Faire face à la salinisation et à la contamination des aquifères côtiers dans le contexte des changements environnementaux planétaires et sociétaux : Approches géochimique et isotopique appliquées aux ressources en eau de Recife (Brésil)

National audienceEn raison d'une pression démographique croissante, la région métropolitaine de Recife a subi d'importants changements d'utilisation des terres et de l'eau au cours des dernières décennies. Ces évolutions ont notamment généré une baisse spectaculaire des niveaux piézométriques, la salinisation et la contamination des eaux souterraines. Cette dégradation des ressources naturelles est liée à l'augmentation de la demande en eau, ponctuellement amplifiée par des périodes de sécheresse qui ont conduit à la construction de milliers de puits privés. La région de Recife apparaît ainsi comme un "point chaud" typique illustrant les problèmes des pays émergents tels que l'urbanisation, la répartition inégale de la richesse, la faiblesse des structures décisionnelles, les rapides développements industriel et touristique, induisant des pressions fortes sur les ressources en eau (quantité et qualité) dans le contexte des changements globaux sociétaux et environnementaux. Le projet COQUEIRAL a pour objectif d'étudier l'impact des activités humaines sur les aquifères côtiers surexploités en (1) analysant les pressions sur les ressources en eau souterraine et leurs raisons sociales et structurelles,(2) identifiant les sources et les mécanismes de la dégradation des ressources en eau souterraine en termes de qualité et de quantité, en se concentrant sur les processus physiques et chimiques en tant que vecteurs de la réaction du système aux pressions extérieures et (3) évaluant les impacts des changements globaux sur les ressources en eau à l'échelle régionale

Atributos do solo em sistemas de cultivo irrigado agroecológico e convencional no Semiárido do Rio Grande do Norte

A sustentabilidade dos sistemas agrícolas irrigados na região semiárida passa pela manutenção da capacidade produtiva. O objetivo desse trabalho foi avaliar a qualidade do solo em áreas irrigadas agroecológica e convencional, localizadas na comunidade de Sombras Grandes, Caraúbas, Rio Grande do Norte. Foram coletadas amostras simples de solo (0-20 cm e 20-40 cm) de 2009 a 2012. Utilizaram-se indicadores: físicos: densidade do solo (Ds), porosidade total (PT), resistência à penetração (RP), relação de água disponível e porosidade total (AD/PT), relação da umidade volumétrica na capacidade de campo e a porosidade total (Uvcc/PT), grau de floculação (GF) e argila dispersa em água (ADA); químicos: pH, fósforo (P), capacidade de troca catiônica (CTC), saturação de bases (V), soma de bases (SB), carbono orgânico total (COT), estoque de carbono (Est C), cálcio (Ca+2), magnésio (Mg+2), potássio (K+), sódio (Na+), (percentagem de sódio trocável) PST e condutividade elétrica (CE). O teste não paramétrico de Kruskal Wallis, a correlação de Pearson e a análise de componentes principais foram usados para avaliar a qualidade do solo. A SB apresentou correlação significante e positiva na área agroecológica com V, COT e CTC e na área convencional com V e CTC. A Ds, PT, ADA e GF, COT e Al + H diferiram significativamente e melhores resultados de qualidade do solo foram verificados na área agroecológica (0-20 cm). O Ca+2, Mg+2, K+, CTC, P e SB não foram diferentes e os valores altos verificados mantiveram a fertilidade do solo em ambas as áreas estudadas. A capacidade produtiva do solo é mantida na área agroecológica, sem aplicação de adubos químicos sintéticos

Modeling runoff response to land-use changes using the SWAT model in the Mundaú watershed, Brazil

