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A determinação da presença de água subterrânea no solo e nas rochas pode ser realizada através dos métodos diretos de investigação com uso de poços, trincheiras e furos de sondagem, bem como métodos indiretos como a geofísica e a geoquímica.
Cabe ao geólogo a escolha do método mais adequado para determinar a presença da água subterrânea, sendo correto afirmar:
Os métodos diretos de investigação amostram regionalmente e são comumente menos onerosos que os métodos geofísicos indiretos, já que estes conseguem amostrar áreas menores de modo mais rápido.
A radioestesia ou rabdomancia é um método indireto científico capaz de detectar o lençol freático com uso de bastões, galhos em Y ou pêndulos, tendo como base a capacidade dos radiestesistas de captar radiações e energias emitidas na procura da água subterrânea com probabilidade maior que ao acaso.
O método geofísico de Radar de Penetração no Solo é um método eletromagnético que permite mapear o topo do lençol freático em grandes extensões, cuja presença da água subterrânea diminui a condutividade do meio produzindo fortes reflexões.
A eletrorresistividade é o principal método geofísico de pesquisa de águas subterrâneas, sendo responsável pelo imageamento de grandes superfícies com ótima resolução e fidelidade.
O método magnético é um método geofísico ativo para detecção e contaminação da água subterrânea, através da susceptibilidade magnética dos materiais ferromagnéticos como o ferro e o aço.