Simulação da poluição por nitratos e vulnerabilidade dos recursos hídricos subterrâneos usando os modelos MODFLOW e DRASTIC

Jul 06, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8211 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

Os recursos de águas subterrâneas são os principais recursos de água doce acessíveis às pessoas, especialmente em regiões áridas e semiáridas. Para a investigação das mudanças temporais na poluição por nitratos das águas subterrâneas e o papel da agricultura e outras fontes na poluição das águas subterrâneas, foram utilizadas as informações sobre 42 poços de água potável com distribuição adequada na planície de Bouin-Daran Plain, no centro do Irã. Os resultados mostraram que a quantidade de condutividade hidráulica na planície para diferentes áreas após a calibração em estado estacionário foi calculada entre 0,8 e 34 m/dia. Depois de calibrar o modelo em condições permanentes, o modelo foi calibrado em condições não permanentes por 2 anos. Os resultados mostraram que em uma ampla área da região, a concentração do íon nitrato apresenta valores superiores a 25 mg/L. Isso mostra que a concentração média desse íon na região é geralmente alta. O maior nível de poluição no aquífero da planície está relacionado às partes sul e sudeste da planície. Devido às atividades agrícolas com uso de grandes quantidades de fertilizantes nesta planície, há potencial de poluição em todos os locais, sendo necessário um planejamento codificado e executivo para as operações agrícolas, bem como o uso de fontes subterrâneas. O método de estimativa de vulnerabilidade DRASTIC é útil apenas para estimar as áreas com alto potencial de contaminação e de acordo com os testes de validação, também forneceu uma estimativa adequada.

Os recursos hídricos subterrâneos são os recursos mais importantes de água doce disponíveis para os seres humanos. O desenvolvimento da agricultura devido ao aumento da população e a demanda por segurança alimentar levou à poluição das águas subterrâneas, causada por vários fatores, como a erosão do solo e o uso excessivo de fertilizantes e pesticidas. A não aplicação de soluções de manejo adequadas causa problemas complexos e maiores, como a disseminação de doenças causadas por águas poluídas, a morte de animais aquáticos e a destruição de pântanos e rios1,2.

Por outro lado, a agricultura é sempre considerada a maior consumidora de água doce. A água utilizada na agricultura sempre retorna para as águas superficiais e subterrâneas em uma cadeia. No entanto, a agricultura é tanto a causa quanto a vítima da poluição da água3,4. Portanto, é importante gerenciar tanto o desenvolvimento do setor agrícola quanto a qualidade dos recursos hídricos subterrâneos.

Água subterrânea refere-se à água que está sob a superfície da terra e pode ser coletada em poços, túneis e galerias de drenagem. Além disso, as águas subterrâneas podem fluir naturalmente para a superfície da terra na forma de nascentes5. Os recursos hídricos subterrâneos não estão distribuídos uniformemente em todas as partes da crosta terrestre sólida. Esse problema dificulta o processo de gerenciamento e simulação desses recursos. As equações existentes no processo de modelagem do lençol freático podem ser resolvidas na forma de um modelo matemático de duas formas analíticas e numéricas. A complexidade do sistema aquífero, a heterogeneidade das formações geológicas, diferentes quantidades de bombeamento e alimentação em diferentes momentos, etc., fazem dos modelos numéricos um substituto para os modelos analíticos no ambiente natural6,7.

Os métodos numéricos baseados no uso do computador tornam-se a principal ferramenta na resolução de problemas no ambiente natural. Uma série de simplificações deve estar envolvida na solução analítica das equações governantes do fluxo de águas subterrâneas. Nessas simplificações, são considerados pressupostos como homogeneidade e escoamento unidimensional ou bidimensional. Métodos analíticos são geralmente usados ​​na hidráulica de poços. As soluções numéricas são muito amplas e tendo acesso aos computadores atuais, são mais úteis do que soluções analíticas complexas8. Cinco métodos numéricos são usados ​​na modelagem de águas subterrâneas, que são: métodos de diferenças finitas, métodos de elementos finitos, métodos de equações integrais de contorno, métodos abrangentes de diferenças finitas e métodos de elementos analíticos.