Search

O presente trabalho tem por objetivo avaliar métodos de recarga, bem como a relação do padrão de precipitação com a variação dos níveis de água subterrânea no Sistema Aquífero Serra Geral. O estudo foi desenvolvido em uma bacia experimental localizada no município de Caxias do Sul, região nordeste do estado do Rio Grande do Sul. Nesta região do Estado há ocorrência de dois tipos de aquíferos, o granular livre ou freático e o fraturado. Estes dois aquíferos podem ou não apresentar conexão, e, quando conectados, o aquífero fraturado tem a sua recarga diretamente relacionada com a circulação da água no aquífero freático. A bacia estudada conta com 4 poços tubulares inseridos no aquífero fraturado, monitorados de outubro de 2020 até maio de 2022, e 2 piezômetros instalados no aquífero freático, monitorados de outubro de 2021 até julho de 2022. Para a pesquisa foram utilizados dados diários de precipitação disponibilizados pelo Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto (SAMAE), e também da estação climatológica Caxias do Sul do INMET. Os dados de evapotranspiração potencial foram obtidos através da aplicação dos métodos Thornthwaite (1948), Thornthwaite-Camargo (1962) e Hargreaves-Samani (1974). Como resultado verificou-se que a resposta do aquífero fraturado a eventos de precipitação é de em média 27 dias. As estimativas de recarga através do método do balanço hídrico, utilizando o método de Thornthwaite para estimar a evapotranspiração, representaram cerca de 24% e 18% do total precipitado para os anos de 2020 e 2021, respectivamente. Já quando utilizados os métodos Thornthwaite-Camargo e Hargreaves-Samani para o cálculo de evapotranspiração, há uma redução na taxa de recarga de aproximadamente 28% em 2020 e 53% em 2021. Com a aplicação do método VNA a estimativa de recarga do aquífero fraturado foi pequena, variando de 3,6 a 6,8 % da precipitação total. Em contraste, para o aquífero granular os valores de recarga foram maiores, variando de 19,4 a 35,6% da precipitação total. Estes resultados demonstram que a recarga do aquífero fraturado é menor, o que deve ser levado em consideração em estudos de recarga e estimativas de reservas. Portanto, ao utilizar métodos de recarga que não levam em consideração essa diferença entre aquífero fraturado e freático, é possível que as estimativas de recarga sejam superestimadas e, consequentemente, não irão refletir a realidade da recarga do aquífero fraturado. The present work aims to evaluate recharge methods, as well as the relationship between the precipitation pattern and the variation of groundwater levels in the Serra Geral Aquifer System. The study was carried out in an experimental basin located in the municipality of Caxias do Sul, northeast region of the state of Rio Grande do Sul. In this region, there are two types of aquifers, the free granular or phreatic and the fractured. These two aquifers may or may not be connected, and when connected, the fractured aquifer has its recharge directly related to the circulation of water in the phreatic aquifer. The studied basin has 4 tubular wells inserted in the fractured aquifer, monitored from October 2020 to May 2022, and 2 piezometers installed in the phreatic aquifer, monitored from October 2021 to July 2022. Daily precipitation data provided by Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto de Caxias do Sul (SAMAE) and also from INMET's Caxias do Sul climatological station were used for the research. Potential evapotranspiration data were obtained by applying the Thornthwaite (1948), ThornthwaiteCamargo (1962) and Hargreaves-Samani (1974) methods. As a result, it was found that the response of the fractured aquifer to precipitation events is on average 27 days. Recharge estimates through the water balance method, using the Thornthwaite method to estimate evapotranspiration, represented about 24% and 18% of the total precipitation for the years 2020 and 2021, respectively. When using the Thornthwaite-Camargo and Hargreaves-Samani methods to calculate evapotranspiration, there is a reduction in the recharge rate of approximately 28% in 2020 and 53% in 2021. With the application of the VNA method, the estimated recharge of the fractured aquifer was small, ranging from 3.6 to 6.8% of the total precipitation. In contrast, for the granular aquifer, recharge values were higher, ranging from 19.4 to 35.6% of the total precipitation. These results demonstrate that the recharge of the fractured aquifer is lower, which should be taken into account in recharge studies and reserve estimates. Therefore, when using recharge methods that do not take into account this difference between fractured and phreatic aquifers, it is possible that recharge estimates are overestimated and, consequently, will not reflect the reality of fractured aquifer recharge.

