Geophysical characterization and groundwater flux numerical modelling of an outcrop area of the Guarani Aquifer System

A compreensão da circulação da água em aquíferos requer o levantamento de suas características intrínsecas relacionados à hidrogeologia e às variáveis do ciclo hidrológico. Embora a interface entre as formações geológicas do Sistema Aquífero Guarani (SAG) venha sendo mapeada para verificar a susceptibilidade à explotação e contaminação, faz-se necessário conhecer a heterogeneidade estratigráfica em suas áreas de afloramento. Este estudo visa investigar as propriedades hidrogeológicas usando técnicas geofísicas e modelar numericamente o escoamento subterrâneo em área de afloramento do SAG. Foram utilizados o Ground Penetratring Radar com antena de 200MHz, a sondagem elétrica vertical com arranjo Schlumberger e o imageamento elétrico com arranjo dipolo-dipolo. A interface usada para a modelagem numérica por elementos finitos foi o Simulador de Processos em Aquíferos (SPA). As técnicas geofísicas contribuíram para o modelo numérico com a definição de duas regiões com diferentes condutividades hidráulicas, sendo a maior condutividade próxima à área de descarga. Também foi possível definir uma condição de contorno de fluxo não-nulo pela interpretação dos imageamentos elétricos. Um longo período de 14 anos hidrológicos para uma área com intensa mudança de uso do solo e registro de crise hídrica foi bem simulado pelo modelo numérico apresentando coeficientes de Kling-Gupta não paramétrico (KGENP) para os poços entre 0,52 (P8) e 0,89 (P16) e para vazão de base entre 0,66 (EF-SMF) e 0,93 (CP2). A análise das incertezas e heterogeneidade espaçotemporal da recarga podem contribuir para este trabalho e melhorar o balanço hídrico da área de afloramento do SAG.Groundwater flux comprehension depends on knowledge of hydrogeological parameters and the water cycle, specially the recharge process. Although geological interfaces of the Guarani Aquifer System have been mapping to verify exploitation and contamination susceptibility, stratigraphy heterogeneity of the outcrop areas are not thoroughly known. The aims of this study are hydrogeological characterization from geophysical techniques and groundwater flux numerical modelling. Ground Penetrating Radar with a 200 MHz antenna, vertical electrical sounding with Schlumberger array and electrical resistivity tomography with dipole-dipole array were used. Also, a finite element model was applied to groundwater flux analysis. Geophysical techniques helped to define two hydraulic conductivity regions and a specified flux boundary condition. A 14-year-long groundwater flux model for an area under intense land use changes and water shortage scenario was well simulated. The non-parametric Kling-Gupta (KGENP) coefficient for the groundwater level varied between 0.52 (P8) and 0.89 (P16); and the KGENP calculated with the baseflow values ranged between 0.66 (EF-SMF) and 0.93 (CP2). More studies are suggested to scientific improvement related to the uncertainty and spatiotemporal heterogeneity recharge of outcrop zones of the Guarani Aquifer System to a better water balance understanding