Publicação: Decifrando a conexão rio-aquífero nas cabeceiras do Rio São Francisco utilizando traçadores químicos e isótopos estáveis
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Data
Orientador
Gastmans, Didier 
Coorientador
Pós-graduação
Geociências e Meio Ambiente - IGCE
Curso de graduação
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
As mudanças climáticas, atividades antrópicas e pressões econômicas globais têm ameaçado a segurança hídrica de grandes populações. Neste contexto, a Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco (BHRSF), uma das principais bacias brasileiras, tem enfrentado redução na vazão e no armazenamento hídrico, especialmente durante período seco, quando a demanda por água supera a oferta. Este estudo combinou (i) análises isotópicas (δ²H e δ¹⁸O) em águas superficiais de toda a BHRSF, com (ii) uma abordagem integrada em hidroquímica e isótopos estáveis na região das cabeceiras do Rio São Francisco (sub-bacia São Francisco 1 – SF1), para caracterizar a conectividade rio–aquífero nessas regiões. Compreender a conexão rio–aquífero fornece bases técnicas para a gestão sustentável de recursos hídricos, a fim de assegurar a segurança hídrica presenta e futura. A BHRSF possui uma grande extensão territorial e regimes de precipitação variados ao longo de diferentes regiões fisiográficas, abrangendo sistemas aquíferos porosos, cársticos e fraturados. SF1 possui precipitação sazonal, com verões chuvosos e invernos secos, e abrange sistemas aquíferos fraturados, faturados-granulares e fraturados-cársticos. Os resultados na BHRSF indicam uma média de -24,98‰ para δ²H e -3,86‰ δ¹⁸O, com enriquecimento progressivo ao longo do fluxo do rio. Valores empobrecidos de d-excess após a descarga do Sistema Aquífero Urucuia apontam para uma significativa contribuição da descarga de águas subterrâneas na região. Os resultados em SF1 revelaram padrões hidroquímicos e isotópicos distintos entre estação seca e úmida. Águas subterrâneas e superficiais exibiram baixa mineralização, com condutividade elétrica média de 147,2 ± 99,4 μS.cm⁻¹ e 65,7 ± 78,7 μS.cm⁻¹, respectivamente. A abundância iônica (Ca²⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > K⁺ para cátions; e HCO₃⁻ > SO₄²⁻ > Cl⁻ > NO₃⁻ > F⁻ > PO₄³⁻ para ânions) indicou predominância de águas bicarbonatadas cálcicas e/ou magnesianas, influenciadas pela interação rocha-água e pela precipitação sazonal. A dinâmica isotópica na precipitação apresentou forte sazonalidade, com valores empobrecidos na estação chuvosa (-63,87‰ para δ²H; -9,86‰ para δ¹⁸O) e enriquecidos na estação seca (-5,12‰ para δ²H; -2,12‰ para δ¹⁸O), enquanto a composição isotópica das águas subterrâneas permaneceu estável (-43,71‰ para δ²H; -6,70‰ para δ¹⁸O). Já nas águas superficiais oscilaram (-44,95‰ para δ²H e -7,07‰ para δ¹⁸O na estação chuvosa; -38,12‰ para δ²H e -6,14‰ para δ¹⁸O na estação seca), refletindo a influência direta da precipitação. A partir do modelo de mistura bayesiana conclui-se que a descarga de águas subterrâneas é a principal fonte do fluxo superficial (60%–85% da contribuição), complementada pela precipitação de estação úmida. Esses resultados demonstram que a dinâmica hidrológica na BHRSF (em especial, em SF1), é fortemente influenciada pela descarga de aquíferos, principalmente durante os períodos secos, reforçando o papel crítico dos aquíferos para a manutenção da segurança hídrica na bacia. Isso destaca a necessidade de políticas de uso sustentável, otimizando alocações nos períodos de escassez.
Resumo (inglês)
Climate change, anthropogenic activities, and global economic pressures have threatened the water security of large populations. In this context, the São Francisco River Basin (SFRB), one of Brazil's major river basins, has experienced reduced water flow and storage, particularly during the dry season when water demand exceeds supply. This study combined (i) isotopic analyses (δ²H and δ¹⁸O) of surface waters across the entire SFRB with (ii) an integrated hydrochemical and stable isotope approach in the headwaters region of the São Francisco River (sub-basin São Francisco 1 – SF1) to characterize river-aquifer connectivity in these areas. Understanding this connectivity provides a technical foundation for sustainable water resource management to ensure present and future water security. The BHRSF covers a vast territory with varied precipitation regimes across different physiographic regions, encompassing porous, karstic, and fractured aquifer systems. SF1 experiences seasonal precipitation, with rainy summers and dry winters, and includes fractured, fractured-granular, and fractured-karstic aquifers. Results from the SFRB indicate average values of -24.98‰ for δ²H and -3.86‰ for δ¹⁸O, with progressive enrichment downstream. Depleted d-excess values after the discharge of the Urucuia Aquifer System point to a significant contribution of groundwater discharge in the region. In SF1, hydrochemical and isotopic patterns differed between wet and dry seasons. Groundwater and surface water exhibited low mineralization, with average electrical conductivity of 147.2 ± 99.4 μS.cm⁻¹ and 65.7 ± 78.7 μS.cm⁻¹, respectively. The ionic abundance (Ca²⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > K⁺ for cations; HCO₃⁻ > SO₄²⁻ > Cl⁻ > NO₃⁻ > F⁻ > PO₄³⁻ for anions) indicated a predominance of calcium/magnesium bicarbonate waters, influenced by rock-water interactions and seasonal precipitation. Isotopic dynamics in precipitation showed strong seasonality, with depleted values in the wet season (-63.87‰ for δ²H; -9.86‰ for δ¹⁸O) and enriched values in the dry season (-5.12‰ for δ²H; -2.12‰ for δ¹⁸O). In contrast, groundwater isotopic composition remained stable (-43.71‰ for δ²H; -6.70‰ for δ¹⁸O), while surface water fluctuated (-44.95‰ for δ²H and -7.07‰ for δ¹⁸O in the wet season; -38.12‰ for δ²H and -6.14‰ for δ¹⁸O in the dry season), reflecting direct precipitation influence. Bayesian mixing models indicated that groundwater discharge is the primary source of surface flow (60–85% contribution), supplemented by wet-season precipitation. These results demonstrate that the hydrological dynamics in the BHRSF—especially in SF1—are strongly influenced by aquifer discharge, particularly during dry periods, reinforcing the critical role of aquifers in maintaining water security in the basin. This highlights the need for sustainable water use policies, optimizing allocations during scarcity periods.
Descrição
Palavras-chave
Hidrologia, Hidrogeologia, Isótopos estáveis, Química da água, Traçadores das águas subterrâneas, Stable isotopes, Hydrology, Water chemistry, Hydrogeology
Idioma
Português
