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Adapting the EPIK method to Brazilian Hydro(geo)logical context of the São Miguel watershed to assess karstic aquifer vulnerability to contamination.
(2018) Pereira, Débora Lara; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Lucon, Thiago Nogueira; Fujaco, Maria Augusta Gonçalves
Karst aquifers are, besides important strategic reservoirs of good quality water, heterogeneous and anisotropic, where highly permeable karst networks result in insufficient time for contaminant degradations, and hence the quasi-immediate contamination of the aquifer. The EPIK method is a low-cost technique and was developed to map karst regions based on four main feature indexes: 1) epikarst; 2) protective cover; 3) infiltration conditions; and 4) karst network development. However, the method was developed according to European hydrogeologic and temperate climatic contexts, where its application without adaptations in regions in different contexts may result in possible misunderstandings, such as overlook, underestimate or overestimate significances of some parameters (e.g. soil covers, rainfall regimes, morphological domains). The Brazilian São Miguel watershed, a tropical karst region where the city of Pains is located (southwestern Minas Gerais), is characterized by high levels of thermotolerant coliforms, phosphorus, nitrate, and cadmium in surface water and groundwater. These contaminants come from, agriculture, livestock, and urban areas. Due to these issues and to provide a tool of water resource management and land use planning, the EPIK method was adapted to the hydrogeologic reality of the São Miguel watershed, considering both local vegetation and the current Brazilian speleological heritage protection legislation. Results revealed that 52% of the area has moderate vulnerability and 7% high vulnerability, this latter one concentrated in areas close to mining activities and urban areas. The study provided a reliable map and adapted technique which can be used in other Brazilian karst regions and other tropical karst regions.
An approach to map karst groundwater potentiality in an urban area, Sete Lagoas, Brazil.
(2020) Gomes, Rafael Magnabosco de Almeida; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Carvalho, Ana Maciel de
Due to complex hydrogeological contexts, mapping groundwater potential zones in karst regions is a difficult task. This study was conducted on a karst terrain in Sete Lagoas, Brazil, where rapid urban growth without adequate water resources management resulted in the drilling of unproductive wells and possible aquifer over-exploitation due to the concentration of wells. The objective was to develop a method for mapping groundwater potentiality for karst aquifers, serving as water resources management tool, based on 3D geological modelling, field work and pumping test data, remote sensing, geophysics analysis and production of thematic maps, resulting in the hydrogeological conceptual model. The groundwater potentiality map showed that most potential zones are on the central area, limited by grabens, where limestones are in contact with unconsolidated sediments, on areas with higher density of morphostructural and geophysical lineaments, mainly in east–west and north–east directions, near karst surface features, on thicker karstified zones, with higher recharge rates.
Associação de traçadores corantes e método de favorabilidade de rota cárstica para caracterizar direções de condutos e variabilidade sazonal dos parâmetros do fluxo e transporte em sistemas cársticos na bacia do São Miguel, Brasil.
(2021) Assunção, Pedro Henrique da Silva; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Lucon, Thiago Nogueira; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Rudnitzki, Isaac Daniel; Paula, Rodrigo Sergio de
Determinar direções e caminhos de fluxo de águas subterrâneas em redes de condutos cársticos altamente heterogêneas e anisotrópicas não é uma tarefa simples, muitas vezes sendo limitada na indicação de direções gerais e conexões de fluxo de águas subterrâneas, sem estimar os índices de sinuosidade ou traçar caminhos sinuosos entre as zonas de recarga e descarga. Para minimizar essas limitações, este trabalho busca identificar as principais rotas de escoamento das águas subterrâneas, as variações espaciais e sazonais dos parâmetros de fluxo e transporte ao longo das rotas e os mecanismos de recarga e descarga em três sistemas altamente carstificados na bacia do rio São Miguel em Minas Gerais, Brasil. Para isso, foram aplicados testes com traçadores corantes usando Rodamina WT e Fluoresceína durante as estações seca e chuvosa e feitas modelagem e análises das curvas de restituição dos traçadores usando modelos de equilíbrio e não-equilíbrio para obter parâmetros de fluxo e transporte. Além disso, é proposto um modelo de índice baseado em SIG por meio de um sistema de classificação ponderada. Este método, denominado "favorabilidade de rota cárstica", considerando parâmetros favoráveis à carstificação (por exemplo, dados geológico-estruturais regionais e locais, geomorfológicos e espeleológicos) mais testes com traçadores e resultados de modelagem, indica as rotas mais prováveis do sistema cárstico, reduzindo incertezas, indicando índices de sinuosidade e obtendo distâncias sinuosas. Três sistemas cársticos principais foram delimitadas nas áreas leste, oeste e sul da bacia hidrográfica. No sistema leste, lagos perenes são considerados zonas de recarga de aquíferos. Em uma escala local, as direções de fluxo são definidas por condutos principais controlados por lineamentos estruturais (NW-SE, N-S e NE-SW) e planos de estratificação. A análise das curvas de restituição dos traçadores mostrou que os sistemas cársticos são muito dinâmicos com variações sazonais e existência de heterogeneidades (baypass, loops e zonas de estagnação) que controlam a variação dos parâmetros de fluxo e transporte. Os modelos 2RNE e MDP-2RNE apresentaram os melhores ajustes nas curvas por considerarem a heterogeneidade. O método de favorabilidade de rota cárstica mostra que os sistemas leste e oeste apresentam maiores feições favoráveis à carstificação, o que está atrelado a maiores índices de sinuosidade destes sistemas. A associação de diferentes técnicas mostrou-se útil para entender o comportamento do aquífero cárstico em escala regional e local.
