Estimativas de recarga aquífera com uso de filtros digitais em sub-bacias hidrográficas do Sistema Aquífero Serra Geral no estado do Rio Grande do Sul

Authors

  • Taison Anderson Bortolin Universidade de Caxias do Sul
  • Pedro Antonio Roehe Reginato Universidade Federal do Rio Grande do Sul
  • Marco Antonio Presotto
  • Vania Elisabete Schneider Universidade de Caxias do Sul, Instituto de Saneamento Ambiental

DOI:

https://doi.org/10.18226/23185279.v6iss2p21

Abstract

A estimativa de recarga aquífera possui grande relevância nos estudos de águas subterrâneas e cálculo de disponibilidade hídrica em diferentes regiões. Este estudo teve por objetivo estimar a recarga de águas subterrâneas a partir de 3 diferentes métodos através da estimativa de parâmetros de escoamento de base em 11 sub-bacias, inseridas no Sistema Aquífero Serra Geral localizadas no estado do Rio Grande do Sul a partir de dados diários de 30 anos de vazão (1977/2006). Para tal foram utilizados filtros recursivos digitais como métodos de separação de escoamento de base como o proposto por Eckhardt, onde é possível obter o fluxo de base nos cursos d’água através da separação da vazão em dois elementos: escoamento superficial (direto) e escoamento de base (indireto). O resultado dessa separação é definido por um índice de escoamento de base (BFI), sempre restringido a um valor máximo (BFImax). Para este fim, foram aplicados 3 valores de BFImax: um predefinido por Eckhardt conforme geologia local, um obtido através da razão das vazões de permanência Q90/Q50 e outro através da utilização de um filtro inverso proposto por Collischonn e Fan (2013). Após, calculou-se as taxas de recarga (TR), relacionando os valores da vazão de base média obtidos em cada estação fluviométrica analisada e as áreas de drenagem de cada sub-bacia. Pode-se constatar que para a região de estudo os parâmetros predefinidos de Eckhardt apresentam valores mais baixos na maior parte das bacias se comparado aos outros. Os resultados encontrados demonstraram que há diferenças estatisticamente significativas no emprego de diferentes métodos. Para as 11 sub-bacias do Sistema Aquífero Serra Geral, foram encontradas recargas que variaram entre 9,23% utilizando o método 2 até 35,87% da precipitação com o emprego do método 3. Destaca-se, entretanto, que as diferenças nos valores, além de depender dos parâmetros e métodos utilizados podem estar associadas a uma série de fatores fisiográficos e climatológicos da bacia, sendo de suma importância sua avaliação na estimativa de recarga.

 

http://dx.doi.org/10.18226/23185279.v6iss2p21

References

KUNDZEWICZ, Z. W.; DOLL, P. Will groundwater ease freshwater stress under climate change?. Hydrological Sciences Journal, v. 54, n. 4, p. 665-675, 2009.

FOSTER, S. S. D.; CHILTON, P. J. Groundwater: the processes and global significance of aquifer degradation. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, v. 358, n. 1440, p. 1957-1972, 2003.

KUNZLER, J. C. S. Estimativa da recarga da bacia sedimentar do rio do Peixe através da modelagem matemática do fluxo subterrâneo. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Campina Grande. 86 f. 2007.

FREEZE, R. A.; CHERRY, J. A. Groundwater. 2nd ed. New Jersey, Prentice Hall, Eaglewood, Cliff, pp. 87. 1979.

SIMMERS, I. Groundwater recharge: an overview of estimation problems and recente developments. In: N.S. Robins, ed. Groundwater Pollution, Aquifer Recharge and Vulnerability. Geological Society, London, Special Publications, 130, 107-115, 1998.

HEALY, R. W. Estimating groundwater recharge. RU: Cambridge University Press, 245 p. 2010.

REGINATO, P. A. R.; AHLERT, S.; GILIOLI, K. C.; CEMIN, G. Caracterização hidrogeológica e hidroquímica do aquífero livre do manto de alteração da Formação Serra Geral, na bacia hidrográfica Taquari-Antas, região nordeste do estado do Rio Grande do Sul. Revista Ambi-Agua, Taubaté, v. 7, n. 2, p. 143-162, 2012.

HENKES, S. L. Gestão de Recursos Hídricos: Acertos e Erros na Bacia Hidrográfica do Rio Itajaí/SC. 167 p. 2002. Dissertação de Mestrado (Engenharia de Produção), Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis – SC, 2002.

BERTOL, G. A. Avaliação da Recarga Anual no Aquífero Bauru no Município de Araguari, Minas Gerais. 111 p. 2007. Dissetação de Mestrado (Geologia), Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte – MG, 2007.

