Comparative analysis of recharge estimation methods for a microbasin in Reserva Florestal Adolpho Ducke, Manaus - AM
DOI:
https://doi.org/10.11606/issn.2316-9095.v21-154769Keywords:
Recharge estimate comparison, Alter do Chão Aquifer, Water budget, Water table fluctuation, Darcyan methodAbstract
Groundwater recharge is a key element of the hydrological cycle and for the integrated management of water resources. This study aimed to quantify and compare the direct recharge rates of a groundwater aquifer located in a primary forest region adjacent to the city of Manaus using the water budget (WB), water table fluctuation (WTF) and darcyan methods (DM). Precipitation and atmospheric temperature data from 2013 to 2015 were obtained from the weather station located at the Reserva Florestal Adolpho Ducke (RFAD). Groundwater level measurements and slug-tests to determine hydraulic conductivity were executed in seven piezometers installed in a small catchment of the RFAD. Specific yield (Sy) was measured in undisturbed soil samples. WB results show a recharge rate of 47% (1,583 mm) in 2013, 46% (1,277 mm) in 2014, and 20% (680 mm) in 2015. Total precipitation in 2014 was 18% lower than in 2013, and 21% lower in 2015 when compared to 2014 data due to the El Niño phenomenon, sharply reducing groundwater recharge only in the last year. Groundwater level was measured between February and July 2013 for the DM, generating a recharge rate estimate of 28% (624 mm). Applying the WTF method, a recharge rate of 52% (2,229 mm) was estimated for the period from February 2014 to August 2015. The results indicate greater consistency between WB and WTF. The recharge rates here are higher than those obtained in areas with similar hydrogeological settings in other regions of Brazil.
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Agência Nacional de Águas (ANA). (2015). Avaliação dos aquíferos das bacias sedimentares da Província Hidrogeológica Amazonas no Brasil (escala 1:1.000.000) e cidades piloto (escala 1:50.000) (v. 3). Brasília: ANA, 331 p.
Aguiar, C. J. B. (Coord.). (2012). Projeto Rede Integrada de Monitoramento das Águas Subterrâneas: relatório diagnóstico Aquífero Alter do Chão no Estado do Amazonas - Bacia Sedimentar do Amazonas (v. 6). Belo Horizonte: CPRM, 30 p.
Aguiar, C. J. B., Horbe, M. A., Filho, S. F. R., Lopes, E. S., Moura, U. F., Andrade, N. M., Diógenes, H. S. (2002). Carta hidrogeológica da cidade de Manaus (p. 1-4). Manaus: CPRM-AM. (Relatório Interno).
Albuquerque, O. R. (1922). Reconhecimento geológico no vale do Amazonas (Campanhas de 1918 e 1919). Boletim 3. Rio de Janeiro: Serviço Geológico e Mineralógico/Divisão de Geologia e Mineralogia.
Baccaro, F. B., Drucker, P. D., Vale, J., Oliveira, M. L., Cunha, N. L., Magnusson, W. E. (2008). A reserva Ducke. In: M. L. Oliveira, F. B. Baccaro, R. B. Neto, W. Magnusson E. (eds.). Reserva Ducke: A biodiversidade através de uma grade (p. 11-20). Manaus: Áttema Design.
Bouwer, H. (1978). Groundwater Hydrology. Nova York: McGraw-Hill Book, 480 p.
Brito, A. P., Tomasella, J., Wahnfried, I. D., Candido, L. A., Monteiro, M. T., Filgueiras, S. J. F. (2020). Relação entre precipitação e recarga de águas subterrâneas na Amazônia Central. Revista Águas Subterrâneas, 34(1), 39-49. https://doi.org/10.14295/ras.v34i1.29616
Chauvel, A., Lucas, Y., Boulet, R. (1987). On the genesis of the soil mantle of the region of Manaus, Central Amazonia, Brazil. Experientia, 43, 234-241. https://doi.org/10.1007/BF01945546
Corrêa, P. B., Candido, L. A., Souza, R. A. F., Andreoli, R. V., Kayano, M. T. (2016). Estudo do fenômeno da ilha de calor na cidade de Manaus/AM: Um estudo a partir de dados de sensoriamento remoto, modelagem e estações meteorológicas. Revista Brasileira de Meteorologia, 31(2), 167-176. http://dx.doi.org/10.1590/0102-778631220150012
Crosbie, R. S., Binning, P., Kalma, J. D. (2005). A time series approach to inferring groundwater recharge using the table fluctuation method. Water Resources Research, v. 41(1). https://doi.org/10.1029/2004WR003077
Cunha, P. R. C., Gonzaga, F. G., Coutinho, L. F. C. (1994). Bacia do Amazonas. Boletim de Geociências da Petrobras, 8(1), 47-55.
