Guarani Aquifer System Research Articles

Guarani aquifer system (GAS): geothermal spa balneology assessment

Guarani aquifer system (GAS): geothermal spa balneology assessment

Nitrato em águas subterrâneas do Estado de São Paulo

A utilização de águas subterrâneas vem sendo incrementada na mesma proporção em que se observa a deterioração de sua qualidade, com a consequente perda de sua potabilidade. Dentre os agentes que contribuem para a perda de potabilidade dessas águas destaca-se o nitrato, que constitui o contaminante mais comum de águas subterrâneas, notadamente em regiões urbanas. Em razão da elevada solubilidade e estabilidade química do nitrato, a contaminação pode abranger grandes extensões. A principal fonte de contaminação por nitrato é o esgoto doméstico, particularmente onde o saneamento básico é incipiente ou a manutenção da rede de esgoto é insuficiente para prevenir o vazamento de volumes expressivos de esgoto em subsuperfície. Foram analisadas 840 amostras de águas subterrâneas, provenientes dos principais sistemas aquíferos (Cristalino, Tubarão, Guarani, Serra Geral, Bauru e Taubaté) distribuídos pelo território paulista, com vistas a apresentar um diagnóstico detalhado da contaminação por nitrato no estado. Os resultados foram comparados com o padrão de potabilidade estabelecido pela Portaria de Consolidação n°5/2017 do Ministério da Saúde e com o Valor de Prevenção estabelecido pela CETESB no documento “Qualidade das Águas Subterrâneas no Estado de São Paulo - 2016-2018”. Das amostras analisadas, 70 (8,4%) ultrapassam o valor máximo permitido pela Portaria e 159 (18,9%) estão acima do valor de prevenção. Observa-se que o Sistema Aquífero Bauru é o mais impactado pela contaminação por nitrato, em razão de sua ampla extensão, sua natureza aflorante e grande número de poços que extraem água deste sistema. Na condição oposta, o Sistema Aquífero Guarani é o menos impactado, uma vez que a maior parte deste sistema está confinado, impedindo o ingresso de contaminação oriunda da superfície.

Arsenic in Latin America: A critical overview on the geochemistry of arsenic originating from geothermal features and volcanic emissions for solving its environmental consequences.

Geothermal fluids and volcanic emissions are important sources of arsenic (As), resulting in elevated concentrations of As in ground-, surface-water and soil, which may adversely affect the environment. Arsenic originating from geothermal features and volcanic activities is common in Latin America forming a serious threat to the livelihoods of millions of people. This review attempts to provide a critical overview of the geochemistry of As originating from these sources in Latin America to understand what information exists about and what future research needs to be undertaken. This study evaluated 15 countries in Latin America. In total, 423 sites were characterized with As originating from geothermal sources, mostly related to present volcanic activity (0.001 < As<73 mg/L, mean: 36.5 mg/L) and the transboundary Guarani Aquifer System (0.001 < As<0.114 mg/L, mean: 0.06 mg/L). Many of the geothermal systems and volcanoes discussed in this study are close to densely populated cities, including Bogota, Managua, San José, Guatemala City and Mexico City, where total As concentrations in natural ground- and surface- water exceed the safe drinking water guideline of 0.01 mg/L, recommended by the World Health Organization (WHO). However, the wide geographical occurrence of As in geothermal fluids and volcanic emissions of this region is by far not fully understood, so that development of geographical maps based on geographic information system (GIS) is an urgent necessity to understand the real nature of the problem. The assessment of environmental risks and the potential impacts on human health both inadequate and scarce and hence, these gaps need to be addressed by future research. The present holistic assessment of As originating from geothermal features and volcanic emissions would be a driving force to formulate a plan for establishing a sustainable As mitigation in vulnerable areas of Latin America in the near future. An assessment of the geochemistry, mobility and distribution of As would augment the effectiveness of the plan.

