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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2022.tde-08092022-091748
Document
Author
Full name
Rafael Kenji Terada
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Hirata, Ricardo Cesar Aoki (President)
Aly Junior, Osvaldo
Freitas, Juliana Gardenalli de
Tavares, Tatiana Luiz dos Santos
Varnier, Claudia Luciana
Title in Portuguese
Influência da infraestrutura urbana nas águas subterrâneas na cidade de Urânia (SP)
Keywords in Portuguese
Hidrogeologia urbana
Hidrogeoquímica
Nitrato
Recarga urbana
Abstract in Portuguese
A presença de nitrato nas águas subterrâneas da cidade de Urânia tem sido reportada desde o final da década de 1990, e, desde então, tem-se mantido em níveis altos (>422 mg/l-NO3) mesmo com as instalações da rede de saneamento. Este cenário é comum nos centros urbanos e de difícil quantificação. Assim, esta pesquisa identificou e relacionou os padrões urbanos de crescimento aos de vazamentos de água e esgoto para a área urbana de Urânia (SP), utilizando-se dos métodos de balanço de água de abastecimento e águas residuais; balanço de massa isotópico ('delta' 18O e 'delta'D da água); e caracterizações geológica, hidrogeológica e hidrogeoquímica focada no nitrogênio. Os resultados mostraram que o processo de desnitrificação não é relevante no aquífero, uma vez que são encontradas: (1) concentrações abaixo do limite de detecção de carbono orgânico dissolvido (COD) e carbono total (CT), baixo enriquecimento de 'delta"15N-NO3 (entre 8 e 12), presença de oxigênio dissolvido (OD) (acima de 2 mg/l O2) e condições intermediárias de potencial redox; e (2) uma camada, abaixo de 50 m de profundidade, de arenitos lamíticos com cimentação carbonática de menor condutividade hidráulica, o que impõe fluxo mais superficial e, preferencialmente, horizontal. A ausência de uma pluma em profundidade maiores que 70 m se deve mais a fatores hidráulicos que biogeoquímicos com impacto restrito às zonas mais rasa (ZR, até 30 m) e intermediária (ZI, 30 m - 70 m). Ainda assim, rNO3/Cl apresenta padrões diferentes nos três setores e podem ser relacionados ao histórico da ocupação urbana. O coeficiente de fuga de esgoto foi estimado entre 8% e 12%. O valor médio para a recarga urbana foi de aproximadamente 129.000 m3/ano (0,044 mm/a); 66.000 m3/ano referente à rede de abastecimento de água e 63.000 m3/ano ao esgoto. Recargas naturais acrescentam outros 48.000 m3/ano, portanto, a recarga urbana antrópica é estimada em 3 vezes a recarga natural. O vazamento do sistema de esgoto gerou uma carga de 7,3 a 19,3 ton./ano de nitrato, o que se mostra suficiente para manter a pluma contaminante de nitrato. A comparação das assinaturas isotópicas de 'delta18O e 'delta'D da água da rede pública e do esgoto indicou ademais que o uso dos poços privados que extraem água do Aquífero Adamantina é ainda significante para o atendimento de 30% da demanda.
Title in English
not available
Keywords in English
Hydrogeochemistry
Nitrate
Urban hydrogeology
Urban Recharge
Abstract in English
Detections of nitrate in the groundwater in the city of Urania has been reported since the late 1990s, still showing high levels of concentrations (>422mg/l-NO3) even after installing sanitation system. This interaction is commonly found in urban settlements, and it is difficult to quantify. Thus, this work identified and related the urban growth patterns of water and sewage leakages in the municipality of Urânia (SP), applying different methods such as supply water and wastewater mass balance; isotopic mass balance ('delta' 18O and 'delta'D); hydrogeological and hydrogeochemical characterization focused on nitrogen. Results showed that the denitrification is not a relevant process in the aquifer. (1) concentrations below the detection limit of dissolved organic carbon (DOC) and total carbon (TC), low levels of 15N-NO3 enrichment, (between 8 and 12), presence of dissolved oxygen (DO) (more than 2 mg/l O2) and intermediate redox conditions; and (2) a presence of a sandstones layer with mud and carbonate cementation below 50m of depth gives it low hydraulic conductivity that imposes preferably horizontal, superficial flow. Therefore, the absence of a plume at depth more than 70 m is rather due to hydraulic than biogeochemical factors with an impact restricted to the shallower (ZR, up to 30 m) and intermediate (ZI, 30 m - 70 m) zones. Additionally, rNO3/Cl shows different pattern of nitrate concentrations in each sector and can be related to the history of urban occupation. The sewage leakage coefficient was estimated to be between 8% and 12%. The average value for urban recharge was approximately 129,000 m3/year (0.044 m/a); 66,000 m3/year for the water supply network and 63,000 m3/year for sewage. Natural recharges add another 48,000 m3 /year, so human urban recharge is estimated at three times the natural recharge. The sewage system leak generated a load of 7.3 to 19.3 ton/year of nitrate. This contaminant load has been sufficient to keep the nitrate contaminant plume stable. The comparison of the isotopic signatures of 'delta'18O and 'delta'D of the water from the public network and the sewage indicated, in addition, that the use of private wells that extract water from the Adamantine Aquifer is still significant to meet the demand.
 
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Publishing Date
2022-09-08
 
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