Cunha, P. R. C., Melo, J. H. G., Silva O. B. (2007). Bacia do Amazonas. Boletim de Geociências da Petrobras, 15, 227-251.
Eiras, J. F., Becker, C. R., Souza, E. M., Gonzaga, F. G., Silva, J. G. F., Daniel, L. M. F., Matsuda, N. S., Feijó, F. J. (1994). Bacia do Solimões. Boletim de Geociências da Petrobras, 8(1), 17-45.
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). (2017). Manual de Métodos de Análise de Solo. 3ª ed. Brasil: EMBRAPA, 574 p.
Fan, Y., Li, H., Miguez-Macho, G. (2013). Global patterns of groundwater table depth. Science, 339(6122), 940-943. https://doi.org/10.1126/science.1229881
Fidelis, L., Nessimian, J. L., Hamada, N. (2008). Distribuição espacial de insetos aquáticos em igarapés de pequena ordem na Amazônia Central. Acta Amazônica, 38(1), 127-134. https://doi.org/10.1590/S0044-59672008000100014
Figueroa, S. N., Nobre, C. A. (1990). Precipitation distribution over central and western tropical South America. Climanálise, 5(6), 36-45.
Freeze, A., Cherry, J. (2017). Águas Subterrâneas. Tradução: Everton de Oliveira. São Paulo: Instituto Água Sustentável, 698 p.
Gomes, L. H. (2008). Determinação da recarga profunda na bacia-piloto do Ribeirão da Onça em zona de afloramento do sistema aquífero Guarani a partir de balanço hídrico em zona saturada. Dissertação (Mestrado). São Carlos: Departamento de Hidráulica de Saneamento, Escola de Engenharia de São Carlos - USP. https://doi.org/10.11606/D.18.2008.tde-28042009-132417
Green, T. R., Taniguchi, M., Kooi, H., Gurdak, J., Allen, D., Hiscock, K. M., Treidel, H., Aureli, A. (2011). Beneath the surface of global change: Impacts of climate change on groundwater. Journal of Hydrology, 405(3-4), 532-560. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.05.002
Healy, R. W, Cook, P. G. (2002). Using ground-water levels to estimate recharge. Hydrogeology Journal, 10(1), 91-109. https://doi.org/10.1007/s10040-001-0178-0
Hoorn, C., Roddaz, M., Dino, R., Soares, E., Uba, C., Ochoa-Lozano, D., Mapes, R. (2010). The Amazonian Craton and its influence on past fluvial systems (Mesozoic-Cenozoic, Amazonia). In: C. Hoorn, F. P. Wesselingh (eds.). Amazonia, Landscape and Species Evolution: a look into the past (p. 447). Oxford: Wiley. https://doi.org/10.1002/9781444306408.ch7
Hvorslev, M. J. (1951). Time Lag and Soil Permeability in Ground-Water Observations. Bulletin No. 36. Vicksburg: Waterways Experiment Station Corps of Engineers, U. S. Army, 50 p. Disponível em: https://erdc-library.erdc.dren.mil/jspui/bitstream/11681/4796/1/BUL-36.pdf. Acesso em: 7 jul. 2021.
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). (2017). Cidades IBGE. Manaus: IBGE. Disponível em: https://cidades.ibge.gov.br/brasil/am/manaus/panorama. Acesso em: 15 mar. 2017.
Kløve, B., Ala-Aho, P., Bertrand, G., Boukalova, Z., Ertürk, A., Goldscheider, N., Ilmonen, J., Karakaya, N., Kupfersberger, H., Kværner, J., Lundberg, A., Mileusnic´, M., Moszczynska, A., Muotka, T., Preda, E., Rossi, P., Siergieiev, D., Šimek, J., Wachniew, P., Widerlund, A. (2011). Groundwater dependent ecosystems: Part I – Hydroecology, threats and status of ecosystems. Environmental Science & Policy, 14(7), 770-781. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2011.04.002
Larned, S. T. (2012). Phreatic groundwater ecosystems: research frontiers for freshwater ecology. Freshwater Biology, 57(5), 885-906. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2012.02769.x
Lerner, D. N. (2002). Identifying and quantifying urban recharge: a review. Hydrogeology Journal, 10, 143-152. https://doi.org/10.1007/s10040-001-0177-1
Lerner, D. N., Issar, A., Simmers, I. (1990). Groundwater recharge: a guide to understanding and estimating natural recharge. International contributions to hydrogeology. Hannover: Heise, 345 p. v. 8.