Variações espaciais na condutividade hidráulica do solo em área de recarga do Sistema Aquífero Guarani

A condutividade hidráulica de solos constitui informação importante para a compreensão dos processos de infiltração de água, reduzindo incertezas nas estimativas de balanços hídricos em bacias hidrográficas. Além de possibilitar a compreensão da distribuição espacial da recarga em aquíferos livres, auxilia também na elaboração de estratégias de uso racional e integrado de águas superficiais e subterrâneas. Nesse sentido, o trabalho teve como objetivo geral determinar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica em uma bacia hidrográfica localizada na sub-bacia do Alto Jacaré-Pepira, importante zona de recarga do Sistema Aquífero Guarani (SAG), comparando as variações observadas com aspectos fisiográficos e geológicos. A condutividade hidráulica foi medida em campo utilizando-se um Permeâmetro de Guelph, que possibilita a medição da recarga líquida estática responsável pela manutenção da carga hidráulica em um furo artificial no solo. A condutividade hidráulica dos solos na área variou de 1,99E-6 até 6,02E-2 cm s-1, sendo os maiores valores associados a solos arenosos derivados de arenitos das formações Botucatu e Pirambóia, enquanto os menores a solos argilosos, provenientes da alteração de rochas basálticas da Formação Serra Geral. A distribuição espacial da condutividade hidráulica na área da microbacia permitiu verificar a forte correlação entre a condutividade hidráulica e o tipo litológico aflorante, a partir da comparação visual com o mapa geológico da área. A variabilidade da condutividade é correlacionada aos solos na área, e ambos são essencialmente controlados pelas litologias aflorantes e por sua posição no relevo.

Metals risk assessment for children's health in water and particulate matter in a southeastern Brazilian city

Ribeirão Preto City is supplied by the Guarani Aquifer System and suffers with intense environmental degradation due to growth of the vehicle fleet, burning of cane fields and also with water contamination by agricultural products, such as pesticides and fertilizers. The aim of the present study was to assess the human health risk derived from the exposure to metals through water and air (PM10) for two population groups (adults and children) of the municipality of Ribeirão Preto during the dry and wet seasons. Seasonal and spatial assessments of the metal concentrations in supply wells and household waters and the concentrations of PM10 and its metals were also performed. Element concentrations were determined by inductively coupled plasma spectrometry. Environmental exposure to metals were assessed under a residential scenario and estimated considering the three main routes of exposure: ingestion, dermal contact and inhalation. The results showed a higher concentration of PM10 during the dry season, which may be due to the lower precipitation and higher number of burns in this period. Copper in household waters presented a great increase when compared with the concentrations of the supply wells, probably related to the contamination during the route from its source until the residences supply. Although presenting levels in accordance with the national legislation, household waters in the municipality of Ribeirão Preto may be a concern for human exposure to metals for children during the wet season as well as the levels found for the carcinogenic risk (ELCR).

Influência da Tectônica-Rúptil na Hidrogeoquímica do Sistema Aquífero Serra Geral na Bacia Hidrográfica do Rio Ijuí, RS

O presente estudo teve como objetivo integrar dados hidrogeológicos, estruturais e hidrogeoquímicos no âmbito do Sistema Aquífero Serra Geral (SASG) na Bacia Hidrográfica do Rio Ijuí, Noroeste do Rio Grande do Sul, a fim de reconhecer características que permitam aprimorar o entendimento sobre os recursos hídricos subterrâneos da região. A metodologia utilizada na caracterização estrutural compreendeu a compilação de dados hidrogeológicos de poços tubulares, mapeamento de lineamentos tectônicos através de imagens de satélite, confecção de mapas temáticos e análises estatísticas. Já para a caracterização hidrogeoquímica, dados laboratoriais foram tratados estatisticamente através de análise fatorial, permitindo o agrupamento de amostras em três fácies: Fácies Na, Fácies CaMg e Fácies Águas Mistas. Os resultados demonstram que as estruturas geológicas de médio porte (2-4 km) são predominantes na área, com direções preferenciais NE-E e N-NE. Há correlação positiva entre os poços com maiores vazões e as zonas de alta densidade de lineamentos. Quanto à hidrogeoquímica, o estudo indica que as águas subterrâneas possuem diferentes proveniências, sendo a Fácies CaMg relacionada à recarga meteórica e a Fácies Na à mistura com águas do Sistema Aquífero Guarani, que ascendem através de falhas e fraturas das rochas vulcânicas. Esse entendimento foi corroborado pela identificação de correlação positiva entre os poços da Fácies Na e as zonas de alta densidade de lineamentos.