Avaliação do potencial hídrico de aquíferos fissurais dos complexos bação e bonfim setentrional, Quadrilátero Ferrífero - MG.
(2018) Brito, Thaís Palma de; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Barbosa, Maria Sílvia Carvalho; Mourão, Maria Antonieta Alcântara; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Bacellar, Luis de Almeida Prado
O potencial hídrico de aquíferos pode ser avaliado por meio da favorabilidade de água subterrânea, que consiste na facilidade de se encontrar bons aquíferos com perfurações de baixo custo de poços tubulares. Em aquíferos fraturados, a definição de áreas mais favoráveis à prospecção de água subterrânea é fundamental, pois estes normalmente se caracterizam por elevada anisotropia e heterogeneidade, o que dificulta sua explotação. Portanto, a confecção de mapas de favorabilidade hídrica subterrânea dos aquíferos fraturados dos complexos Bação e Bonfim Setentrional (Quadrilátero Ferrífero - MG, sudeste do Brasil) pode auxiliar em trabalhos de pesquisa e prospecção de água subterrânea, proporcionando alternativas de abastecimento na região, que apresenta severos problemas de disponibilidade hídrica. Neste estudo, os mapas de favorabilidade foram obtidos utilizando-se o método Analytic Hierachy Process (AHP), a partir de seis níveis de informação: o modelo Height Above the Nearest Drainage (HAND), o mapa de declividade, três mapas de lineamentos (morfoestruturais, radiométricos e magnetométricos) e o mapa litológico. O modelo HAND foi o mais relevante, pelo fato de relacionar-se à profundidade da superfície freática, seguido pelo mapa de declividade e pelos mapas de lineamentos, relacionados com a capacidade de recarga e com as fraturas dos aquíferos, respectivamente. Por outro lado, os mapas litológicos foram os de menor importância para o processo de integração, pelo fato de apresentarem um aspecto mais homogêneo. Também foram gerados modelos tridimensionais das áreas por meio da Deconvolução de Euler, para auxiliar na visualização de estruturas mais profundas. A direção de lineamentos E-W foi ponderada com maior valor, por ocorrer com maior frequência e por se encontrar subparalela à direção atual do esforço principal máximo (1). Os mapas de favorabilidade foram validados com a comparação com 82 valores de capacidade específica de poços tubulares profundos da região. Embora mais dados sejam necessários para confirmar o método adotado, os resultados foram promissores e podem ser testados em outras áreas com embasamento cristalino.
Cadmium behavior in a karst environment hydrological cycle.
(2020) Lucon, Thiago Nogueira; Costa, Adivane Terezinha; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Leite, Mariangela Garcia Praça
Karst regions are important water providers, supplying approximately 25% of the world population. These areas present higher vulnerability to contamination due to hydrodynamics, which hampers the natural depuration of these waters until reaching the underground environment. High concentrations of cadmium (Cd) are observed in the São Miguel watershed, state of Minas Gerais, Brazil. This toxic element is generally and predominantly released into the atmosphere by burning materials that have Cd in their composition, potentially contaminating surface and groundwater. Therefore, the objective of the study is to map Cd concentrations in the hydrological cycle of the São Miguel karst watershed and, through natural background level values (NBL 90%) of rainwater, surface water and groundwater, to understand the seasonal behavior of this element, and to identify the most vulnerable areas to contamination. To achieve this goal, rainwater, surface, and groundwater seasonal monitoring were conducted in 87 sampling stations. A total of 335 samples were collected, distributed over a watershed area of 520 km2 . Concentrations of cadmium above 1 μg/L were found in 21.49% of samples during the rainy season. The origin and distribution of Cd were related to rainfall. For rainwater samples, 90% presented Cd concentration of 3.06 μg/L. When these waters precipitate, they contaminate surface waters (NBL 90% = 1.50 μg/L) and groundwater (NBL 90% = 2.81 μg/L). This study presented a hydrochemical cycle map and proposed NBL values of Cd for surface water and groundwater, helping to understand how the environment is contaminated by this element.
