Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2012-09-20T15:08:18Z No. of bitstreams: 1 2012_RonaldoMedeirosSantos.pdf: 9835710 bytes, checksum: 7df6c104dfbd286f9c49294d12cbaef9 (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2012-09-20T21:07:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_RonaldoMedeirosSantos.pdf: 9835710 bytes, checksum: 7df6c104dfbd286f9c49294d12cbaef9 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-20T21:07:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_RonaldoMedeirosSantos.pdf: 9835710 bytes, checksum: 7df6c104dfbd286f9c49294d12cbaef9 (MD5) / A recarga de águas subterrâneas é um processo hidrológico chave para a manutenção das reservas hídricas subterrâneas e superficiais: é responsável tanto pelo reabastecimento de aqüíferos, quanto pela disponibilidade de água em fontes de superfície durante períodos de estiagem. Em algumas regiões, esse processo pode ter alcance que supera os limites político-administrativos, como no caso do Cerrado brasileiro, cujas características particulares o tornam em uma importante zona continental de recarga, responsável pelas vazões de base de alguns dos principais rios brasileiros. Apesar dessa importância, o nível de compreensão acerca do processo na referida área ainda é deficiente, motivo pelo qual se justifica o empreendimento de esforços no sentido de contornar a falta de conhecimento. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar o processo de recarga das águas subterrâneas em aqüíferos freáticos do cerrado, por meio do estudo em uma bacia experimental. Durante cerca de dois anos, foram realizadas campanhas de campo, que abrangeram o monitoramento de variáveis hidrológicas, como chuva, vazão, e nível freático, e a execução de ensaios para a caracterização hidrodinâmica do meio aqüífero, como slug tests e testes de bombeamento. Esse esforço permitiu o levantamento dos dados básicos, que viabilizaram a aplicação de quatro métodos independentes e um acoplado ao estudo do processo de recarga: modelagem numérica dos processos de zona saturada; modelagem hidrológica dos processos de zona vadosa; separação de escoamentos; flutuação do nível freático e modelagem numérica integrada dos processos de zona vadosa e de zona saturada. Os resultados alcançados apresentaram limitações, como alto nível de incerteza, inferido pelas diferenças observadas entre resultados obtidos a partir de métodos diferentes e baixo desempenho dos modelos em simular variáveis hidrológicas medidas, como cargas piezométricas e vazões. No entanto, informações importantes foram geradas, como a identificação das áreas mais favoráveis à recarga, estimativas para a taxa média de recarga e faixas de valores possíveis em função de combinações entre diferentes tipos de solo, cobertura, declividade e geologia, bem como a indicação das variáveis e parâmetros determinantes ao estudo do processo. Concluiu-se que a taxa média de recarga esperada para a bacia ultrapassa os 20% comumente adotados para regiões de cerrado e que a distribuição espacial do processo é fortemente regulada por variáveis e parâmetros associados ao solo e à evapotranspiração. Dentre os métodos testados, o modelo hidrológico distribuído dos processos de zona vadosa foi o que apresentou a melhor capacidade de previsão. O modelo numérico dos processos de zona saturada não foi capaz de reproduzir satisfatoriamente o comportamento do aqüífero, uma vez que a carência de dados hidrogeológicos prejudicou o estabelecimento de um modelo conceitual mais confiável. No caso do modelo numérico de simulação integrada dos processos de zona vadosa e zona saturada, as deficiências foram o resultado do acúmulo dos erros advindos dos dois modelos acoplados e poderão ser minimizadas, caso as deficiências individuas dos dois modelos também o sejam. Os métodos flutuação do nível freático e separação de escoamentos são recomendados apenas em estudos preliminares e no caso de indisponibilidade de dados que permitam a alimentação dos modelos de base física, pois apesar de permitirem a obtenção rápida de estimativas, a partir de poucos dados, caracterizam a recarga apenas pontualmente, não permitindo a compreensão dos processos hidrológicos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Groundwater recharge is a key hydrological process for groundwater and surface water reserves maintenance: accounts for the replenishment of aquifers and the surface water availability in drought periods. In some regions, this process overcomes political and administrative boundaries, as in the Brazilian Cerrado biome, in which particular characteristics make it an important continental recharge zone, responsible for the baseflow of some main