The use of isotopes in evolving groundwater circulation models of regional continental aquifers: The case of the Guarani Aquifer System

AbstractThe Guarani Aquifer System (GAS) has been studied since the 1970s, a time frame that coincides with the advent of isotopic techniques in Brazil. The GAS isotope data from many studies are organized in different phases: (a) the advent of isotope techniques, (b) consolidation and new applications, (c) isotope assessments and hydrochemistry evolution, and (d) a roadmap to a new conceptual model. The reasons behind the phases, their methodological approaches, and impacts on the regional flow conceptual models are examined. Starting with local δ2H and δ18O assessments of values for water fingerprinting and estimates of recharge palaeoclimate scenarios, studies evolved to more integrated approaches based on multiple tracers. Stable isotope application techniques were consolidated during the 1980s, when new dating approaches dealing with radiogenic and heavy isotopes were introduced. Through the execution of an international transboundary project, the GAS was studied and extensively sampled for isotopes. These results have triggered wider application of isotope techniques, reflecting also world research trends. Presently, hydrochemical evolution models along flow lines from recharge to discharge areas, across large‐scale tectonic features within the entire sedimentary basin, are being combined with residence time estimates at GAS outcrop areas and deep confined units. In a complex system, it is normal that many, and even contradictory hypotheses are proposed, but isotope techniques provide a unique chance to test them. Stable isotope assessments are still needed near recharge areas, and they can be combined with groundwater classical dating procedures, complemented by newer techniques (3H‐3He, CFCs, and SF6). Recent noble gas sampling and world pioneer analytical efforts focused on the confined units in the GAS will certainly led to new findings on the overall GAS circulation. The objective of this article is to discuss how isotope information can contribute to the evolution of conceptual groundwater flow models for regional continental aquifers, such as the GAS.

Evaluación del impacto de nuevas perforaciones en el Sistema Acuífero Guaraní sobre el conjunto de pozos operando en las ciudades de Concordia y Salto

The Guarani Aquifer System (SAG), which includes parts of Brazil, Argentina, Paraguay, and Uruguay, is one of the largest reservoirs of fresh water in the world. Near the city of Concordia and Salto, the aquifer is confined by proximally a kilometer of basalts and is exploited for recreational use. In this context, a groundwater water model was created for this area, which comprises 15 wells, based on previous regional and local studies. Also, the geological model was updated by considering new drilling information and geophysical studies. During the calibration process, fixed contour levels, compatible with regional piezometry, conductivity and specific storage values were estimated, in a way that the history of the piezometry variation was recreated. As a result, a mathematical model capable of reproducing the SAG behavior in the study area was generated. Through the model, an impact map for new wells drilling was created which can be used by the regulatory bodies for well permits in Argentina and Uruguay to evaluate the impact of new drillings.

Groundwater Recharge Decrease Replacing Pasture by Eucalyptus Plantation

An important unsolved question in hydrology science is the consequence of the Eucalyptus afforestation on groundwater recharge. Here, we assessed recharge estimates before and after converting pasture cover to Eucalyptus plantation. Groundwater levels, recharge, rainfall (P) and actual evapotranspiration (ET) were evaluated from 2004 through 2016 over an outcrop area of the Guarani Aquifer System (GAS) in the southeastern Brazil. Recharge was estimated using the water-table fluctuation method. We observed a decrease of 100 mm/year in groundwater levels after land use changed from pasture to Eucalyptus. The average recharge decreased from 407 mm/year (27% of mean P) to 194 mm/year (13% of mean P) after land use change over the study area. We found a recharge decrease of 19% in 2012 and 58% in 2013 under similar annual rainfall in comparison with the long-term mean recharge (from 2004 to 2016). Our results indicated that the high values of ET observed in Eucalyptus plantation decreases water availability for recharge. Therefore, our findings are important to agencies for decision-making in water resources regarding the management of land cover and land use.

