Processos hidrológicos integrados no Sistema Aquífero Urucuia e as tendências recentes

Abstract

O Sistema Aquífero Urucuia (SAU) é um conjunto de aquíferos sedimentares não confinados que se estende por aproximadamente 125 mil km² nas regiões central e nordeste do Brasil, através de seis estados e três regiões hidrográficas. O SAU é uma das mais importantes reservas de água subterrânea do país, com relevância local e regional, contribuindo para a manutenção do escoamento de base e perenidade de rios durante o período de estiagem, para o atendimento às demandas de abastecimento e irrigação, e para a geração de energia. Nos últimos anos, a região do Sistema Aquífero Urucuia tem apresentado mudanças no comportamento hidrológico, notavelmente através do declínio nas vazões dos rios e do armazenamento subterrâneo; diversas hipóteses foram levantadas para tentar explicar esse comportamento. Esta tese tem como objetivo contribuir para a compreensão dos processos hidrológicos no Sistema Aquífero Urucuia através de três eixos: i. avaliação das tendências de evapotranspiração de referência e variáveis relacionadas em toda a região do Sistema Aquífero Urucuia desde 1960 até 2020 utilizando dados de reanálise climática e medições in situ; ii. avaliação do comportamento da evapotranspiração real frente às mudanças de uso e ocupação do solo no período de 2002 a 2022 utilizando balanço hídrico e um modelo de balanço de energia de superfície, e iii. o estudo do comportamento das águas subterrâneas, através de séries de monitoramento do nível d’água e de observações de armazenamento de satélite, e sua relação com a precipitação em diferentes escalas de tempo. Os resultados da primeira etapa apontaram tendências significativas de aumento da evapotranspiração de referência, temperatura do ar, radiação e velocidade do vento no período de 1960 a 2020, sendo observadas nas duas últimas décadas, a partir dos anos 2000, as maiores demandas evaporativas no SAU. O resultado do balanço hídrico no período de 2002 a 2022 apontou tendência significativa de declínio na vazão e no armazenamento subterrâneo, porém sem tendência significativa na precipitação e na evapotranspiração real. A análise da evapotranspiração real através do modelo de balanço de energia de superfície aponto que o tipo de uso e cobertura do solo com os maiores valores médios de evapotranspiração real foram as áreas úmidas e o cerrado, e com os menores valores médios a agricultura de sequeiro. A análise dos níveis d’água subterrânea no período mais recente, a partir de 2011, apontou um longo efeito de memória no Sistema Aquífero Urucuia, com o sinal de composição majoritariamente de tendência, ou seja, de processos de longo período. A análise dos níveis d’água com a precipitação reforçou esse resultado, apontando melhores correlações com os déficits de precipitação de longo período. Portanto, os resultados deste estudo apontam que não somente os processos recentes podem estar influenciando as vazões e o armazenamento na região do SAU, mas também os processos de mais longo período.

The Urucuia Aquifer System (SAU) is a set of unconfined sedimentary aquifers that extends over approximately 125 thousand km² in the central and northeastern regions of Brazil, across six states and three hydrographic regions. The SAU is one of the most important groundwater reserves in the country, with local and regional relevance, contributing to the maintenance of baseflow and perenniality of rivers during the dry season, to meeting supply and irrigation demands, and to energy generation. In recent years, the Urucuia Aquifer System region has shown changes in hydrological behavior, notably through the decline in river flows and groundwater storage; several hypotheses have been raised to try to explain this behavior. This thesis aims to contribute to the understanding of hydrological processes in the Urucuia Aquifer System through three axes: i. evaluation of reference evapotranspiration trends and related variables throughout the Urucuia Aquifer System region from 1960 to 2020 using climate reanalysis data and in situ measurements; ii. evaluation of the behavior of actual evapotranspiration in relation to changes in land use and occupation in the period from 2002 to 2022 using water balance and a surface energy balance model, and iii. the study of groundwater behavior, through water level monitoring series and satellite storage observations, and its relationship with precipitation on different time scales. The results showed significant trends towards an increase in reference evapotranspiration, air temperature, surface radiation and wind speed in the period from 1960 to 2020, with the greatest evaporative demands in the SAU being observed in the last two decades, starting in the 2000s. The result of the water balance from 2002 to 2022 showed a significant trend of decline in flow and groundwater storage, but without a significant trend in precipitation and actual evapotranspiration. The analysis of actual evapotranspiration through the surface energy balance model shows that the type of land use and cover with the highest average values of actual evapotranspiration were humid areas and savannah, and with the lowest average values rainfed agriculture. The analysis of groundwater levels in the most recent period, starting in 2011, showed a long memory effect in the Urucuia Aquifer System, with a majority of the composition signal being trend, that is, long-period processes. The analysis of water levels with precipitation reinforced this result, pointing out better correlations with long-term precipitation deficits. Therefore, the results of this study indicate that not only recent processes may be influencing flows and storage in the SAU region, but also longer-term processes.