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http://hdl.handle.net/11612/7847
Authors: | Pereira , Hugo Lopes |
metadata.dc.contributor.advisor: | Morais, Fernando de |
Title: | A importância das depressões cársticas para a gestão das águas subterrâneas na bacia do rio sobrado, estado do Tocantins |
Keywords: | Aquíferos cársticos; Dolinas; Modelos Digitais de Elevação; Recarga aquífera; Vazões de permanência; Aquifer recharge; Digital Elevation Models; Flow-duration values; Karst aquifers; Sinkholes |
Issue Date: | 25-Jun-2025 |
Publisher: | Universidade Federal do Tocantins |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências do Ambiente - Ciamb |
Citation: | PEREIRA, Hugo Lopes. A importância das depressões cársticas para a gestão das águas subterrâneas na bacia do rio sobrado, estado do Tocantins. 2025. 240f. Tese (Doutorado em Ciências do Ambiente) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Ciências do Ambiente, Palmas, 2025. |
metadata.dc.description.resumo: | Ter conhecimento assertivo das reservas explotáveis é fundamental para a gestão das águas subterrâneas e compreender seus mecanismos reguladores. Os aquíferos cársticos, por sua vez, apresentam heterogeneidade e anisotropia que impedem a aplicação de métodos tradicionais para o cálculo de recarga. Para que a gestão de aquíferos cársticos ocorra de forma eficaz, é necessário conhecimento de quando e onde a recarga ocorre, pois a utilização do solo pode impactar as vias de recarga e, assim, influenciar a qualidade e a quantidade de água subterrânea no aquífero. Além disso, no carste, o processo de dissolução proporciona uma paisagem característica de depressões superficiais, tornando-se importante fonte de recarga localizada, como: cavernas, dolinas e sumidouros que devem ser consideradas no cálculo de estimativa de recarga. Este estudo propõe uma abordagem integrada para calcular taxas de recarga, combinando métodos indiretos (balanço hídrico em depressões cársticas, separação do fluxo de base e método APLIS) com validação por meio do método direto do Balanço de Massa de Cloreto (BMC). A área de estudo é a bacia do rio Sobrado, sudeste do estado do Tocantins, inserida no Sistema Aquífero Bambuí (SAB), caracterizada por rochas carbonáticas e feições cársticas como dolinas. Para mapear as zonas de recarga, utilizou-se Modelos Digitais de Elevação (MDEs) globais: AW3D30, NASA DEM, Copernicus GLO-30 e um MDE híbrido, oriundo dos 3 MDEs. A delimitação das depressões foi realizada por meio de um MDE gerado por interferometria de imagens Sentinel-1 (Res. 15 m), identificando 299 depressões, das quais 270 (803,42 ha) são de origem cárstica. O cálculo da recarga localizada baseou-se no balanço hídrico dessas depressões, com a evapotranspiração real estimada pelo método SAFER, resultando em uma taxa média anual de 36,89% da precipitação. Paralelamente, a separação do fluxo de base por meio de análise de hidrogramas com filtros digitais e uma equação derivada da relação Q90/Q50 (vazões de permanência), forneceu uma taxa de 39,12%, confirmando a correlação entre parâmetros hidrológicos e recarga. O método APLIS, aplicado como complemento, permitiu a avaliação espacial da infiltração com base em fatores como: altitude, declividade, litologia, infiltração e solo, porém com limitações devido à subjetividade na ponderação dos parâmetros. o APLIS original apresentou uma taxa de recarga média anual de 31,44%, semelhante aos métodos comparados. A consistência dos resultados foi confirmada pelo BMC, que apontou 34,55% de recarga. Concluiu-se que a integração dos métodos indiretos, balanço hídrico em depressões e a separação do fluxo de base, pode ser utilizada de forma eficaz para avaliar e estimar a taxa de recarga em regiões cársticas. Além disso, a fusão de MDEs de múltiplas fontes mostrou-se eficaz para detectar feições que poderiam passar desapercebidas. Este trabalho trata-se da primeira aplicação integrada destes métodos no Sistema Aquífero Bambuí, no sudeste do Tocantins, contribuindo com uma metodologia replicável para regiões carentes de dados hidrogeológicos, destacando a necessidade de uma integração de métodos para superar incertezas inerentes à complexidade do carste. Os resultados reforçam a importância das depressões cársticas como fontes de recarga e preservação de águas subterrâneas, apresentando-se como um instrumento de gestão hídrica em áreas vulneráveis, como a bacia do rio Sobrado. |
Abstract: | Having accurate knowledge of exploitable reserves is essential for groundwater management and understanding its regulatory mechanisms. Karst aquifers, in turn, exhibit heterogeneity and anisotropy that prevent the application of traditional methods for calculating recharge. For karst aquifer management to be effective, it is necessary to know when and where recharge occurs, as land use can impact recharge pathways and thus influence the quality and quantity of groundwater in the aquifer. In addition, in karst, the dissolution process creates a landscape characterized by surface depressions, which become important sources of localized recharge, such as caves, sinkholes, and swallow holes, which must be considered in recharge estimates. This study proposes an integrated approach to calculate recharge rates, combining indirect methods (water balance in karst depressions, separation of base flow, and the APLIS method) with validation using the direct Chloride Mass Balance (CMB) method. The study area is the Sobrado River basin, in the southeast of the state of Tocantins, part of the Bambuí Aquifer System (BAS), characterized by carbonate rocks and karst features such as sinkholes. To map the recharge zones, global Digital Elevation Models (DEMs) were used: AW3D30, NASA DEM, Copernicus GLO-30, and a hybrid DEM derived from the three DEMs. The depressions were delimited using a DEM generated by Sentinel-1 image interferometry (Res. 15 m), identifying 299 depressions, of which 270 (803.42 ha) are of karst origin. The calculation of localized recharge was based on the water balance of these depressions, with actual evapotranspiration estimated using the SAFER method, resulting in an average annual rate of 36.89% of precipitation. At the same time, the separation of the base flow through the analysis of hydrographs with digital filters and an equation derived from the Q90/Q50 ratio (flow-duration values) provided a rate of 39.12%, confirming the correlation between hydrological parameters and recharge. The APLIS method, applied as a complement, allowed for the spatial evaluation of infiltration based on factors such as altitude, slope, lithology, infiltration, and soil, but with limitations due to the subjectivity in the weighting of parameters. The original APLIS presented an average annual recharge rate of 31.44%, similar to the compared methods. The consistency of the results was confirmed by CMB, which indicated 34.55% recharge. It was concluded that the integration of indirect methods, water balance in depressions, and baseflow separation can be used effectively to assess and estimate the recharge rate in karst regions. In addition, the fusion of DEMs from multiple sources proved effective in detecting features that could go unnoticed. This work is the first integrated application of these methods in the Bambuí Aquifer System in southeastern Tocantins, contributing to a replicable methodology for regions lacking hydrogeological data and highlighting the need for an integration of methods to overcome uncertainties inherent to the complexity of karst. The results reinforce the importance of karst depressions as sources of recharge and preservation of groundwater, serving as a water management tool in vulnerable areas, such as the Sobrado watershed. |
URI: | http://hdl.handle.net/11612/7847 |
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