Hydrogeochemical modeling of fluoride contents in groundwater in outcrop area of Guarani Aquifer System, southern Brazil

Groundwater quality problems with high fluoride contents were studied in an outcrop area on a portion of Guarani Aquifer System (GAS), in the state of Rio Grande do Sul, southern Brazil. The methodology was based on the evaluation of tectonic structures lineaments and geochemical modeling of 13 groundwater physical-chemical data with anomalies of fluoride from tube wells. The lineaments trace and speciation code PHREEQC 3.3.5 used suggest the occurrence of distinct mineralogical contributions, in which the precipitation of carbonate minerals from the mineral structure of the GAS sandstone and cation exchange play a fundamental role in the hydrogeochemistry of fluoride. The results were analyzed by the main transects, which allowed the definition of characteristics of mineral dissolution and precipitation in the environment. The halite and sylvite showed dissolution tendencies along the traced transects, towards the mineral equilibrium. The fluorite mineral presented undersaturation with tendencies to mineral equilibrium and, possibly, precipitation in the most salinized waters. The applied methodology allowed the extraction of information for a better understanding of the hydrogeochemical dynamics of salinized waters and their water/rock interactions in outcrop area of the GAS, constituting a material to support the research of anomalous fluoride concentrations in groundwater and the practices of management of this important aquifer system.

Análise temporal do nível estático dos poços de abastecimento público da área urbana de Campo Grande

A utilização da água subterrânea no abastecimento público de grandes cidades é uma demanda crescente. Na área urbana de Campo Grande (MS), 46 % do abastecimento público é oriundo de poços tubulares profundos dos sistemas aquíferos Bauru, Guarani e Serra Geral. Por meio de gráficos da profundidade de níveis estáticos e mapas de rebaixamentos, gerados a partir de dados obtidos na perfuração e em 2016, foi possível fazer uma análise temporal dos resultados. O Sistema Aquífero Bauru (SAB) apresenta um rebaixamento do nível estático de 2,4 metros na área urbana, após 5 anos de operação. O Sistema Aquífero Guarani (SAG) apresenta 34 metros de rebaixamento em 22 anos de operação de poços, sendo um indicativo de aprofundamento regional desses níveis. O Sistema Aquífero Serra Geral (SASG) é o sistema aquífero que apresenta valores menores de rebaixamentos, contemplando até 30 anos de monitoramento. A classificação de produtividade dos aquíferos brasileiros do Serviço Geológico do Brasil baseada na capacidade específica, atribui um alto potencial hidrogeológico aos sistemas aquíferos no Mato Grosso do Sul. Para o SAB classifica-se como um sistema aquífero de produtividade alta; o SAG como um sistema aquífero de produtividade muito alta e o SASG como um sistema aquífero de produtividade moderada. Assim, a avaliação temporal periódica dos sistemas aquíferos se faz necessária, visando tanto o abastecimento contínuo de grandes cidades quanto o entendimento do comportamento dos sistemas aquíferos ao longo dos anos.

Production of scale in regional hydropolitics: An analysis of La Plata River Basin and the Guarani Aquifer System in South America

This article analyses the production of scale in the La Plata River Basin and Guarani Aquifer System within regional hydropolitics in South America. We argue that different political and ecological scales acquire prominence according to the national political goals at stake, reproducing multi-scalar politics within and beyond South America. To support this argument, this article presents a literature review on the concept of scale in geography that explores the production of, and interaction among scales. The article then takes a historical approach to the evolving scales associated with the cases of the La Plata River Basin and Guarani Aquifer System to show how Brazil exerts hydropolitical regional hegemony through the construction of infrastructure and signing of agreements and treaties. Rather than a simple case of conflict or cooperation over water resources, these episodes represent a continuum of political interactions engendered by specific political goals and involving different social actors.