Brazilian rivers. Despite this importance, the understanding level about the process in that area is still poor, thus justifying efforts to overcome the lack of knowledge. In this sense, the present work aimed to study and characterize the groundwater recharge process for phreatic aquifers in the Cerrado Biome, through the study in an experimental watershed. For two years, field works were conducted, that included the monitoring of hydrological variables, such as rain, runoff, and water table level, and execution of tests to characterize the hydrodynamics pattern of the phreatic aquifer, as slug tests and pumping tests. This effort allowed the acquisition of the basic data, which enabled the application of five groundwater recharge study methods: numerical modeling of the saturated zone processes; hydrologic modeling of vadose zone processes; baseflow separation method; water table fluctuation method; and integrated numerical modeling of the vadose and saturated zone processes. The results showed some limitations, such as high level of uncertainty, inferred by the observed differences between results from different methods and poor performance of the models in simulating measured hydrologic variables, as piezometric heads and discharges. However, important information was generated, as the recharge zones areas, average recharge rates estimates and recharge rates ranges of several possible combinations of different types of soil, land user/land cover, slope and geology, as well the most important data and parameters identification. It was concluded that the average recharge rate in study area exceeds the 20% rate, in relation to the precipitation, commonly adopted for Cerrado Biome regions, and that the spatial pattern of the process is strongly regulated by soil type and evapotranspiration. Among the applied methods, distributed hydrologic model of the vadose zone processes showed the best predictive capability. The numerical model of the saturated zone processes was not able to satisfactorily reproduce the behavior of the aquifer, because the lack of hydrogeological data hampered the establishment of a more realiable conceptual model. In the case of numerical model simulation of integrated processes of vadose and saturated zone, the shortcomings were the result of the accumulation of errors from the coupled models and they can be minimized if the individual limitations of the two models are overcome. The water table fluctuation and baseflow separation methods are recommended only in preliminary studies and in case of unavailability of data for physically based models aplication, because, although they allow obtaining rapid estimates from limited data, they characterize the groundwater recharge at point or local scale, not allowing the understood of hydrological processes.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-16T17:19:10Z No. of bitstreams: 1 2017_MariaDulcineaXavierNunes.pdf: 6032926 bytes, checksum: 7b7aefb4afa96c02da88119ba961c835 (MD5) / Rejected by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br), reason: Boa noite, A expressão "Distrito Federal" deve ser corrigida tanto no campo título quanto na referência. O ano de publicação deve ser corrigido na referência e nas informações adicionais. Atenciosamente, on 2017-05-17T21:28:05Z (GMT) / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-17T21:49:00Z No. of bitstreams: 1 2017_MariaDulcineaXavierNunes.pdf: 6032926 bytes, checksum: 7b7aefb4afa96c02da88119ba961c835 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-26T20:35:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_MariaDulcineaXavierNunes.pdf: 6032926 bytes, checksum: 7b7aefb4afa96c02da88119ba961c835 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-26T20:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_MariaDulcineaXavierNunes.pdf: 6032926 bytes, checksum: 7b7aefb4afa96c02da88119ba961c835 (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / O presente projeto de pesquisa aplicada tem os seguintes objetivos 1) avaliar a capacidade máxima de infiltração em sistemas de recarga artificial de aquíferos em áreas urbanas, 2) quantificar os volumes médios passíveis de recarga em áreas de condomínios horizontais do Distrito Federal, 3) estimar o tempo necessário para diluição de cargas contaminantes e 4) verificar a extensão das plumas de contaminação na região do Setor Habitacional Jardim Botânico. A metodologia consistiu no diagnóstico da área e seu entorno imediato, ensaios hidráulicos com injeção de água em caixas de infiltração, análise in situ da qualidade das águas coletadas em poços e nascentes. Dois sistemas de recarga artificial foram construídos: sistema de Recarga Piloto