CUSTÓDIO, E.; LLAMAS, M. R. Hidrologia subterrânea. Omega. Barcelona. 1 ed. 2350p. 1976.

MEIRESONNE, L.; SAMPSON, D. A.; KOWALSKI, A. S.; JANSSENS, I. A.; NADEZHDINA, N.; CERMAK, J.; VAN SLYCKEN, J.; CEULEMANS, R. Water flux estimates from a Belgian Scots pine stand: a comparison of different approaches. Journal of Hydrology 270: 230-252, 2003.

EILERS, V. H. M. Estimativa de recarga de águas subterrâneas utilizando o método do balanço hídrico. In: XII Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas. Cuiabá/MS, 20p. 2004.

LADEKARL, U. L.; RASMUSSEN, K. R.; CHRISTENSEN, S.; JENSEN, K.H.; HANSEN, B. Groundwater recharge and evapotranspiration for two natural ecosystems covered with oak and heather. Journal of Hydrology, v. 300, n. 1-4, p. 76-99, 2005.

BARRETO, C. E. A. G. Balanço hídrico em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani a partir de monitoramento hidrogeológico em bacia representativa. 2006. 149 f. Dissertação (Mestrado em Hidráulica e Saneamento) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2006.

OLIVEIRA, A. C. V., LIMA, A.S.,. Spatial variability in the stable isotopes of modern precipitation in the northwest of Iberia. Isotopes in Environmental and Health Studies, 46(1), 13–26., 2010.

CARVALHO, V. E. C.; REZENDE, K. S.; PAES, B. S. T.; BETIM, L. S. ; MARQUES, E. A. G.; Estimativa da Recarga em uma Sub-bacia Hidrográfica Rural Através do Método da Variação do Nível D’Água (VNA). RBRH – Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 19 n.1 –Jan/Mar 2014, 271-280

CAI, Z.; OFTERDINGER, U.; Analysis of groundwater-level response to rainfall and estimation of annual recharge in fractured hard rock aquifers, NW Ireland. Journal of Hydrology 535 (2016) 71–84.

MINARDI, P.S.P.; VELÁSQUEZ, L. N. M.; BOMTEMPO, V. L. I Relatório de avanço técnico e financeiro apresentado à secretaria geral do Projeto Sistema Aquífero Guarani – SAG. UFMG. CDTN/CNEN, Belo Horizonte, MG, Brasil. 2004.

PALMER, M., ALLAN, J. D., MEYER, J.; BERNHARDT, E. S. River restoration in the Twenty-First Century: data and experiential knowledge to inform future efforts. Restoration Ecology, v. 15, n.3, p. 472-481, 2007.

BOUCHAOU L.; MICHELOT J. L., VENGOSH A.; HSISSOU Y.; QURTOBI M.; GAYE C. B.; BULLEN T. D.; ZUPPI G. M. Application of multiple isotopic and geochemical tracers for investigation of recharge, salinization, and residence time of water in the Souss–Massa aquifer, southwest of Morocco. Journal of Hydrology 352, págs. 267– 287. 2008.

KUMAR, M.; RAMANATHAN, A. L.; KESHARI, A. K. Understanding the extent of interactions between groundwater and surface water through major ion chemistry and multivariate statistical techniques. Hydrological Processes, v. 23, n. 2, p. 297-310, 2009.

COSTA, F. M.; BACELLAR, L. A. P. Caracterização hidrogeológica de aquíferos a partir do fluxo de base. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 15, n. 3, p. 173-183, 2010.

ALBUQUERQUE, A. C. L. S.; CHAVES, H. M. L. Estimates of the recharge in the Femeas River basin by manual and automatic methods. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 15, n. 11, p. 1123-1129, 2011.

LYNE, V.D., HOLLICK, M. Stochastic time-variable rainfall runoff modeling. Hydro. and Water Resources Symposium Institution of Engineers, Perth, Australia, pp. 89–92, 1979.

NATHAN, R.J., AND MCMAHON. Evaluation of automated techniques for base flow and recession analyses: Water Resources Research, v. 26, no. 7, p. 1465–1473. , 1990.

ARNOLD, J.G., ALLEN, P.M. Validation of automated methods for estimating baseflow and groundwater recharge from stream flow records. Journal of the American Water Resources Association 35, 411–424, 1999.

CHAPMAN T. A comparison of algorithms for stream flow recession and base flow separation. Hydrological Processes 13: 701–714, 1999.