Comportamento hidrogeoquímico da região cárstica do Alto São Francisco (MG) : implicações associadas a sazonalidade e ciclo de contaminantes, áreas de recarga, descarga e comunicações hidráulicas
(2018) Lucon, Thiago Nogueira; Leite, Mariangela Garcia Praça; Costa, Adivane Terezinha; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Leite, Mariangela Garcia Praça; Hoeser, Hubert Matias Peter; Santiago, Aníbal da Fonseca; Auler, Augusto Sarreiro; Karmann, Ivo
Este estudo visa compreender o comportamento e a qualidade das águas da bacia hidrográfica do rio São Miguel (≈520 km2), centro-oeste de Minas Gerais, afluente do rio São Francisco e inserida na bacia hidrográfica do Alto São Francisco (235.635 km2). A região abrange em sua maior parte os municípios de Pains e Arcos, seguida por áreas dos municípios de Iguatama, Formiga e Córrego Fundo. Para tanto, foi realizado um monitoramento hidroquímico sazonal das águas (meteóricas, superficiais e subterrâneas) em 89 pontos da bacia, durante dois períodos secos e dois chuvosos. As análises incluíram a determinação dos parâmetros físico-químicos, como temperatura, pH, Eh, condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (STD), oxigênio dissolvido e turbidez, assim como a concentração dos ânions nitrato (NO3-), fosfato (PO43-), bicarbonato (HCO3), sulfato (SO42-) e cloreto (Cl-), e cátions maiores e elementos menores, traço, terras raras e as assinaturasisotópicas de δ18O e δ2H. Com o auxílio estatístico, foram propostos valores de Natural Background Level - NBL 90% para os principais íons das águas da bacia. As águas analisadas foram classificadas predominantemente como cálcicas bicarbonatadas, apresentando os maiores valores de NBL 90% para o cálcio (Ca2+), potássio (K+), bicarbonato (HCO3), sulfato (SO42-), cloreto (Cl-), nitrato (NO3-) e arsênio (As3+) durante o período chuvoso; diferentemente, os elementos magnésio (Mg2+), sódio (Na+), fosfato (PO43-) e zinco (Zn) apresentaram decréscimo nesta mesma estação. Os valores acima de NBL 90% para NO3-, PO43- e Cl estão diretamente ligados à ação antrópica. Para o elemento cádmio (Cd), verificou-se que as concentrações mais elevadas deste elemento entram na bacia a partir de águas meteóricas, contaminando posteriormente as águas superficiais e subterrâneas. O estudo apresenta de forma inédita todo o funcionamento hidrodinâmico da bacia cárstica em estudo, apontando com apoio das assinaturas isotópicas para o δ18O e δ2H, as áreas de recarga e descarga, além da identificação das redes de fluxo e interconexões hidráulicas subterrâneas. O estudo fez uso de diversas ferramentas que se mostram indispensáveis para subsidiar a gestão dos recursos hídricos em áreas cársticas, podendo os resultados serem utilizados pelo poder público como valores de referência para regiões cársticas semelhantes, além de ajudar a compreender o comportamento hidroquímico, principalmente para os elementos de elevada toxicidade.
A condição de explotação de água subterrânea em Minas Gerais à luz dos critérios da deliberação normativa conjunta COPAM-CERH 05/2017.
(2019) Paixão, Maricene Menezes de Oliveira Mattos; Carvalho, Jean Lucca Gonzaga de; Prates, Luana; Galvão, Paulo Henrique Ferreira
A superexplotação da água subterrânea traz uma série de consequências nas mais diversas escalas espacial e temporal devido à complexidade do funcionamento dos sistemas aquíferos e sua interação com o meio físico. No Brasil, a falta de uma legislação específica e consolidada, que discipline o uso das águas subterrâneas, tem contribuído para este problema. Visando aprimorar a gestão dos recursos hídricos e enfrentar os desafios frente ao controle e manutenção das águas subterrâneas no estado de Minas Gerais, a Deliberação Normativa Conjunta COPAM-CERH N° 05, de 14/09/2017 (DN 05/2017), estabelece diretrizes e procedimentos para definir áreas de restrição e controle do uso das águas subterrâneas. O artigo tem como objetivo o levantamento preliminar das “Áreas de Restrição e Controle em Avaliação”, devido à superexplotação no estado de Minas Gerais, de acordo com as diretrizes estabelecidas pela DN 05/2017. A partir da análise da distribuição espacial das outorgas de água subterrânea vigentes e cadastros de uso insignificantes nas ottobacias de nível 6 e 8 do estado, foram definidas 215 “Áreas de Restrição e Controle em Avaliação” dentre as 15.352 ottobacias analisadas. Identificadas estas áreas, cabe ao órgão gestor estabelecer a ordem de prioridade para execução dos estudos que venham ou não confirmar a superexplotação, conforme previsto nos artigos 11 e 12 da DN 05/2017 e, se necessário, adotar as medidas de controle necessárias.