Application of Refraction Seismic On the Vulnerability of Underground Aquifers

The multichannel seismic survey consists of a geophysical technique of indirect quantification, whose principles are based on the acoustic properties of the seismic waves produced locally. The current study deals with seismic refraction, whose main advantages are avoidance of any environmental impact during the exploration, low cost and a fast way to present the results. The objective of the technique is to show acoustic characteristics of the geological environment, such as the propagation velocity of the P wave allowing the estimation of the type of rock that constitutes the subsoil. The layers depths determination depends on velocities estimated in the data analysis. The information provided by the seismic survey is used to determine the degree of vulnerability of local groundwater reserves. The region of interest of this study is the central depression of the State of Rio Grande do Sul, Brazil. This region consists of one of the recharge areas of the Guarani Aquifer System. This system consists of a set of geological formations rich in sand and poor in clay, which results in a kind of compartmentalized sponge with potential to accumulate groundwater, covered by impermeable rock. Profiles analyzed, in the region of the municipality of Santa Cruz do Sul suggest the presence of basalt, argillite and sandstone at approximately 10 meters depth. These conditions indicate a vulnerability of the aquifer which varies laterally. Therefore, some regions showed to be less protected than others, requiring more attention on the possibility of propagation of some contaminant.

APLICAÇÃO DA CONDUTÂNCIA LONGITUDINAL NA ESTIMATIVA DA VULNERABILIDADE NATURAL DO SISTEMA AQUÍFERO GUARANI NO ESTADO DE SÃO PAULO

Este trabalho apresenta os resultados provenientes do processamento de dados geofísicos, adquiridos através de sondagens elétricas verticais desenvolvidas no Sistema Aquífero Guarani (SAG), no Estado de São Paulo. Estes ensaios geoelétricos foram realizados pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) nas décadas de 1970 e 1980. Com base nestes dados, o objetivo deste trabalho foi avaliar a vulnerabilidade natural do Sistema Aquífero Guarani no Estado de São Paulo, através do parâmetro geofísico condutância longitudinal unitária, considerando o pacote de rochas sobrepostas ao aquífero (sedimentos do Grupo Bauru e basaltos da Formação Serra Geral). Os ensaios geofísicos aliados a dados de poços tubulares produziram resultados satisfatórios, em termos de caracterização da geologia regional e delineamento do contorno de estruturas. O mapa de vulnerabilidade natural apresentou resultados robustos, indicando que as áreas mais vulneráveis estão situadas nas imediações da área de afloramento do SAG. Regiões menos vulneráveis se concentram na porção central da bacia sedimentar (área de confinamento do SAG). Portanto, a condutância longitudinal constitui um método bastante promissor na estimativa da vulnerabilidade natural de aquíferos. Assim, é viável sua aplicação como alternativa aos modelos tradicionais, principalmente em regiões com escassez de dados, constituindo uma importante ferramenta para a proteção de aquíferos.

Estruturas locais condicionantes das características geométricas e hidráulicas do sistema Aquífero Guarani (SAG): alto estrutural da fazenda Santa Helena, município de Boa Esperança do Sul (SP)

Denominou-se Alto Estrutural da Fazenda Santa Helena (AEFSH) à subestrutura identificada em subsuperfície por perfurações de poços para captação de água subterrânea no Sistema Aquífero Guarani (SAG), alojada no Alto do Jacaré-Guaçu na região das bacias hidrográficas dos rios Jacaré-Guaçu e Jacaré-Pepira, Município de Boa Esperança do Sul (SP). Ainda com extensão não delimitada, o AEFSH representa estrutura de pequeno porte que condiciona as características geométricas e hidráulicas do SAG. Dados de poços profundos e de perfilagem geofísica mostraram que o SAG está representado, na área, por arenitos finos a muito finos, argilosos, intercalados por frequentes camadas de argilito. Essa sucessão, pertencente à porção basal da Formação Piramboia, assenta-se sobre siltitos e argilitos da Formação Corumbataí. A espessura reduzida, da ordem de 80 m, e as características litológicas locais do SAG afetam negativamente a transmissividade do aquífero, resultando em poços com baixa produtividade. O presente trabalho dá conhecimento da existência dessa subestrutura que exerce influência no armazenamento hídrico e nas potencialidades locais do SAG, e chama a atenção para a possibilidade de haver inúmeras outras em contexto geológico similar ou ocultas sob a cobertura basáltica da Formação Serra Geral e sedimentar do Grupo Bauru.

