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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2023.tde-17042024-171257
Document
Author
Full name
Alan Reis
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Wendland, Edson Cezar (President)
Chaffe, Pedro Luiz Borges
Cota, Stela Dalva Santos
Montenegro, Suzana Maria Gico Lima
Tsuha, Cristina de Hollanda Cavalcanti
Title in Portuguese
Uma contribuição ao estudo da interação rio-aquífero em áreas tropicais, utilizando a temperatura como traçador
Keywords in Portuguese
fibra ótica
interação rio-aquífero
medição distribuída de temperatura
sazonalidade
Sistema Aquífero Guarani
Abstract in Portuguese
A temperatura como um traçador natural para estudos da interação rio-aquífero vem sendo bastante utilizada nos últimos anos, considerando o desenvolvimento da tecnologia de medição distribuída de temperatura (Distributed Temperature Sensing - DTS). A partir do uso de cabos de fibra ótica como sensores instalados ao longo de uma determinada extensão, busca-se verificar mudanças no padrão de temperatura da água superficial, resultantes da sua interação com as águas subterrâneas. Entender tais mudanças em ambientes tropicais e se estas representam descargas de águas subterrâneas rasas (fluxos na zona hiporreica) ou descargas de águas subterrâneas profundas, ainda são desafios científicos. Neste contexto, este trabalho buscou avaliar o potencial do uso da temperatura como ferramenta de identificação e caracterização da interação rio aquífero, em uma bacia hidrográfica tropical, inserida em região de afloramento do Sistema Aquífero Guarani (SAG). Adicionalmente, com o uso de diferentes técnicas de visualização, análise estatística e de agrupamento de dados, buscou-se classificar a ocorrência dos fluxos decorrentes desta interação, em termos de profundidade de origem, estabelecendo-se métricas iniciais para esta classificação, a partir de dados de temperatura. Os resultados obtidos permitiram concluir que o monitoramento da temperatura da água com a fibra ótica é efetivo para a determinação dos locais de ocorrência de interação rio-aquífero, mesmo com os efeitos da variação sazonal da temperatura. Notou-se que, em bacias tropicais, as zonas de interação se apresentam preponderantemente como zonas quentes, se diferenciando do comportamento comumente observado em bacias de áreas temperadas. As metodologias propostas para separação dos fluxos de águas rasas e dos fluxos de águas profundas apresentaram resultados convergentes e consistentes, o que realçam a eficácia da temperatura como traçador para os estudos da interação rio-aquífero em áreas tropicais.
Title in English
A contribution to the study of groundwater-surface water interaction in tropical areas, using temperature as a tracer
Keywords in English
distributed temperature sensing
fiber optics
groundwater-surface water interaction
Guarani Aquifer System
seasonality
Abstract in English
Temperature as a natural tracer for groundwater-surface water interaction studies has been widely used in recent years, considering the development of distributed temperature measurement technology (Distributed Temperature Sensing - DTS). Using fiber optic cables as sensors installed along a certain length the aim is to verify changes in the temperature pattern of surface water as a result of its interaction with groundwater. Understanding such changes in tropical environments and whether they represent shallow groundwater discharges (flows in the hyporheic zone) or deep groundwater discharges are scientific challenges. In this context, this work sought to evaluate the potential of using temperature as a tool for identifying and characterizing groundwater-surface water interaction in a tropical river basin located in the outcrop region of the Guarani Aquifer System (SAG). Additionally, using different visualization techniques, statistical analysis, and data grouping, we sought to classify the occurrence of flows resulting from this interaction in terms of depth of origin, establishing initial metrics for this classification based on temperature data. The results allowed us to conclude that monitoring water temperature with optical fiber is efficient for determining the locations where interactions occur, even with the effects of seasonal temperature variation. The interaction zones are predominantly hot, differing from the behavior commonly observed in basins in temperate areas. The proposed methodologies for separating shallow and deep water flows presented convergent and consistent results, featuring the effectiveness of temperature as a tracer for groundwater-surface water interaction studies in tropical areas.
 
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Publishing Date
2024-04-23
 
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