I (no Condomínio San Diego) e Sistema de Recarga Piloto II (Condomínio Privê Lago Norte), ambos visando à recarga de aquíferos fraturados, respectivamente, Subsistema R3/Q3 e Subsistema A. Os resultados obtidos mostram que: 1) Os sistemas de recarga artificial propostos apresentam alta efetividade para induzir a infiltração de águas de chuvas coletadas nas coberturas de edificações em condomínios horizontais; 2) Os volumes potenciais de infiltração, considerando diferentes cenários, são relevantes e podem auxiliar na remediação in situ de aquíferos contaminados em prazos variáveis entre 5 e 15 anos dependendo do grau de adesão da população e do meio físico local; 3) A eficiência da recarga artificial pode ser definida pela capacidade máxima de infiltração nos diferentes sistemas de recarga e varia conforme os diferentes controles do meio físico local, 4) A região do Condomínio San Diego já tem aquíferos contaminados pela infiltração dos efluentes, constatação feita pelo monitoramento da qualidade das águas dos poços de abastecimento e pela presença de nitrato e amônia nas águas das nascentes que são exutórios destes aquíferos. As recomendações para continuidade da pesquisa incluem: 1) instalação de um número maior de sistemas de recarga piloto, nas proximidades de outros poços tubulares com contaminação comprovada, para se ter maior controle da dispersão e migração das águas infiltradas; 2) desenvolvimento de estudo geofísico previamente à instalação das caixas de recarga, de forma a se ter maior controle da escolha dos pontos para injeção de água de precipitação; 3) realização de estudos de isótopos estáveis para melhor controle dos tempos de chegada das águas de recarga artificial; 4) operação de sistemas de recarga artificial alimentado por águas de precipitação e realização do monitoramento por pelo menos dois anos hidrológicos consecutivos; 5) após o início de implantação da recarga artificial de forma mais ampla as nascentes da borda da chapada deverão ser o principal alvo de monitoramento para verificação da efetividade da ação. / This applied research project aims to 1) evaluate the maximum capacity of infiltration in artificial recharge of aquifers systems in urban areas, 2) quantify the average volumes likely to recharge in areas of condominiums of Federal District, Brazil, 3) estimate the time needed to dilution of nitrate contaminant plumes and 4) check the extent of the contamination plumes in the housing areas. The methodology consisted in the investigation of the area and its immediate surroundings, hydraulic test with water injection in infiltration digs and in situ analysis of water quality collected in wells and springs. Two artificial recharge systems were installed: Pilot Recharge System I (San Diego Condominium) and Pilot Recharge System II (Privê North Lake Condominium), both for fractured aquifers recharge, respectively, R3/Q3 Subsystem and A Subsystem (Paranoá Aquifer System). The main results show that: 1) the proposed artificial recharge systems feature high effectiveness to induce infiltration of rainwater collected on roofs of buildings into the soil and deep aquifers; 2) potential infiltration volumes, considering different scenarios are relevant and can assist in-situ remediation of contaminated aquifers in periods between 5 and 15 years depending on the degree of population compliance and the local environment (soil, declivity and geology); 3) the efficiency of artificial recharge can be defined by the maximum capacity of infiltration in different recharge systems and varies according to the different local controls, 4) the aquifers of San Diego Condominium is already contaminated by leakage of wastewater, and it was established by monitoring water quality of supply wells and the presence of nitrate and ammonia in springs waters that are discharge of these aquifers. Recommendations for ongoing research include: 1) installing of a larger number of pilot recharge systems in the vicinity of proven contaminated wells, to have greater control of dispersion and migration of the infiltrated water; 2) development of geophysical study prior to recharge digs construction, in order to have greater control of the points for injection of precipitation water; 3) studies of stable isotopes to better control the arrival times of the artificial recharge waters; 4) operation of artificial recharge systems powered by water from precipitation and realization of monitoring for at least two hydrological years; 5) after the start of the of artificial recharge more generally the springs from the plateau border should be the main target to verification of the effectiveness of the purposed artificial recharge systems.