Controles hidrogeológicos cársticos e efeitos antrópicos na Lagoa Grande, Sete Lagoas (MG).
(2020) Alves, Michele Aparecida Gomes; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Aranha, Paulo Roberto Antunes; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Barbosa, Maria Sílvia Carvalho; Mourão, Maria Antonieta Alcântara
Estudos sobre conexões hidráulicas entre águas subterrâneas e superficiais são cada vez mais importantes principalmente em áreas de grande densidade urbana e que são abastecidas quase que exclusivamente por águas subterrâneas. Com o município de Sete Lagoas, Minas Gerais, Brasil, não é diferente. Assim, é de suma importância um estudo integrado destes dois tipos de recursos hídricos. O município, localizado sobre rochas calcárias da Formação Sete Lagoas (Grupo Bambuí), depende quase inteiramente das águas subterrâneas para o abastecimento. A expansão urbana possivelmente associadas a mudanças climáticas, superexplotação e características do carste (e.g. sumidouros e condutos) podem afetar os níveis de água das lagoas locais. Como exemplo, a Lagoa Grande, de aproximadamente 1 km2 e localizada a nordeste do município, teve seus níveis de água diminuídos de forma contínua e significativa. Essa situação requer atenção especial, pois é a maior lagoa do município em termos de área e volume, além de ser importante em termos de paisagem e recarga do aquífero cárstico local. Ressaltase que a área circundante da lagoa também passou por um rápido crescimento urbano e industrial nos últimos 15 anos, o que suscita suposições de uma correlação direta entre esses eventos e a diminuição do nível da água dela. De acordo com essas questões, o objetivo desta dissertação é verificar se a expansão urbano-industrial combinada com a alta demanda por água subterrânea, as mudanças climáticas e a presença de características cársticas podem ser os causadores do quase esgotamento da Lagoa Grande. Para isso, foram realizados testes de bombeamento de longa duração, amostragem de água para análises de isótopos estáveis (18O e 2H), levantamentos geofísicos (caminhamento elétrico e sondagem elétrica vertical) e análises de bancos de dados hidrogeológicos e climatológicos para a construção de um modelo conceitual hidrogeológico 3D. Os resultados demostram que a redução nos índices pluviométricos no período de 1961 a 2019 aliada à expansão urbano-industrial, resultando em uma maior demanda por água na região, impacta nos recursos hídricos de forma geral. Essa alta demanda e o progressivo rebaixamento de nível do aquífero afetou no volume de água da Lagoa Grande. A geofísica mostra que a lagoa possui regiões fortemente estruturadas que servem de rota para infiltração e mistura de águas, e os estudos com os isótopos revelam indícios de captação de águas mais evaporadas (comuns em águas superficiais) por poço de abastecimento.
Determining groundwater availability and aquifer recharge using GIS in a highly urbanized watershed.
(2020) Conicelli, Bruno Pirilo; Hirata, Ricardo; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Luiz, Mariana Bernardino; Simonato, Mateus Delatim; Abreu, Marcio Costa; Aranda, Nataly; Terada, Rafael
Extensive urbanized areas, characterized by waterproofed soils, increase runoff, which reduces the rainwater infiltration into the ground. However, water, sewer, and rainwater distribution systems leak, as there is excess irrigation in green areas, resulting in anthropic recharging in urban aquifers larger than in rural areas with equivalent climates. This scenario occurs in the Upper Tietê Watershed (UTW), an area of 5,868 km2 that drains the principal rivers of the Sao ˜ Paulo’s metropolitan region in Brazil, where groundwater plays a complementary role for domestic, industrial, and agricultural supplies, totalizing extraction rates higher than 11 m3 /s. In this paper, a Geographical Information System (GIS) was established to assess regional groundwater availabilities using adaptations of classic recharge methods such as soil water budget calculations and estimation of minimum sustainable river flow. For this, a surface runoff map, based on soil and slope terrain data, was evaluated using the information on water and sanitation infrastructure and meteorological data. We found that recharge in urban areas (with water and sewer mains) was 437 mm/yr and 106–407 mm/yr in rural areas. Considering the need to maintain a minimum historical flow of 20 m3 /s in the hydrographic basin of the Tietê River, the total exploitable groundwater is 33 m3 /s. The compilation of various GIS methods can help decision-makers develop alternative water security management plans in complex urbanized-regions such as in the metropolis of São Paulo.
