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Title in Portuguese: Modelagem matemática da dinâmica de fluxo rio-aquífero na sub-bacia Patos/Cariús/Iguatu no semiárido cearense
Title: Mathematical modeling of the dynamics of the rio-aquífero flow in the sub-bowl Patos/Cariús/Iguatu in the semiarid cearense
Author: Silva, Eldir Bandeira da
Advisor(s): Mendonça, Luiz Alberto Ribeiro
Keywords: Fluxo subterrâneo
Interação rio-aquífero
Simulação hidrológica
Issue Date: 2018
Citation: SILVA, E.B (2018)
Abstract in Portuguese: A simulação da interação rio–aquífero é um processo dinâmico e desafiador, sendo este processo importante tanto na caracterização dos sistemas hídricos subterrâneos quanto na sustentabilidade, preservação e desenvolvimento de sistemas aquíferos. Com isso, o principal objetivo deste trabalho foi caracterizar a zona aluvionar da região e compreender processos hidrogeológicos e hidrodinâmicos responsáveis pela interação rio-aquífero utilizando modelagem matemática. O estudo foi realizado na sub-bacia hidrográfica Patos/ Cariús/ Iguatu (SBHPCI), localizada na bacia hidrográfica do Alto Jaguaribe, Ceará. A sub-bacia possui uma área de aproximadamente 1.018,9 km2 , drena um trecho de 62,2 km do rio Jaguaribe e apresenta em sua estrutura geológica aquíferos aluvionares em meio sedimentar e cristalino. O programa aplicado nas simulações de fluxo da interação rio-aquífero foi o Visual MODFLOW for Windows, versão 2.7. A SBHPCI apresenta nove estações pluviométricas, três estações fluviométricas e três poços monitorados por meio de sensores de pressão Hobo U20 water level (Onset®). O monitoramento dos poços ocorreu de abril de 2010 a novembro de 2013, com dados coletados a cada seis horas. Os parâmetros condutividade hidráulica do aquífero (k), produção específica (Sy) e condutância do leito do rio (CRIV) foram ajustados na etapa de calibração do modelo. Nessa etapa também foram ajustadas as cargas constantes na entrada e saída do sistema, definidas como condições de contorno. O fluxo de base do rio, antes e após cada evento, foi ajustado com base no balanço hídrico fornecido pelo modelo. Para todos os eventos analisados, a interação rio-aquífero ocorreu apenas por meio de perda em trânsito, indicando a importância do rio na recarga do aquífero local. O gradiente hidráulico calculado a partir das cargas hidráulicas dos poços foi de 0,0007 m m -1 . A condutividade hidráulica (k) e a produção específica do aquífero, considerado livre, homogêneo e isotrópico, foram estimadas por calibração estacionária do modelo em respectivamente 4,5 x 10-4 m s -1 e 16%. De maneira geral o modelo foi capaz de simular as condições observadas em campo, porém constatou-se, para obtenção de respostas mais robustas, há necessidade de aprimoramento e manutenção de um sistema de monitoramento e coleta de dados na área estudada.
Abstract: The simulation of the river-aquifer interaction is a dynamic and challenging process, being this process important both in the characterization of the underground water systems and in the sustainability, preservation and development of aquifer systems. With this, the main objective of this work was to characterize the alluvial zone of the region and to understand hydrogeological and hydrodynamic processes responsible for the river-aquifer interaction using mathematical modeling. The study was carried out in the Patos/ Cariús/ Iguatu sub-basin (SBHPCI), located in the Alto Jaguaribe basin, Ceará. The sub-basin has an area of approximately 1,018.9 km2 , drains a stretch of 62.2 km of the Jaguaribe river and presents in its geological structure alluvial aquifers in sedimentary and crystalline environment. The program applied in the flow simulations of the river-aquifer interaction was Visual MODFLOW for Windows, version 2.7. The SBHPCI presents nine pluviometric stations, three fluviometric stations and three wells monitored by Hobo U20 water level sensors (Onset®). Monitoring of the wells occurred from April 2010 to November 2013, with data collected every six hours. The parameters hydraulic conductivity of the aquifer (k), specific production (Sy) and river bed conductance (CRIV) were adjusted in the calibration stage of the model. In this step, the constant loads at the input and output of the system, defined as boundary conditions, were also adjusted. The river basin flow, before and after each event, was adjusted based on the water balance provided by the model. For all the events analyzed, the river-aquifer interaction occurred only through loss in transit, indicating the importance of the river in the recharge of the local aquifer. The hydraulic gradient calculated from the hydraulic loads of the wells was 0.0007 m m-1 . Hydraulic conductivity (k) and the specific production of the aquifer, considered free, homogeneous and isotropic, were estimated by stationary calibration of the model at 4.5 x 10-4 m s -1 and 16% respectively. In general, the model was able to simulate the conditions observed in the field, but it was verified, in order to obtain more robust answers, the need for improvement and maintenance of a monitoring and data collection system in the studied area.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/31309
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