ASSESSMENT OF GROUNDWATER RECHARGE AND SUSTAINABLE RESOURCES IN A SMALL CRYSTALLINE FRACTURED ROCK DRAINAGE BASIN WITH NUMERICAL MODELING

• Main Author: ANA BEATRIZ DA CUNHA BARRETO
• Other Authors: EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2010
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=16715@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=16715@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === A avaliação da recarga subterrânea e de sua variação temporal e espacial, em bacias hidrográficas, é essencial para estudos de sustentabilidade de recursos hídricos e requer, na maior parte das vezes, o uso de um modelo numérico de fluxo 3D. Geralmente, dados como mapas geológicos e pedológicos estão disponíveis, a localização e geometria das principais feições estruturais podem ser identificadas a partir de imagens de satélite, em ambiente SIG, e dados de hidrologia superficial e de elevação de terreno são fáceis de conseguir. No entanto, para se utilizar um modelo numérico que forneça uma primeira avaliação da sustentabilidade de uma explotação, é necessário alimentá-lo com dados de propriedades hidráulicas consistentes com a faixa de valores representativos dos tipos de rocha que compõe a bacia. Uma revisão de dados hidrogeológicos de uma série de localidades mostra que, enquanto as propriedades hidráulicas das rochas fraturadas apresentam uma grande variação em seus valores, quando analisadas de forma indiscriminada, ao serem agrupadas por tipo litológico, apresentam uma faixa de variação mais restrita (i.e. granito fraturado vs. gabro fraturado). Há um grande volume de dados relativos a projetos de disposição de lixo radioativo, mineração e engenharia civil, em diversos sítios ao redor do mundo, em que foram feitas investigações detalhadas do meio fraturado. Dados de um determinado maciço fraturado podem ser usados em outro, não investigado, como uma primeira aproximação, desde que possuam o mesmo tipo litológico e pertençam a ambientes tectônicos semelhantes. Este tratamento foi utilizado para modelar a vazão sustentável de uma pequena bacia de drenagem no Noroeste Fluminense. Dados relativos às estruturas dominantes e aos sistemas de fraturas foram extraídos de imagens de satélite, fotos aéreas e de afloramentos, e tratados em ambiente SIG. O modelo de fluxo subterrâneo foi construído com dados de elevação do terreno, mapas geológicos, registros hidrológicos históricos bem como mapas pedológicos e de uso da terra. O programa FEFLOW (Diersch, 1998) foi usado para simular a distribuição espacial e temporal da recarga subterrânea na bacia e diferentes cenários de explotação de água subterrânea. O modelo mostrouse capaz de fornecer uma primeira aproximação das reservas subterrâneas da bacia e de avaliar a relação entre o fluxo subterrâneo e dos cursos d’água superficiais, em condições naturais e nos cenários de explotação, sendo assim uma ferramenta útil para análises de sustentabilidade de exploração destes recursos. === The estimation of groundwater recharge and its spatial and temporal variability in a drainage basin is essential for sustainability assessments and requires, in most cases, the use of an appropriate 3D numerical flow and transport model. For most drainage basins, the bedrock and overburden geology maps exist, the location and geometry of major structural features can be identified using available GIS databases, and surface water and terrain elevation data at an appropriate scale are readily available. In order to use 3D models to provide an initial assessment of the sustainability of the groundwater resource extraction of a specific drainage basin, the 3D model has to be populated with hydraulic properties that are consistent with the range of values that are representative of the rock types that underlie the drainage basin. A review of hydrogeological data from a number of sites shows that while there is a wide range in the hydraulic properties of fractured rocks in general, the range for individual rock types is more constrained, (i.e. fractured granite versus fractured gabbro). There is a great amount of hydrogeological data from fractured rock masses that have been investigated in detail as part of nuclear waste, mining and civil engineering projects around the world. Data from a specific site can be used as a first approach in another one, not investigated, once they have the same geologic characteristics and tectonic environment. This approach was used to model the sustainable groundwater yield of a small drainage basin in Southeast Brazil. Data on major structures and fracture systems were extracted from satellite images, aerial photos and outcrop expositions using GIS environment. The groundwater flow model was constructed using terrain elevation data, geology maps, hydrological records, as well as soil type and land use maps. FEFLOW (Diersch, 1988) was used to simulate the spatial and temporal distribution of groundwater recharge in the basin, using different pumping scenarios. The model was capable to yield a good estimation of groundwater resources in the watershed, as a first approach, and to assess groundwater and surface water relations in natural conditions and in stress scenarios being a useful tool for sustainability analysis of groundwater exploitation.