Anisotropia e confinamento hidráulico do Sistema Aquífero Guarani em Ribeirão Preto (SP, Brasil)

Um teste de bombeamento com 171 horas de duração e vazão constante foi realizado no Sistema Aquífero Guarani (SAG) para obter seus parâmetros hidráulicos e testar a existência de drenança através de um pacote de 84 metros de basalto do Aquitarde Serra Geral, que o recobre, e através dos sedimentos da Formação Corumbataí, sotoposta a ele. O ensaio foi realizado em um poço de bombeamento com monitoramento da carga hidráulica em dois piezômetros multiníveis, localizados no Distrito de Bonfim Paulista, pertencente ao município de Ribeirão Preto, São Paulo, e situado 10 km ao sul da área urbana dessa cidade. Os resultados indicaram a inexistência de drenança; e o rebaixamento do nível de água registrado nas duas direções distintas em que os piezômetros com filtros no SAG foram instalados em relação ao poço de bombeamento permitiu determinar a existência de anisotropia da condutividade hidráulica. Os parâmetros hidráulicos obtidos com esse ensaio, após correção dos dados para penetração parcial do poço de bombeamento e presença de anisotropia, foram a condutividade hidráulica de 5,3 × 10-6 e 8,1 × 10-6 m/s, e o coeficiente de armazenamento de 1,6 × 10-3 e 8,4 × 10-4 para os piezômetros PPE-1G e PPE-2G, respectivamente. A orientação do eixo com maior valor de transmissividade (Tx = 1,9 × 10-3 m2/s) é N-S, e a de menor (Ty = 1,2 × 10-3 m2/s) é E-W. No plano horizontal, a relação entre esses valores é de 1,55. A ausência de estabilização do nível de água durante o bombeamento no SAG indica que a drenança é insignificante ou inexistente, tanto nos basaltos quanto através da Formação Corumbataí.

Potential for aquifer contamination of anthropogenic activity in the recharge area of the Guarani Aquifer System, southeast of Brazil

Understanding the response of physical environment to anthropogenic activities assists land use planning aimed at protecting water resources, which prevents society from incurring major economic and social costs. This paper aimed to identify the potential contamination of groundwater by human activity at an outcropping area of Guarani Aquifer System (GAS), the most important hydrogeological unit in South America. The methodology used was based on a multi-criteria analysis using decision matrices to analyze, from algebra mapping in a GIS environment, the influence of rock units, aquifer units, soil classes, steepness, slope shape, and land cover and use in contamination potential. Overall, medium to very high potential for groundwater contamination predominates in the area, amounting to 69.23%. In such areas, when the absence of federal or state law which defines the areas of protection for recharge, the master plans of the municipalities located in the GAS outcropping regions play an important role in complementing the legislation. São Carlos, has its own legislation that aims to control land use in areas of springs, and thereby to protect them. However, the GAS recharge areas near the surface are not contemplated, and specific regulation and standards for deployment of human activity in these areas, have not been established. Therefore, it is suggested that territorial planning to be carried out on a more refined scale. Given that the natural conditions and anthropogenic activities performed in the area of study are reflected in many other periurban wellheads, as well as that of the Guarani Aquifer outcropping are, the decision matrices designed can be applied and serve as an agile tool to define the recharge areas to be protected on a preliminary basis.

Variações na composição das águas subterrâneas do Sistema Aquífero Serra Geral em território brasileiro e sua relação com anomalias hidrogeoquímicas