Land-use change has a significant influence on runoff process of any watershed, and the deepening of this theme is essential to assist decision making, within the scope of water resources management. The study was conducted for Mundaú River Basin (MRB) using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The study aims to assess the issue of land-use change and its effect on evapotranspiration, surface runoff, and sediment yield. Input data like land use, topography, weather, and soil data features are required to undertake watershed simulation. Two scenarios of land use were analyzed over 30 years, which were: a regeneration scenario (referring to use in the year 1987) and another scene of degradation (relating to use in the year 2017). Land use maps for 1987 and 2017 were acquired from satellite images. Overall, during the last three decades, 76.4% of forest was lost in the MRB. The grazing land increased in 2017 at a few more than double the area that existed in 1987. Changes in land use, over the years, resulted in an increase of about 37% in the water yield of MRB. Changes have led to increased processes such as surface runoff and sediment yield and in the decrease of evapotranspiration. The spatial and temporal distribution of land use controls the water balance and sediment production in the MRB

Correção de tendência das projeções climáticas futuras simuladas pelo modelo regional Eta-Hadgem2-Es para a Bacia Hidrográfica do Rio Mundaú, Nordeste do Brasil

Os efeitos das mudanças climáticas futuras decorrentes de ações antrópicas sobre os recursos hídricos têm sido uma das principais questões estudadas atualmente. A compreensão dessas mudanças é de extrema importância para que ações de prevenção e mitigação sejam tomadas. Uma das formas de avaliar tais efeitos é por meio da inclusão das previsões climáticas em modelos hidrológicos. Entretanto, os dados oriundos de modelos climáticos globais/regionais geralmente possuem erros sistemáticos (vieses), e não podem ser utilizados diretamente na modelagem hidrológica. Neste contexto, objetivou-se realizar a correção de tendência de dados de precipitação e temperatura simulados pelo modelo regional Eta-HadGEM2-ES para a Bacia Hidrográfica do Rio Mundaú, testando dois métodos para a correção de tendência, utilizando o software Climate Model for Hydrologic Modeling (CMHyd). Os dados de precipitação e temperatura simulados pelo modelo regional Eta-HadGEM2-ES foram disponibilizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). A correção de tendência foi realizada testando-se dois métodos para a correção: Linear Scaling (LS) e Distribution Mapping (DM). Ambos os métodos foram capazes de corrigir a tendência dos dados de precipitação e temperatura da projeção climática do modelo regional Eta-HadGEM2-ES, mas o método DM mostrou-se mais eficaz na correção quando comparado ao LS

Groundwater salinization in a coastal multilayer aquifer: Preliminary results on origins and mechanisms. Example of Recife (Brazil)

International audienceThe Recife Metropolitan Region (PE, Brazil) appears as a typical "hot spot" illustrating the problems of southern countries such as urbanization or rapid industrial and touristic development. All these factors induce high pressures on water resources both on quantity and quality in the context of global social and environmental changes. This paper focuses on the groundwater geochemistry in a costal multilayer aquifer aiming at investigating the sources and processes of salinization. The preliminary results of 62 groundwater samples from the five main aquifers are reported

Modelagem hidrológica sob mudanças na cobertura vegetal de uma bacia hidrográfica no Nordeste do Brasil

Modificações na cobertura vegetal do solo em bacias hidrográficas podem ocasionar alterações nas componentes hidrológicas. O objetivo do trabalho foi avaliar os processos hidrológicos sob diferentes condições de cobertura vegetal na Bacia Hidrográfica do Rio Mundaú (BHRM), Nordeste do Brasil, utilizando o modelo SWAT. Para a simulação hidrológica, foram considerados dois cenários (C1 – uso atual) e C2 (substituição de áreas agrícolas por Caatinga). Foram utilizados dados de entrada como mapa de uso e ocupação do solo, mapa digital de elevação e mapa dos tipos de solo, além de uma série de 17 anos de dados, em passo de tempo diário. A precipitação anual média da BHRM foi 1.109,7 mm, a evapotranspiração potencial anual foi 1.247,7 mm e a ascensão do aquífero raso foi de 24,94 mm por ano, em parte da bacia. O escoamento superficial anual para o cenário C1 foi igual 262,62 mm e para o cenário C2 igual a 257,49 mm. Os valores de percolação e recarga anuais foram de 302,78 e 15,14 mm para o cenário C1 e de 306,73 e 15,34 mm para o cenário C2. A evapotranspiração real anual para o cenário C1 resultou em 548,2 mm e para o cenário C2 em 549,3 mm. A mudança de uso do solo exerceu influência no regime hidrológico da Bacia do Rio Mundaú. A implantação de vegetação Caatinga em áreas agrícolas proporcionou redução no escoamento superficial. Por outro lado, processos como evapotranspiração, percolação para o aquífero raso e recarga para o aquífero profundo aumentaram