Maldaner, C. (2010). Recarga de Aquífero em Área Urbana: Estudo de Caso de Urânia (SP). Dissertação (Mestrado). São Paulo: Programa de Pós-Graduação em Recurso Minerais e Hidrogeologia, Instituto de Geociências - USP. https://doi.org/10.11606/D.44.2010.tde-08012011-201628
Marques Filho, A. O., Ferreira, S. J. F., Miranda, S. A. F. (2009). Modelo de escoamento superficial em bacia experimental da Reserva Florestal Adolpho Ducke. Acta Amazônica, 39(4), 907-922. https://doi.org/10.1590/S0044-59672009000400019
Maziero, T. A. (2005). Monitoramento de água subterrânea em área urbana: Aspectos quantitativos. Dissertação (Mestrado). São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos - USP. https://doi.org/10.11606/D.18.2017.tde-06102017-154832
Melak, J. M., Victoria, R. L, Tomasella, J. (2009). Águas Superficiais na Amazônia: Descobertas Chave e Perspectivas. Amazonia and Global Change, 186, 485-488. https://doi.org/10.1029/2009GM000876
Millar, A. A. (1988). Drenagem de terras agrícolas: bases agronômicas. São Paulo: Editerra, 306 p.
National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). (2018). Cold & warm episodes by season. NOAA. Disponível em: http://origin.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ONI_v5.php. Acesso em: 13 set. 2018.
Nogueira, A. C. R., Horbe, A. M. C., Paz, J. D. S., Motta, M. B., Rozo, J. M. G. (2006). O Neógeno da Amazônia Ocidental. IX Simpósio de Geologia da Amazônia. Belém: SBG.
Oliveira, P. T. S., Leite, M. B., Mattos, T., Nearing, M. A. Scott, R. L., Xavier, R. O., Matos, D. M. S., Wendland, E. (2017). Groundwater recharge decrease with increased vegetation density in the Brazilian cerrado. Ecohydrology, 10(1), e1759. https://doi.org/10.1002/eco.1759
Pita, R. C. S., Silva Júnior, G. C., Rosário, F. F., Silva, M. L. (2018). Sistema aquífero Alter do Chão a oeste da cidade de Manaus (AM): processos hidrogeoquímicos, origem da salinidade e relações com aquíferos adjacentes. Geologia USP. Série Científica, 18(1), 273-296. https://doi.org/10.11606/issn.2316-9095.v18-134253
Queiroz, J. L., Cruciani, D. E., Libardi, P. L. (1999). Variabilidade espacial da porosidade drenável de um solo de várzea no município de Piracicaba, São Paulo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola, 3(2), 135-139. https://doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v3n2p135-139
Ribeiro, J. E. L. S., Hopkins, M. J. G., Vicentini, A., Sothers, C. A., Costa, M. A. S., Brito, J. M., Souza, M. A. D., Martins, L. H. P., Lohmann, L. G., Assunção, P. A. C. L., Pereira, E. C., Silva, C. F., Mesquita, M. R., Procópio, L. C. (1999). Flora da Reserva Ducke, Manaus, Amazonas. Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) e Department for International Development (DFID).
Rocha, H. R., Manzi, A. O., Shuttleworth, J. (2009). Evapotranspiration. In: M. Keller, M. Bustamante, J. Gash, P. Silva Dias (eds.). Amazonia and Global Change (v. 186, p. 261-272). Washington, D.C.: American Geophysical Union Books. https://doi.org/10.1029/2008GM000817
Rossetti, D. F., Toledo, P. M., Góes A. M. (2005). New geological framework for Western Amazonia (Brazil) and implications for biogeography and evolution. Quaternary Research, 63(1), 78-89. https://doi.org/10.1016/j.yqres.2004.10.001
Saraiva, M. A. (2017). Avaliação da sustentabilidade do uso da água do aquífero Alter do Chão na zona urbana de Manaus. Dissertação (Mestrado). Manaus: Departamento de Geociências - UFAM. Disponível em: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/6262. Acesso em: 7 jul. 2021.