O Sistema Aquífero Serra Geral (SASG), que se estende pelos territórios brasileiro, argentino, paraguaio e uruguaio, representa um importante reservatório de águas subterrâneas, utilizado para o abastecimento público e o desenvolvimento de atividades agroindustriais nesta região. No entanto, apesar de sua qualidade, várias anomalias hidrogeoquímicas vêm sendo reportadas. Este trabalho analisou laudos hidrogeoquímicos de águas subterrâneas do SASG no território brasileiro com ênfase especial a alguns parâmetros constantes da Resolução CONAMA 396/2008 e da Portaria de Consolidação nº5/2017 do Ministério da Saúde (pH, sólidos totais dissolvidos, cloreto, nitrato, sulfato, fluoreto e sódio), buscando identificar variações na composição dessas águas e suas relações com anomalias hidrogeoquímicas e aspectos hidrogeológicos regionais. No total foram analisados 3007 laudos hidrogeoquímicos de poços tubulares que captam águas do SASG. Deste total, 96,3% indicam condições adequadas ao consumo, em relação aos parâmetros analisados. Os elementos, em ordem de importância, que apontam para restrição ao consumo foram: Flúor, Cloreto, Sódio, Sulfato, Sólidos Totais Dissolvidos, Nitrato e pH. A partir da distribuição espacial dos parâmetros, identificaram-se zonas anômalas, situadas na divisa entre SC e RS, sudeste de RS e centro de SP. A ocorrência de tais zonas está associada à interação água/rocha nesses locais, ao uso e ocupação do solo e à ascensão de águas do aquífero sotoposto ao SASG, o Sistema Aquífero Guarani (SAG).

Groundwater and surface water connectivity within the recharge area of Guarani aquifer system during El Niño 2014–2016

AbstractRecharge areas of the Guarani Aquifer System (GAS) are particularly sensitive and vulnerable to climate variability; therefore, the understanding of infiltration mechanisms for aquifer recharge and surface run‐off generation represent a relevant issue for water resources management in the southeastern portion of the Brazilian territory, particularly in the Jacaré‐Pepira River watershed. The main purpose of this study is to understand the interactions between precipitation, surface water, and groundwater using stable isotopes during the strong 2014–2016 El Niño Southern Oscillation event. The large variation in the isotopic composition of precipitation (from −9.26‰ to +0.02‰ for δ18O and from −63.3‰ to +17.6‰ for δ2H), mainly associated with regional climatic features, was not reflected in the isotopic composition of surface water (from −7.84‰ to −5.83‰ for δ18O and from −49.7‰ to +33.6‰ for δ2H), mainly due to the monthly sampling frequency, and groundwater (from −7.04‰ to −7.76‰ for δ18O and from −49.5‰ to −44.7‰ for δ2H), which exhibited less variation throughout the year. However, variations in deuterium excess (d‐excess) in groundwater and surface water suggest the occurrence of strong secondary evaporation during the infiltration process, corresponding with groundwater level recovery. Similar isotopic composition in groundwater and surface water, as well as the same temporal variations in d‐excess and line‐conditioned excess denote the strong connectivity between these two reservoirs during baseflow recession periods. Isotopic mass balance modelling and hydrograph separation estimate that the groundwater contribution varied between 70% and 80%, however, during peak flows, the isotopic mass balance tends to overestimate the groundwater contribution when compared with the other hydrograph separation methods. Our findings indicate that the application of isotopic mass balance methods for ungauged rivers draining large groundwater reservoirs, such as the GAS outcrop, could provide a powerful tool for hydrological studies in the future, helping in the identification of flow contributions to river discharge draining these areas.

Planning by the rules: A fair chance for the environment in a land-use conflict area

The establishment of protected areas is one of the most common environmental policy tools which can effectively contribute to landscape protection, biodiversity conservation, and ecosystem services provision. In this sense, the Brazilian Law on Native Vegetation Protection establishes the legal reserves, mandatory protected spaces within private rural lands, which seek to maintain and restore ecological functions and promote biodiversity conservation. This paper aims to present an approach that attempted to locate potential protected spaces, in the form of legal reserves, in the East Zone of Ribeirão Preto – a recharge zone of the Guarani Aquifer System. We made use of seven criteria to create five possible scenarios with varying priorities for native vegetation protection or restoration. Then, we used eight landscape metrics, as well as the level of compliance with the law, to discuss the viability of each scenario in terms of ecological thresholds and landscape indicators. We found only one scenario (the broader perspective on recovering the natural vegetation corridors) capable of meeting the ecological and legal requirements. We conclude that using less data-demanding methods, such as the one applied in this research, could be useful in assisting decision-making regarding the selection of areas for conservation or restoration.