As reservas de água subterrânea estão entre os componentes do balanço hídrico com maior incerteza de quantificação. O entendimento da sua disponibilidade ainda é limitado em comparação com outras reservas hídricas como rios, atmosfera, solo e lagos. A busca por esse recurso tem aumentado tanto nas áreas úmidas quanto nas áreas secas. Explorar os processos de interação entre as águas subterrâneas e os rios em aquíferos de grande escala (como o comportamento das reservas em períodos secos, eventos de recarga episódica e variabilidade anual), é de grande interesse para a indústria, a economia e a qualidade de vida da população. O desenvolvimento e a avaliação de ferramentas é um passo inicial para o uso sustentável das águas subterrâneas. O objetivo desta tese é avançar no entendimento de processos hidrogeológicos de grande escala que ocorrem no Brasil em diferentes climas e formações aquíferas a partir de ferramentas inovadoras e complementares de monitoramento in situ, dados de sensoriamento remoto e modelagem hidrológica. Verificou-se que o uso do GRACE para detectar variações nas reservas de água subterrânea para um aquífero sedimentar no semiárido brasileiro apresentou resultados adequados. As reservas de água subterrânea estão entre os componentes do balanço hídrico com maior incerteza de quantificação. O entendimento da sua disponibilidade ainda é limitado em comparação com outras reservas hídricas como rios, atmosfera, solo e lagos. A busca por esse recurso tem aumentado tanto nas áreas úmidas quanto nas áreas secas. Explorar os processos de interação entre as águas subterrâneas e os rios em aquíferos de grande escala (como o comportamento das reservas em períodos secos, eventos de recarga episódica e variabilidade anual), é de grande interesse para a indústria, a economia e a qualidade de vida da população. O desenvolvimento e a avaliação de ferramentas é um passo inicial para o uso sustentável das águas subterrâneas. O objetivo desta tese é avançar no entendimento de processos hidrogeológicos de grande escala que ocorrem no Brasil em diferentes climas e formações aquíferas a partir de ferramentas inovadoras e complementares de monitoramento in situ, dados de sensoriamento remoto e modelagem hidrológica. Verificou-se que o uso do GRACE para detectar variações nas reservas de água subterrânea para um aquífero sedimentar no semiárido brasileiro apresentou resultados adequados. Groundwater volumes are among the water balance components with the greatest uncertainty of quantification, the understanding of its availability is still limited compared to other water reserves such as rivers, atmosphere, soil, and lakes. The search for this continuous supply resource throughout the year has increased in wet and dry areas. Exploring hydrological, hydrogeological, and surface-groundwater interaction processes among these large-scale South American aquifers, such as the dynamics associated with dry periods response, recharge events, and interannual variability, is of great interest to the industry, the economy, and the quality of life of the regional population. And the development and testing of tools for researching these aspects is a primer step for sustainable usage of groundwaters in the South American domain. The main objective of this thesis is to advance in the determination of large-scale hydrogeological process in Brazil, South America in different climates and aquifer formations from innovative and complementary tooling of intensive field monitoring, remote sensing data, and hydrological modeling. We found that the use of GRACE to detect variations in groundwater reserves showed adequate results for a small-scale sedimentary aquifer in the Brazilian semi-arid region. The findings were promising to improve the understanding of droughts at different scales in those areas. GRACE data also showed itself as an essential tool for monitoring groundwater volumes in the other two aquifers in humid subtropical areas and investigated in this thesis (Caiuá Aquifer and SASG). We also found that in those humid subtropical areas, the high soil moisture storage has an important role in the occurrence of large episodic recharge events. Atypical rainfall in winter periods was responsible for the increase in soil moisture that explains the larger events. The changes in aquifer storage caused by episodic recharge events are long-lasting and directly affect low flows in rivers with implications on hydro-climatic variability. We also brought important findings related to groundwater variations in fractured aquifer systems, which are complex to predict. Significant contributions related to groundwater level variations, transit times, regional trends, and interaction with the rivers in the SASG were presented.

