Contribuição do fluxo de base na vazão de rios em áreas tropicais com alto índice pluviométrico: uma análise para a bacia do rio Atrato, Colômbia

Abstract

A compreensão dos processos de geração de escoamento nos rios torna necessário o entendimento das interações existentes entre as águas superficiais e subterrâneas, identificando a importância do fluxo de base (FB), e consequentemente dos processos de recarga, para as estimativas de balanço hídrico. A recarga representa a entrada da água na zona saturada e o FB representa a fração do escoamento produto da conexão entre o canal e o aquífero. Em épocas de estiagem a água subterrânea é considerada como a principal componente do FB, e em regiões úmidas é possível se associar a recarga com o FB. No presente estudo foram realizadas as estimativas do FB para 17 sub-bacias localizadas na bacia do rio Atrato (Colômbia). A partir da análise do comportamento temporal da descarga, e considerando o Q90 como parâmetro comparativo do FB, foi identificada uma estreita relação com as variáveis fisiográficas. As bacias com Q90 entre 5,3 e 10,0 mm/dia correspondem as menores declividades médias no curso do rio e Q90 inferiores (1,0 e 5,2 mm/dia) correspondem as maiores declividades. Não foi identificada uma correlação forte entre o FB e a litologia, a partir do qual ressalta-se a importância de categorizar as unidades hidrogeológicas de uma maneira mais detalhada. Posteriormente, foi realizada uma análise de recessão, que definiu a recessão característica (12,8<K[dia]<28,0) e o coeficiente de recessão das bacias (0,92<c<0,96), e consequentemente a separação do hidrograma implementando os seguintes filtros digitais: Filtro de Lyne e Hollick (FLH), Filtro Chapman e Maxwell (FCM), Filtro de Eckhardt (FE), Filtro Inverso (FI) e Filtro adaptado por Collischonn e Fan (FCF). A comparação com as vazões observadas durante os períodos de recessão indicou que o ajuste linear proposto no FCF não apresentou resultados satisfatórios e não é recomendado para esta região. Considera-se que o FI sobrestima os valores do FB. Contrariamente, o FCM subestima os valores de FB e o FLH suaviza as series, mas não representa o hidrograma total. Por sua parte o FE apresentou o melhor coeficiente de determinação (R2=0,88), a partir do qual foram estimados os FB (0,56<BFI<0,80), as taxas de recarga (34<R[%]<77) e o armazenamento subterrâneo (0,06<S[mm/ano]<0,35). Para regiões com altas pluviosidade, podem-se incluir nas estimativas do FB os fluxos subsuperficiais. Os resultados obtidos deverão ser avaliados e validados mediante a implementação da separação do hidrograma por métodos de traçadores químicos e isotópicos.

Comprehension about runoff generation process in rivers becomes necessary to understand interactions between surface and groundwater, identifying the importance of base flow (BF) and recharge processes in water balance applications. Recharge represents the water entrance into the saturated zone and the BF shows the fraction of the runoff result from the connection between the river and the aquifer. On dry periods groundwater is the main component of the BF, which in wet regions is associated with the recharge. In this study, the BFs were estimated for the 17 subbasins, located in the Atrato River basin (Colombia). Through the analysis of the temporal behavior of the river discharge and considering the Q90 as a comparative parameter of the BF, a close relationship between the Q90 and the physical variables was identified. Basins with Q90 between 5.3 and 10.0 mm/day correspond to rivers with higher slopes and lower Q90 (between 1.0 and 5.2 mm/day) correspond to basins with lower river slopes. A correlation between BF and lithology was not identified, which proves the importance of the detailed classification of the hydrogeological units. Subsequently, a recession analysis was performed, which allowed for the definition of the characteristic recession (12.8<K[day]<28.0) and the recession coefficient of the basins (0.92<c<0.96). Finally, the separation of hydrographs was done using the flowing digital filters: Lyne and Hollick filter (FLH), Chapman and Maxwell filter (FCM), Eckhardt filter (FE), Inverse filter (FI) and the adapted filter by Collischonn and Fan (FCF). The proposed linear equation in the FCF did not show a satisfactory adjustment, that is why is not recommended for the use on this region. It is considered that the FI overestimates the values of BF. as it does the FCM filter. The series were softened by the FLH filter, however, it does not represent the total hydrograph conditions. At this point, the FE showed the best coefficient of determination (R2 = 0.88), starting from the BFs estimated (0,56<BFI<0,80), the recharge rates (34 < R [%] < 77) and underground storage (0.06 <S[mm.year-1] < 0.35). For regions with high rainfall it is possible to include subsurface flows in the estimation of the BFs. Therefore, the results obtained should be validated through the implementation of hydrographic separation methods by isotope techniques.

La comprensión de los procesos de generación de escorrentía en los ríos hace necesario el entendimiento de las interacciones existentes entre las aguas superficiales y subterráneas, identificando la importancia del flujo base (FB) y de los procesos de recarga en aplicaciones de balance hídrico. La recarga representa la entrada de agua en la zona saturada y el FB representa la fracción de la escorrentía producto de la conexión con el acuífero. En periodos secos el agua subterránea es la principal componente del FB, que en regiones húmedas es asociado con la recarga. En este estudio fueron estimados los FB para 17 subcuencas, ubicadas dentro de la cuenca del río Atrato (Colombia). A partir del análisis del comportamiento temporal de la descarga del río y considerando el Q90 como parámetro comparativo del FB, fue identificada la estrecha relación entre el Q90 y las variables físicas. Cuencas con Q90 entre 5,3 y 10,0 mm/día corresponden a ríos con mayores pendientes y Q90 inferiores (entre 1,0 y 5,2 mm/día) corresponden a cuencas con menores pendientes del río. No fue identificada una correlación entre o FB y la litología, por lo que se resalta la importancia de una clasificación detallada de las unidades hidrogeológicas. A continuación, fue realizado un análisis de recesión, que permitió la definición de la recesión característica (12,8 <K[día] < 28,0) y el coeficiente de recesión de las cuencas (0,92 <c< 0,96), y posteriormente la separación del hidrograma usando los siguientes filtros digitales: Filtro de Lyne y Hollick (FLH), Filtro de Chapman y Maxwell (FCM), Filtro de Eckhardt (FE), Filtro Inverso (FI) y Filtro adaptado por Collischonn y Fan (FCF). La ecuación lineal propuesta en el FCF no presentó un ajuste satisfactorio, por lo que no es recomendado su uso para esta región. Se considera que el FI sobrestima los valores de FB. Caso contrario, el FCM subestima el FB. las series son suavizadas por el FLH, sin embargo, no representa las condiciones del hidrograma total. Por su parte el FE presentó el mejor coeficiente de determinación (R2 = 0,88), a partir del cual fueron estimado los FB (0,56 <BFI< 0,80), las tasas de recarga (34 < R [%] < 77) y el almacenamiento subterráneo (0,06 <S[mm/año] < 0,35). Para regiones con alta pluviosidad, es posible incluir flujos subsuperficiales en la estimación del FB. Por lo tanto, los resultados obtenidos deberán validarse mediante la implementación de métodos de separación del hidrograma por técnicas de isotopos.