Modelagem hidrológica sob escassez de dados na Bacia do Alto Mundaú, Nordeste do Brasil

Estudos voltados ao entendimento dos processos hidrológicos são de suma importância para auxiliar a gestão e a tomada de decisões relacionadas aos recursos hídricos. Modelos hidrológicos são considerados ferramentas poderosas no entendimento desses processos. Entretanto, tais modelos requerem uma série de dados que não estão facilmente acessíveis. Objetivou-se com este trabalho, aplicar e testar o modelo SWAT, seguindo uma sequência de procedimentos recomendada em uma sub-bacia do rio Mundaú, Nordeste do Brasil. Foram utilizados dados de entrada como mapa de uso e ocupação do solo, mapa digital de elevação e mapa dos tipos de solo, além de um período de 2000 a 2016, em passo de tempo diário. A acurácia do modelo foi medida com base no coeficiente de Nash-Sutcliffe (CNS), pelo percentual de tendência (PBIAS) e pelo coeficiente de determinação (R²). Os valores de CNS, PBIAS e R² obtidos foram de 0,53; -7,1 e 0,56 respectivamente, para o período de calibração. Foi possível realizar a modelagem hidrológica com o modelo SWAT na sub-bacia do rio Mundaú, obtendo-se desempenho satisfatório, segundo o CNS e muito bom considerando o PBIAS na calibração. Com o modelo calibrado, estudos futuros podem ser realizados com o SWAT, a fim de validá-lo e prever possíveis impactos de mudanças climáticas e de uso do solo na bacia estudada. Estudos como este têm mostrado que cada vez mais, os dados experimentais são imprescindíveis para a adequada representação e entendimento dos processos por meio da modelagem hidrológica.

Mudança Espaço Temporal do Uso e Cobertura do Solo e Estimativa da Temperatura da Superfície no Município de Teresina – Piauí, Brasil

A expansão urbana promove a supressão vegetal bem como a alteração no balanço de energia, acarretando mudanças climáticas, como por exemplo, a elevação do campo térmico urbano. Nesse sentido, esta pesquisa teve por objetivo investigar, com base em imagens multiespectrais, as variações espaço-temporais da temperatura da superfície relacionadas ao crescimento da urbanização no município de Teresina – PI - Brasil. Para tanto, foram empregados o Índice de Construção da Diferença Normalizada (NDBI) e o parâmetro biofísico temperatura da superfície (Tsup), gerados com imagens dos sensores TM - Landsat 5 e OLI/TIRS - Landsat 8. Verificou-se, com base nas cartas temáticas do NDBI e Tsup, que de 1995 a 2015, se observou substancial elevação da temperatura superficial concomitante ao incremento de superfícies construídas e impermeáveis, principalmente nos extremos da zona urbana municipal. Além disso, a média dos indicadores empregados, obtidas por zona do município, evidenciou as alterações na temperatura e na urbanização no período analisado. O coeficiente de correlação linear entre as variáveis Tsup e NDBI apresentou forte correlação positiva entre a expansão urbana e o crescimento do campo térmico da superfície. Assim, Tsup e NDBI se mostraram indicadores consistentes das alterações da superfície terrestre no perímetro urbano de Teresina - PI - Brasil

Modelagem hidrológica da Bacia Hidrográfica do Rio Pirapama-PE utilizando o modelo SWAT

