Modelo matemático de fluxo e transporte de massa do sistema multiaquífero Cretácio da região de Aveiro (Portugal)

Abstract

Desde meados da década de 1960, que o sistema multiaquífero Cretácico de Aveiro é intensamente explorado, o que conduziu gradualmente a uma acentuada depressão dos níveis piezométricos regionais. Este facto, porque tem lugar num aquífero costeiro e com uma limitada recarga natural, contribui para aumentar o risco de deterioração da qualidade da água subterrânea, quer por fenómenos de intrusão marinha, quer por mistura com águas de níveis aquíferos profundos com elevado grau de mineralização. Constituindo um recurso de água vital para toda a região, este sistema aquífero adquire um claro valor económico, que exige a adequada avaliação, exploração, gestão e conservação dos seus recursos. A tese Modelo matemático de fluxo e transporte de massa do sistema multiaquífero Cretácico da região de Aveiro (Portugal) representa nesse sentido um esforço sistemático para reunir e integrar toda a informação geológica, hidrogeológica, geoquímica e paleoclimática disponível sobre este sistema aquífero à escala regional, de modo a analisar e desenvolver um conhecimento mais completo do sistema, que permita criar condições para uma exploração sustentável dos seus recursos. Para isso procedeu-se à construção de um modelo tridimensional de diferenças finitas (MODFLOW) a partir de um modelo conceptual e à sua calibração e utilização para descrever o fluxo subterrâneo no aquífero Cretácico de Aveiro. O programa MODPATH foi usado para determinar e ilustrar as linhas de fluxo advectivo regional subterrâneo. O desenvolvimento de um modelo de fluxo e transporte de massa permitiu assim desenvolver um melhor conhecimento do sistema hidrogeológico no seu estado natural e avaliar o impacte ambiental resultante das actividades antrópicas. Permitiu ainda descrever: (1) os limites físicos e hidráulicos do sistema aquífero, e (2) as relações entre as águas superficiais e subterrâneas; (3) criar um modelo numérico que calcule o balanço de água subterrânea, a recarga natural ao sistema, as zonas de descarga e descrever a distribuição de fluxo regional; (4) relacionar o quimismo das águas subterrâneas com as principais direcções de fluxo subterrâneo, e (5) fazer uma previsão dos efeitos à escala regional de uma possível variação na recarga ou na bombagem do aquífero. Os dados geoquímicos foram usados para descrever as relações existentes entre o quimismo da água subterrânea, a mineralogia do aquífero e as principais direcções de fluxo subterrâneo actual e no passado. A variabilidade espacial nas concentrações dos principais solutos foi avaliada e relacionada com a variação das propriedades do aquífero à escala regional. As análises químicas e isotópicas da água subterrânea e do próprio material aquífero ao longo das principais direcções de fluxo foram usadas para avaliar os processos hidrogeológicos e geoquímicos predominantes no aquífero e para fazer a datação das águas subterrâneas.

The Aveiro Cretaceous aquifer has been exploited for public and industrial supply since the nineteen sixties. Groundwater intensive exploitation is affecting the natural piezometric surface and threatening the balance of this natural system. In recent years, a continuous fall in the piezometric surface has been observed due to intensive groundwater abstraction leading in some areas to values of -25 m below mean sea level. Because it occurs in a coastal aquifer, partially confined and with limited natural recharge, there is the threat of it leading to gradual deterioration of the water quality, either because of saltwater intrusion or due to mixing with very high-mineralised waters from deeper aquifer levels, nowadays with higher water potentials. This aquifer has proven to be quite unique in Europe from the geochemical point of view. It is very important as an archive of past climate conditions in temperate regions of Europe and is nowadays recognised as a strategic water resource for the Aveiro region. It has clear economic importance requiring an adequate evaluation, exploitation, management and preservation of its resources. The thesis ‘Flow and transport model of the Aveiro Cretaceous multilayer aquifer (Portugal)’ represents a systematic effort to assemble geologic, hydrologic, and geochemical information, to analyse and develop an understanding of the system, and to develop predictive capabilities that will contribute to an effective sustainable management of the system. The approach followed required the construction of a three-dimensional finite difference groundwater flow model (MODFLOW), and its calibration and use to describe the regional flow. The particle-tracking program MODPATH was used to determine and illustrate simulated advective regional groundwater flow patterns. The use of computer simulation contributed to develop an understanding of the natural, undisturbed hydrologic system and the changes brought about in it by human activities. It also contributed to describe: (1) the physical and hydraulic boundaries of the aquifer system, and (2) the regional relations between surface water and groundwater; (3) to devise a numerical model to compute a regional groundwater budget, regional recharge and discharge areas and the patterns of regional groundwater flow; (4) to relate groundwater chemistry to these patterns of regional flow; and (5) to predict the effect of a possible variation in the recharge or volume of abstraction on a regional scale. Geochemistry data were used to describe the relations between groundwater chemistry, aquifer mineralogy, and present and past patterns of regional flow. The spatial variability in the concentrations of major solutes in groundwater was evaluated and related to aquifer properties at regional scale. Chemical and isotopic analyses of groundwater and aquifer material along with general directions of regional groundwater flow were used to evaluate the important hydrological and geochemical processes controlling groundwater chemistry and to estimate groundwater ages qualitatively.