Estimativa da recarga subterrânea em bacia hidrográfica do semiárido pernambucano a partir de técnicas de sensoriamento remoto e sistemas de informações geográficas

FACEPEAs limitações de dados pontuais para a estimativa da recarga subterrânea em grandes áreas ainda é um grande desafio para uma boa gestão desse recurso hídrico, principalmente em regiões semiáridas. Por causa da escassez de dados observados, a abordagem desta pesquisa estabelece uma integração entre um conjunto de variáveis do balanço hídrico, obtidas a partir de imagens de satélites, para estimar a distribuição espacial da recarga das águas subterrâneas na bacia hidrográfica do rio Ipanema (BHRI), localizada no estado de Pernambuco, Nordeste do Brasil. Os dados de sensoriamento remoto empregados incluem mapas mensais (2011-2012) de precipitação, escoamento superficial e evapotranspiração, utilizados como entradas para a aplicação do método do balanço hídrico (pixel a pixel) em um Sistema de Informação Geográfica (SIG). A precipitação utilizada foi derivada do satélite TRMM (3B43.v7) e seguiu o mesmo padrão médio mensal observado em 15 estações pluviométricas distribuídas pela área de estudo (CC = 0,93 e REQM = 17,1 mm), com estimativas médias anuais de 894,3 (2011) e 300,7 mm (2012). O escoamento superficial, adquirido pelo método SCS-CN a partir de informações dos solos da região e imagem do sensor TM, foi equivalente a 29% da precipitação registrada pelo TRMM durante os dois anos do estudo. Já a evapotranspiração real, obtida pela aplicação do SEBAL em imagens do sensor MODIS, apresentou valores médios anuais de 1.190 (2011) e 1.072 mm (2012). Os resultados do balanço hídrico mostraram que a recarga subterrânea na BHRI apresentou uma grande diferença interanual, caracterizada pelos regimes pluviométricos distintos, com médias de 28,1 (2011) e 4,9 (2012) mm ano-1. Essas recargas foram concentradas principalmente entre os meses de janeiro a julho nas regiões compostas por sedimentos aluviais e outros solos de alta permeabilidade. As aproximações da recarga subterrânea por sensoriamento remoto foram comparadas ao método WTF (Water Table Fluctuation) em uma área específica de aluvião na BHRI. As estimativas realizadas pelas duas metodologias apresentaram boa concordância anual, com valores médios de 154,6 (WTF) e 120,9 (balanço hídrico) mm em 2011, que correspondem a 14,89 e 13,12% das precipitações registradas pelo pluviômetro e pelo TRMM, respectivamente. Para o ano de 2012, apenas a metodologia WTF registrou uma recarga muito baixa de 15,9 mm. Como os estudos referentes ao tema ainda são incipientes, os valores gerados nesta tese fornecem uma boa percepção do potencial do sensoriamento remoto para avaliar as taxas desse importante componente do balanço hídrico na BHRI.The limitations of data points to estimate the groundwater recharge over large areas are still a challenge for a good management of water resource, especially in semi-arid regions. Due to the deficiency of observed data, the approach of this research establishes an integration of hydrological cycle variables obtained from satellite images to estimate the spatial distribution of groundwater recharge in the Ipanema basin river (BHRI), located in the Pernambuco state, northeastern of Brazil. The remote sensing data used, which include monthly maps (2011-2012) of rainfall, runoff and evapotranspiration were used as input to apply the water balance method (pixel by pixel) in a Geographic Information System (GIS). The rainfall used was derived from the TRMM satellite (3B43.v7) and has the same monthly average observed temporal distribution in 15 rain gauges distributed over the study area (CC = 0.93 and RMSE = 17.1 mm), with annual average estimates of 894.3 (2011) and 300.7 mm (2012). The runoff acquired by SCS-CN method from information soil of the region and TM sensor image was equivalent to 29% of the TRMM rainfall registered during the two years of the study. The actual evapotranspiration obtained by the SEBAL application in MODIS images presented annual average of 1,190 (2011) and 1,072 (2012) mm. The results of the water balance showed a large interannual difference in the BHRI groundwater recharge, characterized by different rainfall regimes with averages of 28.1 (2011) and 4.9 (2012) mm year-1. These recharges were mainly concentrated between January to July in the regions with alluvial sediments and others high permeability soils. The groundwater recharge approach by remote sensing was compared to the WTF method (Water Table Fluctuation) in a specific area of alluvium in the BHRI. The estimates performed by the two methods showed good annual agreement, with mean values of 154.6 (WTF) and 120.9 (water balance) mm in 2011, corresponding to 14.89 and 13.12% of rainfall recorded at the rain gauge and TRMM, respectively. For the second year, just WTF method recorded a very low recharge of 15.9 mm. Studies related to the groundwater recharge involving remote sensing are incipient and the values generated in this thesis provide a good perception of the methodology to evaluate the rates of this important component of the water balance in the BHRI