Integração entre variáveis ambientais na avaliação da interação entre as águas em diferentes domínios hidrogeológicos para gestão de bacias hidrográficas

Abstract

As mudanças antropogênicas nas paisagens exercem alterações na disponibilidade dos aquíferos em contribuir para manter fluindo os rios das bacias hidrográficas na forma do escoamento de base. À vista disso, a presente pesquisa teve o objetivo de propor uma metodologia de integração entre variáveis ambientais como instrumento de avaliação da interação entre águas subterrâneas e superficiais em diferentes domínios hidrogeológicos para gestão de bacias hidrográficas. A metodologia consistiu no estabelecimento de um cenário balizador de disponibilidade de águas, ou seja, de máxima disponibilidade do escoamento de base, mensurado pelo Índice do Fluxo de Base (BFI) para um cenário hipotético de cobertura natural de bacia hidrográfica. O cenário balizador é um nível de medida situacional do ordenamento territorial quanto ao ganho, ou à perda, na perenidade de águas entre os cenários de usos e coberturas da terra. A partir de uma matriz de cruzamento da Velocidade Média do Escoamento Superficial (VmES), usando a declividade e classificações de uso e cobertura da terra antropogênicos (anos de 1985, 1993, 2001, 2009 e 2018), o cenário hipotético de condição natural foi simulado no QGIS para as bacias hidrográficas representativas de cinco domínios hidrogeológicos definidos para o estado de Santa Catarina: Cristalino; Bacia Sedimentar Paleozoica; Sistema Aquífero Integrado Guarani/Serra Geral (SAIG/SG) com SAG Não Confinado e Semiconfinado; SAIG/SG com SAG Semiconfinado a Confinado; e Depósitos Cenozoicos. Além disso, em planilha, séries de vazão foram empregadas na determinação do BFI médio global para o período de 1981 a 2018, em correspondência aos cenários antropogênicos, com o filtro digital recursivo de Eckhardt. A fim de estimar o BFI natural específico por cenário observado, procedeu-se com a obtenção do BFI específico — distribuição proporcional do BFI médio global pelas VmES específicas do cenário; e do Coeficiente de variação da VmES específica natural (CVmES) — razão entre a VmES específica de um cenário observado e a VmES específica do cenário balizador. A média de valores do BFI natural específico resultou no BFI médio global natural. Esse dado foi admitido como indicador no Índice Geoambiental do Escoamento de Base (IGEB), razão entre o BFI médio global dos cenários antropogênicos e o BFI médio global do cenário balizador das bacias hidrográficas representativas. Orientado por um fluxograma de suporte à decisão, esse diagnóstico permite avaliar, qualitativamente, os cenários observados com uma classificação semafórica, apontando estratégias de aumento da disponibilidade do escoamento de base pela gestão de uso e cobertura da terra, conforme a necessidade de reidratação das paisagens. Dentre as limitações, cita-se a ausência de dados observados do BFI para os cenários balizadores de condição natural; a heterogeneidade hidrogeológica das bacias hidrográficas em Santa Catarina; o represamento de águas; a superexplotação de poços; e a variabilidade do regime pluviométrico. Apesar disso, a metodologia pode ser usada para comparar bacias hidrográficas, independentemente do domínio hidrogeológico; verificar quais delas requerem atenção prioritária; e sensibilizar, bem como mobilizar, a sociedade ao facilitar a divulgação de dados da indissociabilidade de águas. Enfatiza-se, ainda, a outra forma de pensar a gestão de águas, diferenciando-a da noção das águas apenas como recurso natural, contemplando o seu papel ecológico e para os seres humanos pela incorporação de três pressupostos de abordagem geossistêmica: o ciclo hidrológico como integrante de um equilíbrio natural geossistêmico; a segurança hídrica como uma questão de déficit hídrico e do modelo civilizatório; e a gestão de águas como integrada (institucionalmente), integradora (das águas superficiais e subterrâneas) e participativa (com a participação de todos).

Anthropogenic changes in landscapes exert changes in the availability of aquifers that contribute to keeping rivers in watersheds flowing in the form of baseflow. In view of this, the present research aimed to propose a methodology for integrating environmental variables as an instrument for evaluating the interaction between groundwater and surface waters in different hydrogeological domains for watershed management. The methodology consisted of establishing a benchmark scenario for water availability, that is, the maximum availability of baseflow, measured by the Baseflow Index (BFI) for a hypothetical scenario of the watershed's natural landscape. The benchmark scenario is a situational measure of territorial planning regarding the gain or loss in perennial water between land use and land cover scenarios. From an Average Surface Runoff Velocity (VmES) matrix, using the slope and anthropogenic land use and cover classifications (years 1985, 1993, 2001, 2009 and 2018), the hypothetical natural condition scenario was simulated in QGIS for representative watersheds of five hydrogeological domains defined for the State of Santa Catarina, in Brazil: Crystalline; Paleozoic Sedimentary Basin; Guarani/Serra Geral Integrated Aquifer System (SAIG/SG) with Unconfined and Semiconfined SAG; SAIG/SG with SAG Semiconfined to Confined; and Cenozoic Deposits. Furthermore, in a spreadsheet, flow series were used to determine the global mean BFI for the period from 1981 to 2018, corresponding to anthropogenic scenarios, with Eckhardt's recursive digital filter. In order to estimate the specific natural BFI by an observed cenario, it was obtained the specific BFI — proportional distribution of the global mean BFI by the specific VmES from the scenario; and the Coefficient of variation of the natural specific VmES (CVmES) — ratio between the specific VmES of an observed scenario and the specific VmES of the benchmark scenario. The average of specific natural BFI values resulted in the natural global mean BFI. This data was admitted as an indicator in the Baseflow Geoenvironmental Index (IGEB), the ratio between the global mean BFI of the anthropogenic scenarios and the global mean BFI of the benchmark scenario from the representative watersheds. Guided by a decision support flowchart, this assessment makes it possible to qualitatively evaluate the scenarios observed with a color classification, pointing out strategies for increasing the availability of baseflow through land use and cover management according to the need for landscape rehydration. Among the limitations are the lack of observed data from the BFI for the natural condition benchmark scenarios; the hydrogeological heterogeneity of watersheds in Santa Catarina; water damming; the wells' overexploitation; and the variability of the rainfall regime. Despite this, the methodology can be used to compare watersheds, regardless of the hydrogeological domain; check which of them require priority attention; and raise awareness and mobilize society by facilitating the dissemination of data about the aquifer-river interaction. Another way of thinking about water management is also emphasized, differentiating it from the notion of water only as a natural resource, contemplating its ecological role and to human beings through the incorporation of three assumptions of a geosystemic approach: the hydrological cycle as part of a natural geosystemic balance; water security as a question of water deficit and the civilizing model; and water management as integrated (institutionally), integrative (of surface and groundwater) and participatory (with everybody’s participation).