A bacia hidrográfica Taquari-Antas, possui cerca de 70% de seus municípios abastecidos exclusivamente por água subterrânea, sendo que o principal sistema aquífero é o Serra Geral, que ocupa mais de 90% da bacia. Segundo o plano de bacia, a recarga que ocorre em toda a região foi estimada em 8% da precipitação. A questão central do trabalho foi analisar se os estudos de potencial hídrico subterrâneo realizados em escala de bacia podem ser utilizados para a avaliação de diferentes unidades que formam a bacia (unidades de gestão, sub-bacias, municípios). Para tanto, foram selecionadas áreas na bacia que possuissem a maior quantidade de poços e tivessem sua área inserida, em sua maioria, no sistema aquífero fraturado. Logo, foram selecionadas a Unidade Carreiro (UC), Unidade Guaporé (UG), Sub-bacia do Alto Rio Carreiro(SARC), Sub-bacia do Alto Rio Guaporé (SARG) e os municípios de David Canabarro e Vila Maria. Desta forma, foi estimada, através do método do balanço hídrico, o percentual de recarga das áreas selecionadas e da bacia como um todo. Além disso, foi estimado o potencial hídrico subterrâneo das áreas mencionadas, para os cenários de 15, 25, 50, 75 e 100% da recargae a disponibilidade hídrica instalada (Di), considerando os tempos de bombeamento médio, 18 e 24h. Os dados de recarga das escalas menores, foram utilizados para a estimativa do potencial e do comprometimento do mesmo nas escalas maiores e comparados com os resultados oriundos dos estudos locais. Os resultados demostraram que não necessariamente os dados de recarga das escalas de maior detalhe são os que originam os resultados mais próximos do potencial estimado localmente. Isso ocorreu somente ao aplicar os dados de recarga de UG em SARG e de SARC no Município de David Canabarro, sendo que, ambas as situações representam os melhores resultados encontrados. Somente nos cenários de 15 e 25% da recarga ocorreram as discordâncias mais frequente entre os graus de comprometimento local e os estimados com os dados das demais escalas, na aplicação dos demais % o mesmo foi predominantemente baixo. De todas as escalas estudadas, a aplicação do dado de recarga de TA_Plano foi a que mais se distanciou dos % de comprometimento estimados localmente. Desta forma, em bacias tão dependentes dos recursos hídricos subterrâneos é importante e necessário, que a análise da recarga nos planos de bacia, seja realizada com maior detalhamento, principalmente nas regiões com maior adensamento de poços. Logo, a ferramenta desenvolvida neste trabalho se demostrou de grande valia para o auxilioda gestão dos recursos hídricos subterrâneos, permitindo a estimativa do potencial hídrico subterrâneo e o comprometimento do mesmo, frente a diferentes dados de recarga e de Di. Sendo que, a mesma pode ser aplicada para outras áreas além das analisadas neste trabalho. The Taquari-Antas hydrographic basin has about 70% of its municipalities supplied exclusively by groundwater, the main aquifer system is Serra Geral, which occupies more than 90% of the basin. According to the basin plan, the recharge that occurs throughout the region was estimated at 8% of the precipitation. The central question of the research was to analyze whether the studies of underground water potential carried out on a basin scale can be used for the evaluation of different units that form the basin (management units, sub-basins, City). For that, were selected areas in the basin that had the largest number of wells and had their area inserted, in their majority, in the fractured aquifer system. Therefore,the Carreiro Unit (UC), Guaporé Unit (UG), Alto Rio Carreiro Sub-basin (SARC), Alto Rio Guaporé Sub-basin (SARG) and the municipalities of David Canabarro and Vila Maria were selected. Thus, it was estimated, using the water balance method, the% of recharge of the selected areas and the basin as a whole. In addition, the underground water potential of the mentioned areas was estimated for the scenarios of 15%, 25%, 50%, 75%, and 100% of the recharge and their installed water availability (Di), considering the average pumping times of 18h and 24h. The recharge data from the smaller scales were used to estimate the potential and its commitment in the larger scales and were compared with the results from local studies. The results demonstrated that not necessarily the recharge data of the scales of greater detail are the ones that originate the results closer to the locally estimated potential. This occurred only when applying the UG recharge data in SARG and SARC in the municipality of David Canabarro, and both situations represent the best results found. Only in the scenarios of 15% and 25% of the recharge did the most frequent disagreements occur between the degrees of local commitment and those estimated with data from the other scales; in the application of the other% it was predominantly low. Of all the scales studied, the application of the TA_Plano recharge data was the one that most distanced from the% of commitment estimated locally. Thus, in basins so dependent on underground water resources, it is important and necessary that the analysis of the recharge in the basin plans be carried out in greater detail, especially in regions with greater density of wells. Therefore, the tool developed in this research proved to be of great value to assist in the management of underground water resources, allowing the estimation of underground water potential and its commitment, in view of different recharge and Di data. Being that, it can be applied to other areas beyond those analyzed in this research.

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. The aquifer recharge measurement has a large effect on groundwater studies and hydric availability calculations in different regions. The objective of this study was to estimate the groundwater recharge from 3 different methods by estimating base flow parameters in 11 sub-basins, located in the Serra Geral Aquifer System located in the state of Rio Grande do Sul from daily data of 30 years of flow (1977/2006). For this, recursive digital filters were used as baseflow separation methods such as those proposed by Eckhardt (2005), where it is possible to obtain the baseflow in the watercourses by separating the flow into two elements: surfaceflow (direct) and baseflow (indirect). The result of this separation is defined by a baseflow index (BFI), always restricted to a maximum value (BFImax). To this end, 3 values of BFImax were applied: one predefined by Eckhardt according to local geology, one obtained through the ratio of the Q90 / Q50, and another through the use of a reverse filter proposed by Collischonn and Fan (2013). After that, the recharge rates (TR) were calculated, relating the values of the average base flow obtained in each analyzed fluviometric station and the drainage areas of each sub-basin. It can be observed that for the study region the predefined Eckhardt parameters present lower values in most of the basins when compared to the others. The results showed that there are statistically significant differences in the use of different methods. For the 11 sub-basins of the Serra Geral aquifer system, recharge rates ranged from 9.23% using method 2 to 35.87% of precipitation using method 3. It is noteworthy, however, that the differences in values, besides being dependent on the parameters and methods used, may be associated to a series of physiographic and climatologic factors of the basin, being extremely important its evaluation in the estimation of recharge.