ECKHARDT, K. How to construct recursive digital filters for baseflow separation. Hydrological Process, v. 19, n. 2, p. 507–515, 2005.

COLLISCHONN, W.; FAN, F. Defining Parameters for Eckhardt's Digital Base Flow Filter. Hydrological Processes, 27, 2012.

MACHADO, J. L. F.; FREITAS, M. A. Projeto Mapa Hidrogeológico do Estado do Rio Grande do Sul: escala 1:750.000; relatório final. Porto Alegre: CPRM, 2005.

REGINATO, P. A. R.; AHLERT S. Vulnerabilidade do Sistema Aquífero Serra Geral na Região Nordeste do Estado do Rio Grande do Sul. Caracterização hidroquímica do sistema aquífero Serra Geral na região nordeste do Rio Grande do Sul. Águas Subterrâneas, v. 27, n. 2, p. 32-46, 2013.

REGINATO, P. A. R.; AHLERT S.; SCHNEIDER, V. E. Caracterização hidroquímica do sistema aquífero Serra Geral na região nordeste do Rio Grande do Sul. Águas Subterrâneas, v. 27, n. 1, p. 65-78, 2013.

MOBÜS, G. Análise estrutural e hidrogeológica do aquífero fraturado da Formação Serra Geral-Região noroeste do Rio Grande do Sul. Porto Alegre. 1987. IPHUFRGS. Curso de Pós-Graduação em Recursos Hídricos. 124 p.. Dissertação de Mestrado.

NANNI, A. S. O flúor em águas do Sistema Aquífero Serra Geral no Rio Grande do Sul: origem e condicionamento geológico. 2008. 145 f. Tese (Doutorado) - Curso de Pós-Graduação em Geociências Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008

REGINATO, P. A. R.; STRIEDER, Adelir José. Caracterização Hidrogeológica e Potencialidades dos Aquíferos Fraturados da Formação Serra Geral na Região Nordeste do Estado do Rio Grande do Sul. In: XIII Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, 2004, Cuiabá. ANAIS DO XIII Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas. SÃO PAULO: ABAS, 2004. v. 1.

FRAGA, C.G e REBOUÇAS, A.C. Hidrogeologia das rochas vulcânicas do Brasil. Revista Água Subterrânea n° 12. Agosto de 1988. p 30-55.

DOMENICO, P. A.; SCHWARTZ, F. W. Physicaland Chemical Hydrogeology. John Wiley& Sons, Singapore, 824p, 1990.

REBOUÇAS, A. C.; BRAGA, B.; TUDINISI, J. G. Águas doces no Brasil: Capital ecológico, uso e conservação. 2.ed. rev. e ampl. São Paulo: Escrituras, 702 p., 2002.

SZILAGYI, J., HARVEY, F. E., AYERS, J. F., Regional estimation of base recharge to ground water using water balance and a base-flow index: Ground Water, v. 41, no. 4, p. 504-513. 2003

DELIN, G.; HEALY, R.; LORENZ, D.; NIMMO, J. Comparison of Recharge Estimation Methods Used in Minnesota Take - Home Messages. 2007.

MATTIUZI, C. D. P., KIRCHHEIM, R., COLLISCHONN, W., & FAN, F. M. (2016). Estimativa de recarga subterrânea a partir da Separação de escoamento de base na bacia hidrográfica do Rio Ibicuí (América do Sul). Águas Subterrâneas, 29(3), 285.

MELATI, M. D., FAN, F. M., & ATHAYDE, G. B. (2017). Estudo Das Interações Entre As Águas Superficiais E Subterrâneas Na Bacia Do Paraná 3 Utilizando Modelagem Hidrológica E Separação Do Escoamento De Base Study of the Interactions Between Runoff and Groundwater in the Paraná 3 Basin Using Hydrological Mode. Anais Do XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, (July 2018), 1–8.

BORGES, V. M., FAN, F. M., REGINATO, P. A. R., & ATHAYDE, G. B. (2017). Groundwater recharge estimating in the Serra Geral aquifer system outcrop area - Paraná State, Brazil. Águas Subterrâneas, 31(4), 338.

Downloads

Published

2018-09-25

How to Cite

Bortolin, T. A., Reginato, P. A. R., Presotto, M. A., & Schneider, V. E. (2018). Estimativas de recarga aquífera com uso de filtros digitais em sub-bacias hidrográficas do Sistema Aquífero Serra Geral no estado do Rio Grande do Sul. Scientia Cum Industria, 6(2), 21–30. https://doi.org/10.18226/23185279.v6iss2p21

Issue

Section

Science, Education and Engineering