Determining groundwater availability and aquifer recharge using GIS in a highly urbanized watershed.
(2021) Conicelli, Bruno Pirilo; Hirata, Ricardo; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Luiz, Mariana Bernardino; Simonato, Mateus Delatim; Abreu, Marcio Costa; Aranda, Nataly; Terada, Rafael
Extensive urbanized areas, characterized by waterproofed soils, increase runoff, which reduces the rainwater infiltration into the ground. However, water, sewer, and rainwater distribution systems leak, as there is excess irrigation in green areas, resulting in anthropic recharging in urban aquifers larger than in rural areas with equivalent climates. This scenario occurs in the Upper Tietˆe Watershed (UTW), an area of 5,868 km2 that drains the principal rivers of the Sao ̃ Paulo’s metropolitan region in Brazil, where groundwater plays a complementary role for domestic, industrial, and agricultural supplies, totalizing extraction rates higher than 11 m3 /s. In this paper, a Geographical Information System (GIS) was established to assess regional groundwater availabilities using adaptations of classic recharge methods such as soil water budget calculations and estimation of minimum sustainable river flow. For this, a surface runoff map, based on soil and slope terrain data, was evaluated using the information on water and sanitation infrastructure and meteorological data. We found that recharge in urban areas (with water and sewer mains) was 437 mm/yr and 106–407 mm/yr in rural areas. Considering the need to maintain a minimum historical flow of 20 m3 /s in the hydrographic basin of the Tietˆe River, the total exploitable groundwater is 33 m3 /s. The compilation of various GIS methods can help decision-makers develop alternative water security management plans in complex urbanized-regions such as in the metropolis of Sao ̃ Paulo.
Estimating groundwater recharge using GIS-based distributed water balance model in an environmental protection area in the city of Sete Lagoas (MG), Brazil.
(2018) Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Ricardo, Hirata; Conicelli, Bruno Pirilo
Improvement in modern water resource management has become increasingly reliant on better characterizing of the spatial variability of groundwater recharge mechanisms. Due to the flexibility and reliability of GIS-based index models, they have become an alternative for mapping and interpreting recharge systems. For this reason, an index model by integrating water balance parameters (surface runoff, actual evapotranspiration, and percolation) calculated by Thornthwaite and Mather’s method, with maps of soil texture, land cover, and terrain slope, was developed for a sustainable use of the groundwater resources. The Serra de Santa Helena Environmental Protection Area, next to the urbanized area of Sete Lagoas (MG), Brazil, was selected as the study area. Rapid economic growth has led to the subsequent expansion of the nearby urban area. Large variability in soil type, land use, and slope in this region resulted in spatially complex relationships between recharge areas. Due to these conditions, the study area was divided into four zones, according to the amount of recharge: high (> 100 mm/ year), moderate (50–100 mm/year), low (25–50 mm/year), and incipient (> 25 mm/year). The technique proved to be a viable method to estimate the spatial variability of recharge, especially in areas with little to no in situ data. The success of the tool indicates it can be used for a variety of groundwater resource management applications.
Estimating groundwater resources of the Içá-Solimões Aquifer System in the Urucu Oil Province Central Amazon Region, Brazil, focused on a balance between availability and water demand.
(2020) Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Faria, Eliene Lopes; Demetrio, José Geilson Alves; Baessa, Marcus Paulus Martins
Hydrogeologic information is still scarce in the Amazon region being required more studies for improving the understanding of local hydrogeologic contexts. The goal of this paper, focused on the Urucu Oil Province, Brazilian Central Amazon, is to quantitatively estimate groundwater resources of the Içá-Solimões Aquifer System (ISAS) in the region. The work focuses on a balance between availability and water demand, considering current and future uses, contributing to a sustainable and integrated use of groundwater. Cartographic, lithologic and geophysical logs were analyzed coupled with ISAS hydraulic data (transmissivity, hydraulic conductivity, and storativity) and its local aquifer geometries, as well as the potentiometric surface map to estimate values of total and renewable groundwater resources, sustainable yields, and well-field facility capacities. Results showed the portion of the Içá-Solimões Aquifer System has a total groundwater resource of 0.45 km3. As there is a groundwater consumptive projection to 2050 close to 2.7 x 10-3 km3 yr–1 and the aquifer system has a sustainable yield of 3 x 10-3 km3 yr–1, the current resource allocation for future consumption rate appears to be sustainable.
Evaluation of susceptibility for terrain collapse and subsidence in karst areas, municipality of Iraquara, Chapada Diamantina (BA), Brazil.
