Caracterização hidrogeoquímica de águas subterrâneas utilizadas para abastecimento público na porção nordeste do Sistema Aquífero Guarani / Hydrogeochemical characterization of groundwater for public supply in the Northeastern portion of the Guarani Aquifer System

RESUMO O Sistema Aquífero Guarani (SAG) compreende um dos mais importantes aquíferos do mundo, tanto pela grande reserva quanto pela qualidade de suas águas subterrâneas. Entretanto, nem todas as regiões, nas quais o SAG é utilizado no abastecimento público, possuem estudos a respeito do quimismo de suas águas e de sua associação com a geologia. Este trabalho apresenta a caracterização hidrogeoquímica das águas subterrâneas do SAG utilizadas no abastecimento público em São Carlos, São Paulo, região nordeste do SAG, por meio de amostras provenientes de 27 poços tubulares profundos. A captação de água subterrânea é proveniente principalmente do SAG. Entretanto, também é possível verificar a presença das formações Botucatu, Piramboia, Serra Geral, Itaqueri, Adamantina e sedimentos cenozoicos. Apesar de pouco mineralizadas, verifica-se variabilidade iônica na composição das águas subterrâneas, evidenciada na distribuição espacial da condutividade elétrica na área de estudo. Os resultados hidroquímicos apontam para a existência de quatro fácies hidroquímicas: bicarbonatadas mistas, bicarbonatadas cálcicas, bicarbonatadas sódicas e sódica fluoretada, em ordem decrescente de representatividade. A heterogeneidade geológica interfere na concentração de íons na água, por meio da dissolução mineral, e possibilita a mistura das águas subterrâneas. A análise de componentes principais constatou que 62,7% da variabilidade total do conjunto amostral é explicada, principalmente, por dois fatores. O primeiro grupo de variáveis representa 38,7% da variabilidade, atribuída principalmente aos íons provenientes da dissolução de minerais (HCO3−, Ca2+, Na+, Mg2+) e aos parâmetros relacionados a esse processo (pH e condutividade elétrica). O segundo revelou 24% da variabilidade total, que pode estar associado a origens antrópicas, como a presença dos íons Cl−, N-NO3−, SO42-, F− e K+.

ABSTRACT The Guarani Aquifer System (GAS) comprises one of the most important aquifers in the world due to its large water reserve and its groundwater quality. However, some regions that comprise the GAS groundwater for human supply are not thoroughly characterized on water chemistry and its relation with the local geology. This work presents the hydrogeochemical characterization of groundwater from the northeast region of the GAS used for human public supply in São Carlos (São Paulo, Brazil) based on samples from 27 deep boreholes. The groundwater exploration occurs mainly from GAS. However, it is also possible to verify the presence of the Botucatu, Piramboia, Serra Geral, Itaqueri, Adamantina, and Cenozoic sediments. Although little mineralized, there is a large ionic variability in the groundwater composition, also evidenced by spatial distribution of the electrical conductivity in the research area. These results explain four hydrochemical water types: mixed bicarbonate; calcium bicarbonate; sodium bicarbonate; and sodium fluoride, in decreasing order of representativeness. The concentration of ions in groundwater reflects the geological heterogeneity, through mineral dissolution and possible groundwater mixing. A Principal Component Analysis demonstrated that 62.7% of the total sample set variability is explained by two main factors. The first one represents 38.7% of the variability; mainly attributed to ions from minerals dissolution (HCO3−, Ca2+, Na+, Mg2+) and parameters related to this process (pH and electrical conductivity). The second group showed 24.0% of the total variability, which may be associated with anthropic activities origins, such as the presence of Cl−, N-NO3−, SO42-, F−, and K+.

