The water loss in rivers and streams is one of the immediate effects of aquifer overexploitation. Particularly in the context of underground mining, notable changes in the natural groundwater flow regime are observed due to the pumping required to keep underground galleries drained. In the northwest region of the Brazilian state of Minas Gerais, in Vazante municipality, the Santa Catarina River (SCR) undergoes a drying up processes related to the Vazante underground mine dewatering. To properly understand this phenomenon, it is necessary to have a broad knowledge about the hydrogeological dynamics of the region, mainly in areas of complex geology with karst features and systems of faults and fractures. This study performed a multi-technical approach to spatialize and characterize the most hydraulically conductive brittle structures and karst conduits responsible for the hydraulic connections between the drying river and the underground mine. The methodology was based on field investigation, structural framework, remote sensing (Differential Interferometry DinSAR), geophysics (electrical resistivity), and fluorescent tracer tests. A transient numerical groundwater flow modeling was carried out to evaluate mitigation solutions for the SCR drying-up problem and predict the impacts that a possible extreme drought event in the region could cause on the river flow loss. The assessment of discontinuities mapped inside the mine identified that the most productive water-bearing brittle structures show a subvertical NW/SE structural trend. Fluorescent dye tracers indicated the existence of hydraulic connections between the SCR and the Vazante underground mine. The DinSAR imagery suggested that the terrain surface movements are being controlled by hydrogeologically conductive structures located in the shallow portion of the aquifer. The electrical resistivity survey revealed low resistivity zones between the SCR to the Vazante mine, indicating the presence of preferential flow-paths. The integrated multi-technical approach allowed classifying the brittle structures according to their potential (high or medium) to control the groundwater flow. The karst conduits that connect the drying river to the underground mine were also spatialized. All simulations (upstream water supply, riverbed-waterproofing, obstruction of sinkholes and extreme drought) showed a trend of increase in the SCR flow loss related to the advance of the underground mine galleries, followed by stabilization over the simulated period (2022-2030). The upstream water supply and sinkholes obstruction scenarios showed the highest and lowest river flow loss (35.1% increase and 47.7% decrease, respectively) and mine pumping rates (7.0% increase and 37,9% decrease, respectively). The riverbed-waterproofing scenario caused the largest expansion in the depression cone (513 m) towards the municipality of Vazante until 2030.

A perda de água em rios e córregos é um dos efeitos imediatos da superexploração dos aquíferos. Particularmente no contexto da mineração subterrânea, mudanças notáveis no regime natural de fluxo dos aquíferos ocorrem devido à necessidade de manter as galerias subterrâneas drenadas por meio de bombeamento. Na região noroeste do estado de Minas Gerais, no município de Vazante, o Rio Santa Catarina (RSC) passa por um processo de secamento associado à operação da mina subterrânea de Vazante. Para compreender adequadamente este fenômeno, é necessário um amplo conhecimento sobre a dinâmica hidrogeológica da região, principalmente por se tratar de uma área de geologia complexa, com feições cársticas e sistemas de falhas e fraturas. Este estudo realizou uma abordagem multitécnica para espacializar e caracterizar as estruturas rúpteis hidraulicamente condutivas, bem como os condutos cársticos responsáveis pelas conexões hidráulicas entre o RSC e a mina subterrânea. A metodologia foi baseada em investigações de campo, avaliação estrutural, sensoriamento remoto (Interferometria Diferencial DinSAR), geofísica (resistividade elétrica) e testes com traçadores fluorescentes. Uma modelagem numérica de fluxo de água subterrânea em regime transiente foi realizada para avaliar soluções de mitigação para o problema de secamento do RSC, bem como para prever os impactos que um possível evento de seca extrema na região poderia causar sobre a perda de fluxo do rio. A avaliação das descontinuidades mapeadas no interior da mina identificou que as falhas e fraturas hidraulicamente mais produtivas apresentam uma tendência estrutural subvertical com orientação NW/SE. Os ensaios com traçadores fluorescentes indicaram a existência de conexões hidráulicas entre o RSC e a mina subterrânea de Vazante. Os imageamentos por DinSAR sugeriram que os deslocamentos superficiais do terreno estão sendo controlados por estruturas hidrogeologicamente condutoras localizadas na porção rasa do aquífero. O levantamento de resistividade elétrica revelou zonas de baixa resistividade entre o RSC e a mina de Vazante, indicando a presença de caminhos preferenciais de fluxo. A abordagem multitécnica integrada permitiu classificar as estruturas rúpteis de acordo com seu potencial (alto ou médio) para controlar o fluxo das águas subterrâneas. Os condutos cársticos que ligam o rio à mina subterrânea também foram espacializados. Todas as simulações (adução de água a montante, impermeabilização do leito do rio, tamponamentos dos condutos cársticos e evento de seca extrema) mostraram uma tendência de aumento da perda de vazão do RSC relacionada ao avanço das galerias subterrâneas da mina, seguida de estabilização ao longo do período simulado (2022-2030). Os cenários de adução de água a montante e tamponamento dos condutos cársticos apresentaram, respectivamente, a maior e menor perda de vazão do rio (aumento de 35,1% e redução de 47,7%, respectivamente) e taxa de bombeamento da mina (aumento de 7,0% e redução de 37,9%, respectivamente). O cenário de impermeabilização do leito do rio provocou a maior expansão no cone de rebaixamento (513 m) em direção ao município de Vazante até 2030.