Os estudos hidrológicos em bacias hidrográficas partem da necessidade de se entender o funcionamento do balanço hídrico e os processos que controlam o movimento da água, assim como os impactos das mudanças do uso do solo sobre a quantidade e qualidade da água. Pesquisas relacionadas ao entendimento dos processos hidrológicos por meio da utilização de modelos de predição chuva-vazão são de grande importância para a gestão e planejamento dos recursos hídricos. Nessa perspectiva, o objetivo desse estudo foi realizar e analisar a modelagem hidrológica por meio do modelo SWAT na Bacia Hidrográfica do Rio Pirapama-PE, buscando resultados relacionados aos processos hidrológicos, visto a necessidade de informações para a referida bacia, que tem extrema importância para o abastecimento da Região Metropolitana do Recife. Considerando a modelagem hidrológica inicial foram utilizados dados meteorológicos do período de 2000 a 2006, mapa de uso e ocupação do solo obtido a partir de duas imagens do satélite Landsat 5-TM (2005 e 2007), mapa digital de elevação de 30m (site da USGS-NASA) e o mapa dos tipos de solo da bacia obtido por meio do ZAPE (Zoneamento Agroecológico de Pernambuco). A precipitação média anual da bacia foi igual a 1891,94 mm, a média da vazão observada foi de 7,19 m³.s-1 e a simulada 5,73 m³.s-1. O modelo subestimou os dados de vazão quando comparado aos dados observados, sobretudo nos picos mais elevados da vazão, como em meados dos anos 2000, 2002, 2004 e 2006, onde a subestimativa foi mais significativa. Estudos futuros podem vir a melhorar a simulação após a aplicação do processo de calibração e validação do modelo na Bacia do Rio Pirapama. Após a calibração e validação o modelo pode ser usado para cenários de previsão de impactos de mudanças climáticas e de alterações de uso do solo

Evapotranspiration and assessment of water consumed in irrigated area of the Brazilian Semiarid Region by remote sensing

O objetivo deste trabalho foi mapear a evapotranspiração real (ETr) e determinar o volume de água utilizado no projeto de irrigação de São Gonçalo, PB, no Semiárido brasileiro, com auxílio do sensoriamento remoto. Foram adquiridas imagens TM/Landsat 5 da área em estudo, em 2008, que foram utilizadas na obtenção dos mapas temáticos da ETr diária. Selecionaram-se dois pomares de coqueiro‑anão para validação dos resultados da evapotranspiração obtida com o “surface energy balance algorithm for land” (ETSebal) e com o método FAO‑56 (ETFAO). Para determinação da ETFAO, utilizou-se o produto entre o coeficiente de cultura, o coeficiente de ajuste e a evapotranspiração de referência. As diferenças obtidas, com uso das duas técnicas, resultaram em raiz do erro quadrado médio, erro relativo médio e erro absoluto médio iguais a 0,53 mm, 9,46% e 0,43 mm, respectivamente. Nas áreas irrigadas, a ETr representou 85% do saldo de radiação e, nas de sequeiro, apenas 12,5%. O mapeamento da ETr delimitou claramente as áreas irrigadas das de sequeiro, bem como as diferenças existentes no interior do perímetro irrigado do projeto em investigação. O volume de água empregado no projeto de irrigação representa, somente no período de julho a dezembro, mais de 60% da capacidade do açude de São Gonçalo.The objective of this work was to map the actual evapotranspiration (ETr) and to determine the volume of water used in the irrigation project of São Gonçalo, PB, in the Brazilian Semiarid Region, using remote sensing. TM/Landsat 5 images were acquired from the study area, in 2008, and were used to obtain thematic maps of daily ETr. Two dwarf coconut crops were selected for validation of the results of evapotranspiration obtained by the surface energy balance algorithm for land (ETSebal) and the FAO‑56 method (ETFAO). In order to determine ETFAO, the product between the culture coefficient, the adjustment coefficient, and the reference evapotranspiration was used. The differences obtained by the two techniques resulted in root mean square error, mean relative error, and mean absolute error equal to 0.53 mm, 9.46%, and 0.43 mm, respectively. In the irrigated areas, ETr represented about 85% of net radiation and, in rainfed plots, only 12.5%. The mapping of ETr clearly delimitated the irrigated and nonirrigated plots, as well as the differences within the irrigated perimeter of the project under investigation. The volume of water applied in the irrigation project, only in the period from July to December, represents more than 60% of the capacity of the São Gonçalo reservoir