Predição da hidroquímica da água (qualidade de água) usando sondagens electromagnéticas transientes (TEM)

Abstract

This work aims the applicability of the Transient electromagnetic method at an arid and semiarid environmental condition in the Santiago Island – Cape Verde. Some seashore areas of this island show an increasing salt contamination of the groundwater. The main objective of present work is to relate this water-quality condition with parameters taken from the transient sounding’s data. In this context, transient soundings have been acquired from 2005 through 2009, at several chosen valleys near the sea, in a mean rate of one field campaign each year. The first phase of this work was the understanding of the geophysical method details, problems and applicability, as the chosen and acquired equipment was the first one to be permanently available to the Portuguese geosciences community. This first phase was also accomplished with field tests. Interpretation of the transient sounding’s data curves were done by application of 1-D inversion methods already developed and published, as also with quasi 2-D and quasi 3-D inversion algorithms, where applicability was feasible. This was the second phase. The 2-D and 3-D approximation results are satisfactory and promising; although a higher spatial sounding’s density should certainly allow for better results. At phase three, these results have been compared against the available lithologic, hydrologic and hydrochemical data, in the context of Santiago’s island settings. The analyses of these merged data showed that two distinct origins for the observed inland groundwater salinity are possible; seashore shallow mixing with contemporary seawater and mixing with a deep and older salty layer from up flow groundwater. Relations between the electric resistivity and the salt water content distribution were found for the surveyed areas. To this environment condition, the electromagnetic transient method proved to be a reliable and powerful technique. The groundwater quality can be accessed beyond the few available watershed points, which have an uneven distribution.Este trabalho tem como finalidade a aplicação do método de prospecção geofísica no domínio electromagnético, conhecido como Transiente, em regiões áridas e semi-áridas da ilha de Santiago – Cabo Verde. Algumas áreas costeiras desta ilha apresentam um aumento de salinidade na sua água subterrânea, que se vem agravando no tempo. O principal objectivo do presente trabalho é relacionar a condição de qualidade desta água subterrânea com os parâmetros adquiridos a partir dos dados das sondagens electromagnéticas transientes. Neste contexto, foram efectuadas sondagens electromagnéticas transientes entre os anos de 2005 e 2009, em alguns vales costeiros da ilha, à razão média de uma campanha de trabalho de campo por ano. A primeira fase deste trabalho foi a compreensão dos detalhes do método geofísico em causa, tal como a sua aplicabilidade e suas limitações, uma vez que este tipo de método e o equipamento escolhido foi o primeiro a estar permanentemente disponível para a comunidade portuguesa de geociências. Esta primeira fase foi também acompanhada com a realização de testes de campo. A Interpretação dos dados das sondagens transientes foi efectuada através da aplicação de métodos de inversão 1D já desenvolvidos e publicados, e também com algoritmos de inversão quasi-2D e quasi-3D, sempre que possível. Esta foi a segunda fase do trabalho. Os resultados das aproximações quasi-2D e quasi-3D são satisfatórios e promissores, embora se verifique que uma maior densidade especial de sondagens transientes trará e certamente permitirá melhores resultados. Na fase três, estes resultados foram comparados com os dados litológicos, hidrológicos e hidroquímicos disponíveis, no contexto das condições da ilha de Santiago. As análises conjuntas destes dados mostram que devem existir duas origens distintas para a salinidade observada nas águas subterrâneas das zonas costeiras; uma mistura com a água actual do mar nas zonas sub-superficiais perto do mar, e uma mistura com uma mais profunda e antiga água ascendente que atravessa uma camada com maior conteúdo salino. Foram estabelecidas relações entre a resistividade eléctrica e a distribuição de conteúdo salino da água para as regiões pesquisadas. Nestas condições ambientais, o presente método electromagnético transiente provou ser uma técnica fiável e de fácil aplicabilidade. A qualidade das águas subterrâneas pode assim ser inferida indirectamente, mesmo em áreas no qual não existam poços ou furos de captação com distribuição uniforme nos vales