(2018) Salles, Lucas de Queiroz; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Leal, Luiz Rogério Bastos; Pereira, Ricardo Galeno Fraga de Araujo; Purificação, Carlos Gleidson Campos da; Laureano, Fernando Verassani
The morphological evolution of the karstic systems is associated with a set of physical and chemical processes, triggered by the dissolution of the rocks, related to percolation of groundwater and surface water, which consequently open underground voids and carve out peculiar forms of relief. Due to environmental and geotechnical aspects, this system is naturally more fragile and vulnerable than other natural systems and, therefore, has increasingly received the attention of the scientific community over the past decades. The objective of the study was to delimit zones with varying degrees of susceptibility for collapses and subsidence of sinkholes in the municipality of Iraquara, Chapada Diamantina (BA), Brazil, and to understand their geological and morphological determinant factors. Geological data, karst phenomenon map, and visual analysis in the field were used to categorize zones with different types of susceptibilities to the nucleation of new sinkholes based on a Hazard Index. This index was defined from the sum of geological hazard factors, lineament density, and sinkhole density. The areas that presented the highest susceptibility for terrain collapse and subsidence corresponded to regions where carbonate rocks outcrop, with high density of photolineaments and 2.62 sinkholes/km2. Processes associated with terrain collapse and subsidence in karst areas consisted of a combination of various factors, hindering precise predictions. However, zones of different types of susceptibilities to terrain collapse and subsidence can be delimited when the relationships between these processes and their factors are understood. The Hazard Index proposed does not provide quantitative values for the probability of hazard susceptibility, but rather indicates areas that are more susceptible to terrain subsidence and collapse.
Evolução espacial e temporal da contaminação por nitrato no aquífero urbano de Urânia (SP).
(2019) Marques, Carlos Henrique Gil; Terada, Rafael Kenji; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Ricardo, Hirata
Localizada sobre os domínios do Aquífero Adamantina (Sistema Aquífero Bauru), a cidade de Urânia/SP está significativamente contaminada por nitrato (NO3-) via processo de urbanização, inicialmente sem instalação da rede de esgoto ainda na década de 1960. Este estudo objetiva avaliar a evolução dessa contaminação no tempo e espaço, a partir de análises químicas de 13 campanhas de amostragem nos últimos 20 anos. Foi efetuada a compilação de dados químicos e seleção de grupos de poços, bem como novas amostragens de água, para buscar padrões de concentração de nitrato em regiões distintas da cidade. Concluiu-se que o maior grau de contaminação está historicamente na porção rasa do aquífero, nas proximidades do córrego Comprido e na região noroeste da cidade (>150 e 100 mg/L NO3-, respectivamente). Isso se deve à alta densidade de fossas negras previamente existentes (48 fossas/km² e 23 fossas/km², respectivamente) e, no caso da área noroeste, devido à ocupação urbana mais antiga e por vazamentos de uma rede de esgoto instalada ainda em 1977 e sem manutenção. Essas duas áreas também apresentaram elevadas concentrações (50 a 100 mg/L NO3-) na porção intermediária do aquífero, indicando que a contaminação atinge profundidades maiores. A porção sul da cidade é historicamente a de menor contaminação, devido a urbanização tardia, em parte concomitante com a chegada da rede de esgoto (em 1985), além da menor densidade de fossas negras (17 fossas/km²), apresentando, na maioria das análises, valores de até 50 mg/L NO3-.
Funcionamento hidrogeológico cárstico via monitoramento hidrodinâmico. Estudo de caso na porção centro-sul da bacia do rio São Miguel, Pains (MG).
