jardim.

Além da temperatura, a salinidade da água, por sua maior densidade, também provoca estratificação de camadas nos lagos.

Em lagos de regiões tropicais, os fenômenos de estratificação da massa d´água ocorrem de maneira diferenciada daqueles de regiões temperadas. Nestes lagos (inclusive no Brasil), o mais comum é a ocorrência de estratificação e desestratificação diária ou estratificação durante a primavera, verão e outono, com desastratificação no inverno.

Por outro lado, com níveis de temperatura mais elevadas (superiores a 20oC, comuns nas regiões tropicais), não há necessidade de grandes diferenças de temperatura entre as sucessivas camadas, para que se processe a estratificação térmica da coluna d´água. A explicação, mais uma vez, está na forma da curva Temperatura-Densidade. Diferenças de apenas 1oC, nos lagos tropicais, podem provocar e manter a estratificação estável da coluna d´água, segundo Coelho, da UFMG.

Segundo Thienemann, quando a relação volume do epilímnio/volume do hipolímnio é igual ou menor do que um, o lago é oligotrófico, pois o hipolímnio tem volume suficiente para armazenar grandes quantidades de oxigênio. Ao contrário, quando esta relação é >1, o lago é eutrófico (e tem perfil clinogrado), pois o pequeno volume do hipolímnio não permite armazenar o oxigênio suficiente para manter o metabolismo da comunidade sem causar déficit. Assim, a concentração de oxigênio ao longo da coluna d´água (segundo Esteves) em lagos temperados, no verão, pode ser utilizada como indicador do nível trófico destes ecossistemas. O mesmo não ocorre nos lagos de clima tropical, visto que a decomposição da matéria orgânica morta (detrito orgânico) no hipolímnio de um lago tropical é 4 a 9 vezes mais rápida (pois a temperatura é, pelo menos, 20oC maior) do que no hipolímnio de um lago temperado. Este fato implica, pois, num consumo de O2 de 4 a 9 vezes maior no hipolímnio de um lago tropical.

A EUTROFIZAÇÃO de um corpo d´água é o crescimetno excessivo de plantas aquáticas.

A Salubridade, isto é, as condições que promovem uma Vida Saudável em um corpo d'água é um pouco mais complexa do que exposto até aqui. Há necessidade de estudo da concentração de outros elementos como o nitrogênio, o fósforo, o enxofre, tudo isso num corpo d'água "natural", isto é, águas que fluem na natureza longe de fontes de poluição como os loteamentos urbanos, as indústrias, as chácaras mal cuidadas e as rodovias.

Para ser boa para o consumo humano, não basta a água "ser potável", isto é, não conter nada que possa causar alguma doença no ser humano mas precisa também "ser salubre" para que num dia quente e com bastante sede, você possa dar um estalo na lingua e afirmar: "que água gostosa!". A água saudável deve conter certos sais e gases nela dissolvidos.

Veja um caso triste em que um grande manancial está sendo destruído, lentamente, por poeira fina e erosão urbana que é levada pela água das chuvas e que ficam em suspensçao nas camadas superiores do corpo d'água que, por dificultar a penetração dos raios solares, está causando a lenta morte da flora e da flora da Lagoa dos Patos no Rio Grande do Sul (clique na foto).

A Grande Dificuldade da engenharia ao projetar um sistema de Abastecimento Público de água são duas:

1 - Determinar o tamanho do reservatório;

2 - Fixar a altura da Tomada d'Água.

Em regiões em que o regime das chuvas é razoavelmente uniforme com boa distribuição sazonal, isto é, chove chuva em boa quantidade e bem distribuída ao longo do ano, não há necessidade de grandes reservatórios. Os reservatórios "reservam", isto é, "guardam" água para ser usada em períodos de estiagem.

Ao contrário, em regiões em que a distribuição de chuvas é bastante heterogênea, podendo haver períodos de recorrência bastante longos, coisa de 9, 15 anos, há necessidade de um grande reservamento para garantir o abastecimento mesmo em longas estiagens que podem durar vários anos seguidos. A Hidrologia, ciência que estuda a distribuição de águas ao longo dos anos, utiliza diversos métodos para se determinar a ciclicidade em que ocorrem as chuvas em determinada região. Veja alguns desses métodos em .

VOLUME ARMAZENADO: 

Todo e qualquer reservatório público de água se presta ao uso múltiplo. Havendo uma empresa, mesmo que privada, contratada para a captação, tratamento e fornecimento de água, o reservatório não pertence à concessionária pois o Reservatório e todas as obras e equipamentos necessários para manter "reservada" a água são propriedades públicas. A Concessionária recebe apenas uma licença para operar o sistema. Caso, no Contrato de Concessão, seja prevista a realização de alguma obra ou a instalação de algum equipamento, estes, mesmo que feitos com dinheiro da Concessionária, ficarão incorporados ao patrimônio público e não poderão ser levados pela Concessionária ao término da concessão.

A água, sendo um precioso recursos hídrico, deve ser usada para atender a diversas necessidades da comunidade. Além do abastecimento, a água pode ser usada para a geração de energia elétrica, para a piscicultura, para navegação, transporte fluivial, para a prática de esportes náuticos, para a recreação, o turismo, a pesca esportiva e a pesca comercial.

Desse modo, a gestão da água deve ser feita por um Colegiado envolvendo todos os interessados no uso da água.

Em períodos críticos de longa estiagem, o nível de água do reservatório irá abaixar.

A salubridade da água é propiciada pelo desenvolvimento equilibrado da flora e da fauna aquática. Este bioma precisa de um volume mínimo para garantir a continuidade do equilíbrio ecológico do corpo d'água. Há um Limite Crítico abaixo do qual ocorre um desequilíbrio e a água, mesmo permanecendo "potável" deixa de ser "saudável" vindo a causar a morte da fauna e, também, de pessoas quando na água é utilizada para consumo humano.

Cada um dos usos deve ser feito com sustentabilidade, isto é, passado o período crítico e com o retorno das chuvas, as condições de vida formada pela flora e pela fauna devem ser rapidamente restabelecidas.

Assim, um determinado uso, como o abastecimento público de água só pode se valer de um volume que não chega a afetar o equilíbrio do bioma. Este volume é denominado Volume Útil, isto é, é o volume que a concessionária de abastecimento de água pode retirar do reservatório sem afetar o equilibrio ecológico do corpo d'água.

Para que não venha a ocorrer um "acidente" como o operador da bomba esquecer ela ligada e "sem querer" usar mais água além do volume útil vindo a prejudicar o equilíbrio da vida no reservatório, a Engenharia trata de localizar a Tomada d'Água em altura fixa e que não seja possível sua mudança.

Deste modo, numa hipotética situação "acidental" em que o nível do reservatório venha a atingir o nível crítico não haverá prejuízo para a vida aquática pois será preservado o volume mínimo necessário para manter a salubridade do bioma. O termo "morto" é dado para sinalizar que aquele volume de água não deve ser levado em consideração para fins de abastecimento público de água.

\RMW\estratohidrico\EstratoHidrico.htm em 09/01/2007, atualizado em 01/07/2018 .