O plano de bacia é um dos instrumentos da política nacional de recursos hídricos, e o mesmo tem como base territorial a bacia hidrográfica. O plano da bacia Taquari-Antas estimou, para a mesma, uma recarga de 8% da precipitação média anual, sendo o potencial hídrico subterrâneo (Po) igual a 25% deste valor. Para avaliar a influência do que foi definido no plano para toda a bacia hidrográfica, em áreas menores que compõem a referida bacia (unidade de gestão, sub-bacias e municípios), foi desenvolvido um estudo cujos resultados são apresentados neste artigo. Para isso, foram selecionadas áreas da bacia, calculadas as recargas por meio do método do balanço hídrico e definidos os potenciais hídricos subterrâneos para o cenário de 25% da recarga, assim como as disponibilidades hídricas instaladas para os seguintes cenários de tempo de bombeamento: projetado, de 18h e de 24h. Os resultados encontrados indicaram que os valores de potencial hídrico subterrâneo, oriundos da recarga estimada no plano, foram em média, 45% inferiores aos obtidos nos estudos locais, resultando em níveis de comprometimento crítico, na maioria das áreas estudadas, para os cenários de disponibilidades hídricas instaladas de 18 e 24 horas. As diferenças observadas entre os potencias podem e irão influenciar no desenvolvimento social e econômico da região. The basin plan is one of the instruments of the national water policy, and has the watershed as its territorial base. The Taquari-Antas basin plan estimated a recharge of 8% of the average annual precipitation for the same, with the ground-water potential (Po) equal to 25% of this value. To assess the influence of what has been defined in the basin plan for the entire watershed, in smaller areas that make up the referred basin (management unit, sub-basins and cities), a study was developed, whose results are presented in this article. For this, areas of the basin were selected, the recharge was calculated using the water balance method and the groundwater potential was defined for the 25% recharge sce-nario, as well as the installed water availabilities for the following scenarios of pumping time: projected, from 18h and 24h. The results indicated that the values of groundwater potential, from the estimated recharge in the basin plan, were on average, 45% lower than those obtained in local studies, resulting in levels of critical impairment, in most of the areas studied, for the installed water availabilities scenarios of 18 and 24 hours. The observed differences among the groundwater potentials can and will influence the social and economic development of the region.

A recarga é um processo importante do ciclo hidrológico e corresponde ao fluxo de água que atravessa a zona não saturada do solo e que é adicionado ao aquífero. Sua estimativa é essencial, principalmente em locais onde as águas subterrâneas possuem grande utilização, como por exemplo na região nordeste do Rio Grande do Sul, onde este recurso está associado principalmente às rochas fraturadas do Sistema Aquífero Serra Geral (SASG). Neste Sistema há também a existência do aquífero granular livre que se desenvolve no manto de alteração das rochas vulcânicas e que pode ter interação com o aquífero fraturado interferindo nos mecanismos de recarga. Dentro deste contexto, nesta pesquisa foram abordados os processos de recarga, bem como avaliadas e estimadas as taxas de recarga do Sistema Aquífero Serra Geral na Bacia Taquari Antas, por meio da utilização de diferentes métodos. Para tanto, foram utilizadas 4 variações de métodos de balanço hídrico, 12 métodos baseados em águas superficiais, 2 modelos de simulação de bacia, além de técnicas de regressão múltipla e o método de variação dos níveis de água com diferentes abordagens, com intuito de verificar as diferenças entre estes e sua aplicabilidade na região. Todos os métodos foram aplicados em duas sub-bacias hidrográficas que possuíam diferentes características de relevo e solo, sendo a bacia 1 com características mais declivosas e solo menos favorável à infiltração e a bacia 2, com área menor, mas com relevo mais plano e solos mais espessos. Para atingir o objetivo proposto, foram utilizados dados de postos fluviométricos das duas sub-bacias, dados climatológicos de estações próximas e instalados medidores de nível de água em poços localizados no aquífero granular e fraturado. As recargas estimadas por cada método foram avaliadas por métodos estatísticos comparando-se os resultados obtidos. Áreas potenciais de recarga foram avaliadas através da Análise Hierárquica Processual (AHP), culminando ao final com a proposição de um modelo conceitual de recarga para a região de estudo. Os resultados obtidos com a aplicação dos métodos para um mesmo período de tempo (1980-2017), indicam uma média de recarga de 393,6 mm/ano para a bacia 1, representando cerca de 20,5% da precipitação total ocorrida, enquanto para bacia 2, a média encontrada foi de 482,52 mm/ano, equivalente a cerca de 26% da precipitação, mostrando que a bacia com relevo mais dissecado possui menores taxas de recarga. A aplicação dos diferentes métodos