(2022) Marques, Tássia Luana Silva; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Paiva, Isabel Maria Rodrigues de; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Costa, Adivane Terezinha; Paula, Rodrigo Sergio de
Este trabalho objetiva compreender o funcionamento hidráulico e hidronâmico do aquífero cárstico local que compõe a bacia hidrográfica do rio São Miguel (~520 km2), localizada no centro-oeste de Minas Gerais, afluente do rio São Francisco, inserida na bacia hidrográfica Alto São Francisco. A área da bacia em estudo abrange, em sua maior parte, o município de Pains, onde os municípios limítrofes são: Arcos, Formiga, Pimenta, Piumhi, Doresópolis, Iguatama e Córrego Fundo. Para isto, foi realizado um monitoramento em três nascentes cársticas (S1, S2 e S3), no ano hidrológico de 2019/2020. As análises compreenderam a avaliação detalhada (a cada 15 minutos) dos parâmetros físico-químicos: temperatura (T) e condutividade elétrica (CE); além disso, foram realizadas medições das descargas (L/s) nas nascentes e coleta de dados de precipitação, obtidos da estação pluviométrica de Arcos. A partir de hidrogramas de nascentes constatou-se que as três nascentes respondem rapidamente ao sinal de entrada (precipitação), e possuem comportamentos tipicamente cársticos, apresentando rápida circulação das águas e rede de drenagem subterrânea bem estruturada e funcional, apesar de um dos hidrossistemas (drenado pela S1) apresentar características de circulação mais lenta. Os resultados das análises de séries temporais vinculados as análises das curvas de recessão (sazonais e intranuais) e a análise das variações CE e T da água das nascentes comprovaram a rápida circulação da água e funcionalidade da rede de drenagem subterrânea nas três nascentes, sobretudo em S2 e S3. Em S1, entretanto, devido à geometria interna (dobramentos), apresenta um comportamento bimodal, o que implica em uma resposta mais retardada frente as outras nascentes. O estudo apresenta, de forma inédita, o funcionamento hidrodinâmico de hidrossistemas cársticos neoproterozoicos, apontando, com análises multimétodos, tempos de residência da água, padrões de vazão, graus de carstificação e funcionalidade da rede de drenagem subterrânea. Todas as ferramentas utilizadas se mostraram indispensáveis para subsidiar a gestão dos recursos hídricos em áreas cársticas, podendo os resultados serem utilizados pelo poder público como valores de referência para regiões cársticas semelhantes, além de ajudar a compreender o comportamento hidrodinâmico das nascentes cársticas.
Geologic conceptual model of the municipality of Sete Lagoas (MG, Brazil) and the surroundings.
(2016) Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Hirata, Ricardo; Cordeiro, Arnaldo; Barbati, Daniela; Peñaranda, Jorge
The study area is located in the state of Minas Gerais, Brazil, among the municipalities of Pedro Leopoldo, Matozinhos, and Sete Lagoas, with Velhas River as the eastern boundary. It is located in the São Francisco Craton, where carbonated argillo-arenaceous sediments are emplaced giving origin to the Bambuí Group, in the São Francisco Basin. Despite the geological knowledge previously developed, the region needs work on integration and detailing of such information. For this reason, the main objective was to contribute to the quality of the geologic cartography, the spatial distribution, and the structural framework geometry. Thus, geologic mapping, aerial photography interpretation, and evaluation of 270 lithologic well profi les were carried out. It was possible to establish a new geologic perspective of the region by obtaining the detailed geologic map of the municipality of Sete Lagoas, 14 geologic cross sections, and a geologic conceptual model. The study showed that the area is within a basin border, presenting a geometry conditioned by horst and graben system controlled by faulting. This structural feature displaced stratigraphic sequences positioning them side by side with lithologic sequences with different ages.
Geometry and water quality of the unconfined aquifer near the Piracicaba river, Ipatinga/MG, Brazil.
(2019) Oliveira, Débora Almeida de; Galvão, Paulo Henrique Ferreira
Groundwater is the main source of drinking water for the city of Ipatinga/MG, Brazil. However, there is a lack of study about hydrogeology in the region, as well as indications of quality alterations of water resources. The goal is to understand the hydrogeology surrounding the COPASA's Water Treatment Plant and the Piracicaba river areas, where the main water supply wells are located. Maps of potentiometric surface, isobaths and isopachs, hydrogeological cross-section, aquifer pumping tests, and physicochemical analysis interpretations were performed. Results indicate the aquifer is unconfined, with high transmissivity and hydraulic conductivity values, which explain the high values of discharge in the wells. The Piracicaba river can be considered as influent, with its water flow converging to the aquifer. Groundwater shows chemical parameters at low levels, according to Brazilian drinking-water quality guidelines, with local presence of aluminum, iron, and manganese, requiring only conventional treatment processes before distribution
Influência do uso do solo na taxa de infiltração da água na bacia hidrográfica dos Igarapés 54 E 7, Paragominas/PA.
(2020) Galvão, Paulo Henrique Ferreira
A infiltração é o fenômeno em que a água penetra no perfil do solo devido a este meio ser permoporoso, ou por capilaridade em solos pouco permeáveis. Se a percolação for mais profunda, a água contribuirá com a recarga do aquífero local. A taxa de infiltração pode ser diferente a depender do tipo e do uso e ocupação do solo, da cobertura vegetal (ou ausência dela) ou do grau de compactação do terreno (natural ou antropicamente induzido). O município de Paragominas, sudoeste do Pará, possui locais em que a combinação de diferentes tipos de solo, cobertura vegetal, manejo e de manutenção da mata ciliar podem resultar em diferentes taxas de infiltração da água, afetando na recarga dos aquíferos locais. A pesquisa avaliou possíveis mudanças nas taxas de infiltração de água em áreas de mata ciliar, pastagem e agricultura no igarapé 54 e no igarapé 7 e as comparou com os períodos seco e chuvoso. Parâmetros como granulometrias e teores de umidade de cada solo foram igualmente avaliados. Constatou-se uma estreita relação entre taxa de infiltração, teor de umidade, textura e tipo de manejo do solo. Em mata ciliar, o caráter argiloso do terreno e o papel da vegetação foram determinantes no baixo valor de infiltração; em pastagem, houve valores distintos de infiltração entre a seca e a chuva devido à baixa capacidade de retenção de umidade na camada superficial do solo, além da compactação devido ao pisoteio do gado; na área de agricultura (apenas no igarapé 54) houve um comportamento próximo nas duas estações, com a taxa de infiltração estabilizando aos 60 minutos.