Shallow aquifer response to climate change scenarios in a small catchment in the Guarani Aquifer outcrop zone

ABSTRACT Water availability restrictions are already a reality in several countries. This issue is likely to worsen due to climate change, predicted for the upcoming decades. This study aims to estimate the impacts of climate change on groundwater system in the Guarani Aquifer outcrop zone. Global Climate Models (GCM) outputs were used as inputs to a water balance model, which produced recharge estimates for the groundwater model. Recharge was estimated across different land use types considering a control period from 2004 to 2014, and a future period from 2081 to 2099. Major changes in monthly rainfall means are expected to take place in dry seasons. Most of the analysed scenarios predict increase of more than 2 ºC in monthly mean temperatures. Comparing the control and future runs, our results showed a mean recharge change among scenarios that ranged from ~-80 to ~+60%, depending on the land use type. As a result of such decrease in recharge rates, the response given by the groundwater model indicates a lowering of the water table under most scenarios.

Avaliação do modelo J2000/JAMS para modelagem hidrológica em bacias hidrográficas brasileiras / J2000/JAMS model evaluation for Brazilian watersheds hydrological simulation

RESUMO: A gestão de recursos hídricos no Brasil é prejudicada pela carência de informações hidrológicas, que pode ser suprida pelos modelos hidrológicos que simulam o comportamento das bacias hidrográficas. Entretanto, muitos modelos não geram bons resultados quando executados fora da área de estudo onde foram criados. Por isso, devido à sua adaptabilidade, o modelo J2000 inserido no framework Jena Adaptable Modelling System (JAMS) foi avaliado para simulação de duas bacias hidrográficas inseridas na zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani, a Bacia Hidrográfica do Ribeirão da Onça (BRO) e a Microbacia do Córrego Cavalheiro (BCC), nos municípios de Brotas e Analândia, respectivamente, no estado de São Paulo. O framework JAMS apresentou-se como um sistema simplificado para uso, flexível diante das adaptações necessárias para compatibilização com as características climatológicas e hidrológicas das áreas de estudo. O modelo J2000 mostrou-se eficiente na predição da resposta hidrológica das bacias hidrográficas, apresentando um coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0,76 e 0,81, para os períodos de calibração e validação da BRO; e 0,76 e 0,56, para os períodos de calibração e validação da BCC, respectivamente. O erro absoluto, calculado pelo valor da raiz do erro quadrático médio, foi considerado baixo por apresentar valores de 0,14 e 0,18 m³.s-1 para os períodos de calibração e validação da BRO; e 0,02 e 0,03 m³s-1 para os períodos de calibração e validação da BCC, respectivamente. Portanto, o J2000/JAMS mostrou-se como um candidato potencial para modelagem hidrológica de bacias hidrográficas do estado de São Paulo, podendo ser utilizado para estudos sobre as relações entre a localização do uso do solo na bacia hidrográfica e a geração de escoamento.

ABSTRACT: The water resources management in Brazil is affected by the lack of hydrological information, which can be filled by hydrological models that simulate the behavior of watersheds. However, it was noticed that many models do not generate good results when performed outside of the study area where they were created. Therefore, due to its adaptability, the J2000 model linked into the Jena Adaptable Modelling System (JAMS) framework was evaluated for simulating two basins at the outcrop zone of the Guarani Aquifer System, the Ribeirão da Onça watershed (BRO) and the Córrego Cavalheiro watershed (BCC), located at Brotas and Analândia cities, respectively, in the state of São Paulo, Brazil. The JAMS framework was presented as a flexible and easy to use system, admitting all the necessary adaptations for compliance with the climatological and hydrological characteristics of the study areas. The J2000 model proved to be effective in predicting the hydrological response of watersheds, with a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.76 and 0.81, for periods of calibration and validation of the BRO; and 0.76 and 0.56, for periods of calibration and validation of the BCC, respectively. The absolute error, calculated with the root of mean square error value, was considered low by the present values ​​of 0.14 and 0.18 m³.s- 1, for periods of calibration and validation of the BRO; and 0.02 and 0.03 m³.s- 1, for periods of calibration and validation of the BCC, respectively. Therefore, the J2000/JAMS showed up as a potential candidate for hydrological modeling of watersheds in São Paulo, and may be used for studies on the relationship between the location of land use in the watershed and the generation flow.