resultou em estimativas de recarga que variaram de 12 a 55% da precipitação da região, os quais apresentaram diferenças estatisticamente significativas. Também, constatou-se que a recarga possui variabilidade intra e interanual, sendo muito dependente da ocorrência de precipitação. A técnica de AHP para avaliação de áreas de recarga, permitiu definir com certa adequabilidade as áreas com maior potencial de recarga, indicando que estas estão situadas principalmente nos altos topográficos, sendo que 60% da área da bacia 2 são classificadas com médio a elevado potencial, enquanto a bacia 1 possui apenas 47% da área nesta categoria. O estudo apresenta também uma proposta de modelo conceitual do SASG na região, o qual mostra que a recarga tende a ocorrer em dois momentos, quando a precipitação que atinge o solo recarrega inicialmente o aquífero granular livre. Posteriormente, este contribui para a recarga do aquífero fraturado, tendo um controle de relativa importância na recarga do fraturado, a qual é considerada altamente heterogênea e dependente de vários fatores associados também a estrutura das rochas. Os resultados obtidos com esta pesquisa são úteis para o refinamento da informação sobre a estimativa de recarga, contribuindo para o entendimento do comportamento de um sistema aquífero relevante para o estado do Rio Grande do Sul, auxiliando nos processos de gestão das águas subterrâneas. Recharge is an important process of the hydrological cycle and corresponds to the flow of water through the unsaturated zone of the soil and which is added to the groundwater reservoir. Its estimation is essential, especially in places where groundwater is widely used, for example in the northeastern region of Rio Grande do Sul, where this feature is mainly associated with the fractured rocks of the Serra Geral Aquifer System (SGAS). In this system there is also the existence of the free granular aquifer that can interact with the fractured aquifer and interfere with the recharge mechanisms. In this context, in this research the recharge processes were approached, as well as the estimated and estimated recharge rates of the Serra Geral Aquifer System in the Taquari Antas Basin, through the use of different methods. Four variations of water balance methods, 12 water methods, 2 basin simulation models, as well as multiple regression techniques and the method of variation of water levels with different approaches were used to verify the differences between these and its applicability in the region. All the methods were applied in two sub-basins that had different relief and soil characteristics, being the basin 1 with more sloping characteristics and soil less favorable to infiltration and basin 2, with smaller area, but with flat relief and solos thicker. In order to reach the proposed objective, we used data from fluviometric stations of the two sub-basins, climatological data from nearby stations and installed water level meters in wells located in the granular and fractured aquifer. Recharges were evaluated by statistical methods comparing the obtained results. Potential areas of recharge were evaluated through the Analytic Hierarchical Process (AHP), culminating at the end with the proposition of a conceptual recharge model for the study region. The results obtained with the application of the methods for a same period of time (1980-2017), indicate an average recharge of 393.6 mm / year for basin 1, representing about 20.5% of the total precipitation occurred, while for basin 2, the average found was 482.52 mm / year, equivalent to about 26% of the precipitation, showing that the basin with more dissected relief has lower recharge rates. The application of the different methods resulted in recharge estimates ranging from 12 to 55% of the region's precipitation, which presented statistically significant differences. Also, it was verified that the recharge has intra and interannual variability, being very dependent on the occurrence of precipitation. The AHP technique for evaluating recharge areas allowed us to define with some adequacy the areas with the greatest potential for recharge, indicating that these are located mainly in the topographic areas, with 60% of the area of basin 2 being classified as medium to high potential, while basin 1 has only 47% of the area in this category. The study also presents a proposal of a conceptual model of SGAS in the region, which shows that the recharge tends to occur in two moments, when the precipitation that reaches the ground recharges initially the free granular aquifer. Later, this contributes to the recharge of the fractured aquifer, having a control of relative importance in the recharge of the fractured, which is considered highly heterogeneous and dependent on several factors also associated with the structure of the rocks. The results obtained with this research are useful for the refinement of the information about the recharge estimation, contributing to the understanding of the behavior of an aquifer system relevant for the state of Rio Grande do Sul, assisting in the processes of groundwater management.

