Caracterização isotópica dos componentes do ciclo hidrológico em quatro sub-bacias pertencentes à bacia do rio Piracicaba (SP)

Abstract

Este projeto teve como objetivo investigar a variação isotópica do oxigênio (δ 18 O) e do hidrogênio (δD) de aqüíferos subterrâneos rasos (não confinados) em quatro regiões onde foram definidas transecções, partindo do canal principal em direção ao topo da vertente. As transecções foram estabelecidas no gradiente topográfico encontrado, em quatro sub-bacias ao longo da bacia hidrográfica do rio Piracicaba. Esta região possui uma população de aproximadamente 3,5 milhões de habitantes e uma economia baseada na agricultura e na indústria. Baseando-se em estudos anteriores sobre a variação isotópica do δ 18 O e δD das águas das chuvas e dos rios (Martinelli et al. 2004), onde foi identificada uma sazonalidade nos dados e variações possivelmente associadas à utilização da água em áreas urbanas (uso industrial), os estudos foram estendidos para as fontes de águas subterrâneas (fluxo de base) para o canal principal (rio Piracicaba). A sazonalidade definida por um verão chuvoso (novembro – abril) e inverno seco (maio – outubro) foi coberta com amostragens mensais (final do período seco de 2005; período chuvoso de 2005-2006 e seco de 2006) e quinzenais (período chuvoso 2006-2007) das águas da chuva, de poços rasos, nascentes e rios que drenam as sub-bacias estudadas. Os valores do δ 18 O e do δD encontrados na precipitação acumulada entre coletas nas sub-áreas apresentaram maiores variações (extremos; δ 18 O médio de –0,4 a –13,0‰) quando comparados aos valores das águas superficiais (δ 18 O médio de –5,1 a –9,2‰) e subterrâneas (δ 18 O médio de –6,9 a –7,1‰), sendo que as últimas (poços rasos e nascentes) apresentaram variações ainda menores ao longo do período estudado. A precipitação e o escoamento de base possuem composição isotópica do δ 18 O relativamente distintas, uma vez que a média ponderada da precipitação (–8,6‰ observada para o período estudado) foi diferente dos valores médios encontrados nas águas subterrâneas não confinadas (–7,0‰ em média). O escoamento superficial para o canal principal (rio Piracicaba) teve seu valor isotópico influenciado pela precipitação no período das chuvas (podendo apresentar variações dentro deste período), caso contrário, os sinais isotópicos das águas superficiais seriam mais semelhantes aos sinais isotópicos encontrados no fluxo de base, caracterizando a contribuição deste na manutenção das menores vazões. Contudo, observou-se que o valor médio do δ 18 O de todos os rios e ribeirões estudados (–5,7‰) foi cerca de 1,2‰ mais enriquecido do que o valor médio dos poços e nascentes (–6,9‰), no período seco. As amplitudes do δ 18 O encontradas na precipitação e água subterrânea não confinada foram utilizadas em estimativas do tempo de residência médio da água no aqüífero lívre como uma primeira aproximação.

This project had the objective to investigate the oxygen (δ 18 O) and hydrogen (δD) isotopic variation of shallow unconfined aquifers in four regions, in transects defined from the river to the limit of the drainage area. The transects were established within a topographical gradient in four sub-catchments of the Piracicaba river hydrographic basin. The population in this basin is almost three and a half millions inhabitants and an economy based on agriculture and industry is responsible for about 10% of the total Brazilian gross production. Based on a well documented isotopic variation of rainwater and river water done previously (Martinelli et al. 2004), where data seasonality and a possible variation related to water use in urban areas were identified, the studies were extended to the groundwater (baseflow) sources to the major channel (Piracicaba river) of the basin. The seasonality defined by a wet summer (november – april) and a dry winter (may – september) was covered with monthly (end of dry season of 2005; rainy season of 2005-2006 and dry season of 2006) and every two weeks sampling (rainy season 2006-2007) of rain water, shallow wells, springs and surface water (rivers) that drain the studied sub-basins. The δ 18 O and δD individual values of composite precipitation in the studied sub-areas presented higher variation (extreme values; mean δ 18 O from –0,4 to –13,0‰) when compared to the values found for surface water (mean δ 18 O from –5,1 to –9,2‰) and groundwater (wells and springs; mean δ 18 O from –6,9 a –7,1‰), being the values of groundwater almost constant within the studied period. Precipitation and baseflow have relative different isotopic composition of δ 18 O, once the weighted average of precipitation (–8,6‰ observed for the whole studied period) is different from the average values found for unconfined groundwater (–7,0‰ in average). Values of surface runoff to the main channel (Piracicaba river) were similar to those found in precipitation in the rainy season (presenting variations within this period), otherwise, the isotopic signals of surface water were rather more similar to those found in baseflow, characterizing the contribution of baseflow in the lower flows. However, average value of δ 18 O of all rivers and streams studied (–5,7‰) were about 1,2‰ more enriched than the average value of wells and springs (–6,9‰) in the dry season. The amplitudes of δ 18 O found in precipitation and groundwater were used as a first aproximation to estimate mean residence time of unconfined groundwater.