Influências urbana, industrial e climática na superexplotação do aquífero cárstico no município de Sete Lagoas (MG).
(2022) Schuch, Camila Santos; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Melo, Marília Carvalho de; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Hirata, Ricardo
Aquíferos cársticos, quando explotados intensivamente, podem ter como consequência efeitos adversos diretos, como subsidência de terrenos, secas de nascentes e lagoas, e contaminação de água, e indiretos, como problemas ambientais, e instabilidades socioeconômica e política. No município de Sete Lagoas (MG), esses efeitos relacionados à explotação intensiva são observados há anos, e muitos deles estão se intensificando. O objetivo deste mestrado é analisar a influência das variações urbana, industrial e climática no comportamento do aquífero cárstico durante os últimos 40 anos (1980-2020) para confirmar se há superexplotação do aquífero, e desde quando essas influências atuam. Por meio da análise de dados de órgãos públicos e de trabalhos acadêmicos, foi determinado que o município explota, via poços tubulares, volumes acima da recarga média do aquífero desde a década de 2000. A partir da década de 1980, houve um aumento considerável de poços, muitos deles locados desordenadamente no município, devido às expansões urbana e industrial que resulta em um aumento na demanda hídrica. Esses poços estão concentrados em duas regiões (central urbana e polo industrial) onde há cones de rebaixamento com áreas de influência quilométricas (29 km² e 77 km², respectivamente), alterando o comportamento do aquífero de confinado para livre nessas localidades. Nessas regiões também concentram as subsidências de terrenos, além da diminuição ou secamento de lagoas (e.g. Grande, do Matadouro e Paulino). Dados referentes à última década indicam que a explotação via poços tubulares (73,9 Mm³/ano) já excedeu a recarga máxima do aquífero de 72,4 Mm³/ano. A partir de dados do censo demográfico, foi estimada a clandestinidade no município, que equivale a cerca de 67% dos poços, estes sem nenhum tipo de informação ou controle de uso. A recarga média do aquífero (56,1 Mm³/ano) corresponde a 12% da precipitação média da região. As tendências climatológicas de diminuição da pluviometria e aumento da temperatura indicam a probabilidade de recargas menores do aquífero. Áreas com taxa de recarga muito baixa (1-5%) equivalem a 77% do território, enquanto 17% possui taxas altas ou muito altas (35-75%). Considerando-se esses fatos, Sete Lagoas enfrenta um estado de superexplotação do aquífero cárstico e que pode se agravar futuramente.
Karst hydrogeological controls and anthropic effects in an urban lake.
(2021) Alves, Michele Aparecida Gomes; Galvão, Paulo Henrique Ferreira; Aranha, Paulo Roberto Antunes
Reduction in volume of surface water bodies can sometimes be associated with hydraulic connections to groundwater aquifers. This is often the case in karstic aquifers that are used for water supply. This paper analyzed possible karst hydrogeological controls and anthropic effects in the depletion of a 1 km2 lake in the municipality of Sete Lagoas, Minas Gerais, Brazil. Several techniques were used for the analyses: long-term pumping test coupled with stable isotopic samplings ( 18O and 2 H) to analyze for hydraulic connections and estimation of groundwater-lake water mixture proportion; geophysical surveys (electrical resistivity image, and vertical electrical sounding) for mapping subsurface discontinuities; potentiometric maps (static and dynamic levels) and urban-industrial expansion of well pumping rates; climatological water budget from 1961 to 2019 for climate variation analyzes; and a 3D-karst hydrogeological modeling. Results show climatic variation combined with urban-industrial expansion increases the demand for water in the region and directly impacts local potentiometric surfaces, and hence the lake water level. Geophysical surveys indicate that lake is karstically structured and identified preferential flowpaths for water infiltration and mixing. The pumping test shows a drawdown stabilization, from a transient-flow regime to a steady-state, indicating a hydraulic connection with a water source that isotopically is more evaporated (common in surface water), which contributes 13% to the mixture.