Em regiões úmidas a relação entre os mananciais superficiais e subterrâneos se dá principalmente por meio da descarga dos aquíferos para os rios, essa dinâmica é “alimentada” principalmente pela recarga subterrânea. A área de estudo foi a Bacia do Paraná 3, localizada no Sistema Aquífero Serra Geral, no estado do Paraná. O presente trabalho estudou a recarga subterrânea em duas bacias monitoradas por estações fluviométricas a partir de três diferentes métodos, o balanço hídrico, a separação do escoamento de base usando três diferentes formas de obtenção do parâmetro BFImax (tabelado, curva de permanência e filtro inverso), e a modelagem hidrológica a partir da análise dos reservatórios subterrâneo e subsuperficial do modelo MGB-IPH. Para melhor entender as águas subterrâneas, também se utilizou o TWS do GRACE para avaliar as variações do armazenamento de água na área. Os resultados obtidos mostraram que a maioria dos métodos e suas variações convergiram em grandeza (resultados médio de 491,4±31,9mm para a bacia SFV e 270,1±39,4mm para a bacia SFF), com exceção dos resultados da aplicação da separação do escoamento de base usando o BFImax tabelado (212,0mm para a bacia SFV e 160,6mm para a bacia SFF), além disso, verificou-se que o uso do esvaziamento do reservatório subsuperficial e subterrâneo juntos (612,9±18,1mm para a bacia SFV e 372,8±25,2mm para a bacia SFF) apresenta resultados similares ao uso de filtros e ao balanço hídrico, entretanto, quando se utiliza somente o esvaziamento do reservatório subterrâneo (509,1±17,3mm para a bacia SFV e 53,5±9,7mm para a bacia SFF), somente uma estação converge em resultados, a outra apresenta valores bastante inferiores, esses resultados foram explicados pelas diferentes geomorfologias das bacias. Foi verificado que a aplicação dos filtros de separação do escoamento de base em dados simulados no modelo MGB-IPH não apresenta prejuízos em relação a aplicação dos mesmos em dados observados (

Este trabalho apresenta um estudo da recarga no Sistema Aquífero Serra Geral (SASG) no Paraná. A estimativa foi realizada através da separação do escoamento de base utilizando o Filtro de Eckhardt. Três métodos diferentes foram utilizados para calcular o parâmetro BFImax: Filtro Inverso, Razão Q90/Q50 e ponderação dos valores pré-definidos por Eckhardt, cujos valores obtidos e comparados para cada bacia que abrange o SASG no Paraná. Os valores de recarga obtidos variaram de 156,89 mm/ano a 489 mm/ano, com médias calculadas por Filtro Inverso, Razão Q90/Q50 e Eckhardt Ponderado foram de 355,59 mm/ano, 352,08 mm/ano e 293,81 mm/ano, respectivamente. Os resultados de BFImax sugerem que os valores pré-definidos por Eckhardt para aquíferos fraturados subestimam a recarga em aquíferos vulcânicos. Os valores das taxas de recarga obtidos apresentaram correlação com valores de declividade e tipo de solo na bacia, entretanto, não apresentaram relação com o tipo aquífero (sedimentar ou fraturado). As taxas mais altas foram identificadas em regiões de menor declividade e com ocorrência de latossolo. Estes resultados podem contribuir para uma gestão adequada das águas subterrâneas no Paraná, entretanto, novos estudos são necessários para a validação. This paper presents a study of groundwater recharge in Serra Geral Aquifer System (SASG) in Paraná. The estimation was performed by baseflow separation using the Eckhardt Filter. Three different methods were used for calculating BFImax parameter: Inverse Filter, Q90/Q50 Ratio and Eckhardt pondered pre-defined values. The BFImax values were obtained and compared in each watershed that covers SASG in Paraná. The recharge values obtained ranged from 156,89 mm/year to 489,18 mm/year. The average values calculated by using Inverse Filter, Q90/Q¬50 Ratio and Eckhardt Pondered was 355,59 mm/year, 352,08 mm/year and 293,81 mm/year, respectively. The results of the calculated BFImax suggests that pre-defined values for fractured aquifers by Eckhardt underestimate the recharge in volcanic-rock aquifers, due to its flow conditions. The recharge values obtained showed correlation with area slope and soil type, but not with the predominant aquifer type (sedimentary or fractured). The highest rates were identified in lower declivity areas and latosol occurrence areas. The obtained recharge values can contribute for a better management of groundwater in Paraná state, however, new studies using new methods are necessary for validating the results.