Scanlon, B. R., Healy, R. W., Cook, P. G. (2002). Choosing appropriate techniques for quantifying groundwater recharge. Hydrogeology Journal, 10, 18-39. https://doi.org/10.1007/s10040-001-0176-2
Scatena, F. N., Bruijnzeel, L. A., Bubb, P., Das, S. (2010). Setting the stage. In: L. A. Bruijnzeel, F. N. Scatena, L. S. Hamilton (eds.). Tropical Montane Cloud Forests: Science for Conservation and Management (p. 3-13). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511778384.003
Schietti, J., Emilio, T., Rennó, C. D., Drucker, D. P., Costa F. R. C., Nogueira, A., Baccaro, F. B., Figueiredo, F., Castilho, C. V., Kinupp, V., Guillaumet, J., Garcia, A. R., Lima, A., Magnusson, W. E. (2014). Vertical distance from drainage drives floristic composition changes in an Amazonian rainforest. Plant Ecology & Diversity, 7(1-2), 241-253. https://doi.org/10.1080/17550874.2013.783642
Soares, E. A. A. (2007). Depósitos pleistocenos da região de confluência dos rios Negro e Solimões, porçã o oeste da Bacia do Amazonas. Tese (Doutorado). São Paulo: Instituto de Geociências - USP, 207 p. https://doi.org/10.11606/T.44.2007.tde-14082008-141522
Soares, E. A. A., Wahnfried, I., Dino, R. (2016). Estratigrafia de subsuperfície da sequência sedimentar cretácea-neógena das regiões de Manaus e Itacoatiara, Amazônia Central. Geologia USP. Série Científica, 16(1), 23-41. https://doi.org/10.11606/issn.2316-9095.v16i1p23-41
Souza, L. S. B. (2005). Mapeamento de aquíferos na cidade de Manaus (AM) - utilizando perfilagem geofísica de poço e sondagem elétrica vertical. Dissertação (Mestrado). Belém: Instituto de Geociências - UFPA.
Thornthwaite, C. W. (1948). An approach toward a rational classification of climate. Geographical Review, 38(1), 55-94. https://doi.org/10.2307/210739
Thornthwaite, C. W., Mather, J. R. (1955). The water balance. Centerton: Drexel Institute of Technology, 104 p.
Tognetti, S., Aylward, B., Bruijnzeel, L. A. (2010). Assessment needs to support the development of arrangements for payments for ecosystem services from tropical montane cloud forests. In: L. A. Bruijnzeel, F. N. Scatena, L. S. Hamilton (eds.). Tropical Montane Cloud Forests. Science for Conservation and Management (p. 671-685). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511778384.072
Toledo, J. J. (2009). Influência do solo e topografia sobre a mortalidade de árvores e decomposição de madeira em uma floresta de terra-firme na Amazônia Central. Tese (Doutorado). Manaus: Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA). Disponível em: https://ppbio.inpa.gov.br/sites/default/files/Tese_Toledo_Jose.pdf. Acesso em: 7 jul. 2021.
Tomasella, J., Hodnett, M. G., Cuartas, L. A., Nobre, A. D., Waterloo, M. J., Oliveira, S. (2008). The water balance of an Amazonian micro-catchment: the effect of interannual variability of rainfall on hydrological behavior. Hydrogeological Processes, 22(13), 2133-2147. https://doi.org/10.1002/hyp.6813
Wahnfried, I. D., Hirata, R. (2005). Comparação de métodos de estimativa de recarga de aquíferos em uma planície aluvionar na Bacia hidrográfica do Alto Tietê (São Paulo). Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 10(2), 15-25. https://doi.org/10.21168/rbrh.v10n2.p15-25
Wahnfried, I. D., Soares, E. A. A. (2012). Água subterrânea na Amazônia: Importância, estado atual do conhecimento e estratégias de pesquisa. Ciência e Ambiente, 44, 29-40.
Winter, T. C., Harvey, J. W., Franke, O. L., Alley, W. M. (1999). Ground water and surface water – a single resource. United States Geological Survey, 1139. https://doi.org/10.3133/cir1139
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