Este trabalho teve como objetivo avaliar a vulnerabilidade natural à contaminação do Sistema Aquífero Serra Geral (SASG) no estado do Paraná, bem como realizar uma comparação dos métodos DRASTIC e GOD, visando estabelecer vantagens e desvantagens da aplicação cada método. A vulnerabilidade natural à contaminação indica a sensibilidade à poluição de um aquífero a partir de suas características intrínsecas. Para que fosse realizada a avaliação da vulnerabilidade pelo método DRASTIC, foi necessária a estimativa das taxas de recarga das águas subterrâneas na área de estudo. Para isso, foram aplicados e comparados dois métodos: balanço hídrico e separação do escoamento de base. No método DRASTIC, adaptações foram feitas nos parâmetros A (Meio Aquífero), em que foi utilizada a densidade de lineamentos; I (Impacto da Zona Vadosa), em que foi avaliada a aptidão dos solos para disposição de resíduos sólidos; e C (Condutividade Hidráulica), em que foram utilizados valores de transmissividade. Estas adaptações tiveram como objetivo adequar o método à avaliação da vulnerabilidade em aquíferos fraturados. Os mapas de vulnerabilidade pelos métodos DRASTIC e GOD foram comparados através da normalização dos índices, visando inseri-los em um mesmo intervalo. Para a estimativa de recarga, os resultados apresentaram taxas média por bacia variando de 156 a 489 mm/ano pelo método da separação do escoamento de base e de 179 a 365 mm/ano pelo método do balanço hídrico. As diferenças apresentadas podem ser consideradas como aceitáveis, se considerados as diversas incertezas envolvidas no processo de estimativa de recarga e o fato de que os métodos utilizam dados diferentes na análise. Quanto ao mapeamento da vulnerabilidade natural à contaminação, o método DRASTIC apresentou graus de vulnerabilidade baixa (5,01%), moderada (83,13%) e elevada (11,85%). Já o método GOD apresentou vulnerabilidades baixa (66,21%), moderada (0,67%), alta (14,32%) e extrema (18,81%). As principais diferenças relativas entre os dois métodos ocorreram em locais onde a vulnerabilidade é determinada por parâmetros que não são mútuos dos métodos. De maneira geral, o método DRASTIC se mostrou mais restritivo quanto ao uso e ocupação do solo que o método GOD, pois apresentou índices mais elevados de vulnerabilidade quando considerada a área de estudo como um todo. O método DRASTIC apresentou maior grau de detalhe na avaliação e mais valores intermediários. Já o método GOD apresentou variação brusca dos índices em muitas regiões. Isso se deve principalmente ao fato de que este utiliza apenas três parâmetros em sua avaliação, enquanto o DRASTIC utiliza sete. Apesar do método DRASTIC apresentar resultados mais satisfatórios, a escolha do método deve estar condicionada à disponibilidade de dados e de recursos humanos e financeiros. Ambos os métodos podem ser utilizados em estudos regionais, entretanto, os resultados aqui obtidos devem ser utilizados com cautela em estudos que requerem maior grau de detalhe. This paper aimed to evaluate natural vulnerability to contamination on Serra Geral Aquifer System (SASG) in Paraná state, Brazil, as well as comparing DRASTIC and GOD methods, aiming to stablish advantages and disadvantages of each method. Natural vulnerability to contamination indicates the sensibility to pollution of an aquifer considering its intrinsic characteristics. In order to carry out the evaluation through DRASTIC method, it was necessary to estimate groundwater recharge rates in the study area. To do so, two methods were applied and compared: baseflow separation and water balance. Concerning the DRASTIC method, some adaptations were made in the following parameters: A (Aquifer Media), in which was used lineaments density; I (Impact of Vadose Zone), in which was considered the soil capacity to receive solid waste; and C (Hydraulic Conductivity), in which was used aquifer transmissivity. These adaptations aimed to adapt the method for vulnerability evaluation on fractured aquifers. Vulnerability maps by DRASTIC and GOD were compared through index normalization, inserting them at the same interval. For recharge estimation, results showed average values per basin of 156 to 489 mm/year by baseflow separation and 179 to 365 mm/year by water balance. The differences can be considered as acceptable when considered the various uncertainties involved and the fact that the methods uses different data on the analysis. Concerning the natural vulnerability to contamination mapping, DRASTIC method showed the following levels of vulnerability: low (5,01%), moderate (83,13%) and high (11,85%). GOD method showed the following levels: low (66,21%), moderate (0,67%), high (14,32%) and extreme (18,81%). The main differences related to both methods occurred in areas where the vulnerability is determined by mutual parameters. In general, DRASTIC method showed to be more restrictive in terms of land use than GOD, as it presented high indexes when considered all the study area. DRASTIC method showed a higher level of spatial detail and more intermediary values. The GOD method showed abrupt variation of indexes in many areas. This happens mainly because this method uses only three parameters on the evaluation, while DRASTIC uses seven. Although DRASTIC method presented more satisfactory results, the choice must be conditioned to data, human and financial resources availability. Both methods can be used in regional studies, but, the results showed in this paper must be used with caution in studies that requires higher levels of detail.

A estimativa de recargas aquíferas é um fator determinante para a gestão sustentável das águas subterrâneas, uma vez que permite a manutenção da quantidade e qualidade da água dos aquíferos. Para a estimativa de recargas aquíferas existem diversos métodos que podem ser empregados e que variam de acordo com as características da área estudada e as escalas a serem trabalhadas. No presente estudo foram avaliadas as estimativas de recarga na Bacia Hidrográfica do Rio Ibicuí utilizando os métodos de Separação de Escoamento de Base e Variação dos Níveis d’Água. Levando em consideração as limitações de escala, os resultados da estimativa de recarga aquífera pelos dois métodos convergiram.

Este estudo se propõe a estimar as taxas de recarga subterrânea na Bacia Hidrográfica do Rio Ibicuí, localizada no Estado do Rio Grande do Sul, a partir da utilização do método de separação do escoamento de base. O principal aquífero da Bacia é o Sistema Aquífero Guarani (SAG), nas suas áreas de confinamento (Oeste) e afloramento (Central). A separação do escoamento de base foi realizada por meio do filtro numérico de Eckhardt (2005) com dados de séries históricas de vazão disponibilizados pela Agência Nacional das Águas. As estimativas de recarga foram comparadas com as características geológicas, hidrogeológicas e pedológicas encontradas na área de estudo. As taxas de recarga variaram de 88 mm/ano a 378,7 mm/ano (13% a 47%, respectivamente da precipitação efetiva nas sub-bacias, e 6% a 21% da precipitação total). Os resultados mostraram que as maiores taxas de recargaocorreram nas unidades geológicas com transmissividades mais elevadas e solos mais permeáveis, e também com precipitações médias mais elevadas. Por outro lado, as sub-bacias com baixas taxas de recarga apresentaram unidades geológicas permeáveis e unidades cristalinas impermeáveis, solos com altos teores de argila e precipitações médias reduzidas. This study aims to estimate the groundwater recharge rates in the Ibicuí Watershed, in the state of Rio Grande do Sul, using baseflow separation method. The watershed’s main aquifer is the Guarani Aquifer System, in its confined areas (West) and outcrop (Central). The baseflow separation was made with the Eckhardt (2005) numerical filter, with historical streamflow data released by the National Water Agency. The recharge estimates were compared with the geological, hydrogeological and soil found in the study area. Recharge rates ranged from 88 mm/year to 378.7 mm/year (13% and 47% respectively of the effective precipitation in the sub-watersheds, and 6% to 21% of total precipitation). The results showed that the higher recharge rates were found in the geological units with higher transmissivity and more permeable soils, and with higher average precipitation. On the other hand, sub-watersheds with low recharge rates showed permeable geologic units and crystal units, soils with high clay content and low average precipitation.

A estimativa da recarga subterrânea é determinante para a gestão sustentável das águas subterrâneas. A recarga pode ser estimada usando diferentes métodos que variam de acordo com as características da área estudada, as escalas temporais e espaciais adotadas e a disponibilidade de dados. O objetivo é estimar a recarga de unidades hidroestratigráficas pertencentes ao Sistema Aquífero Guarani (SAG), localizado na bacia do rio Ibicuí, com base na aplicação do método Variação dos Níveis d'Água (VNA). Os dados de nível d'água foram obtidos a partir de cinco poços de monitoramento pertencentes à rede RIMAS (Rede Integrada de Monitoramento de Águas Subterrâneas) da CPRM/Serviço Geológico do Brasil, instalados na bacia. O método foi aplicado para a média mensal dos níveis de água em cada poço de monitoramento, em períodos que variaram entre 24 e 39 meses. A recarga mensal foi estimada entre 417 mm e 730,7 mm, e as porcentagens de recarga em relação à precipitação variaram entre 11% e 18%, com média de 13,82%. Na região noroeste da bacia foram encontrados valores mais altos em contraposição à região sul. O método apresentou resultados compatíveis com outros estudos realizados na mesma região.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e implementação de um modelo de recarga natural baseado no balanço na zona não saturada. O modelo foi validado comparando seus resultados com medições obtidas de uma coluna de solo em laboratório. O modelo também foi implementado com os dados da Estação Experimental do Arroz do Instituto Riograndense do Arroz em Cachoerinha/RS, com a finalidade de estimar a recarga natural nesse local. Os resultados do modelo mostram que, durante os meses de inverno, a recarga natural é pouco importante na área do estudo. Deve-se salientar que estas conclusões têm validade apenas a nível pontual e, considerando que o período de simulação limitou-se a 70 dias, não se podem fazer projeções a longo prazo. The scope of this work was the development and aplication of a natural groundwater recharge model based on the balance of the unsaturated zone. The model was validated comparing its results with mesurements data from a soil column in laboratory. The model was aplicated using field information obtained from Rice Experimental Station, at Cachoerinha, RS, to estimate the natural grounwater recharge in that area. Model's results show that, in winter time, natural recharge is not important in the study area. These conclusions are valid only for the .study area. The simulation period was 70 days, therefore it is impossible to make long-term forecasts.