Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/26725
Title: Hidrossistema cársico de Degracias-Sicó. Estudo do funcionamento hidrodinâmico a partir das suas respostas naturais
Authors: Paiva, Isabel Maria Rodrigues de 
Orientador: Cunha, Lúcio José Sobral da
Ramos, Catarina de Melo
Keywords: Hidrologia cárssica; hidrossistema cársico; funcionamento hidrodinâmico; análise de séries temporais; características físicas das águas das exsurgências; karst aquifer; karst hydrodynamic functioning; spring water physical characteristics
Issue Date: 5-May-2015
Citation: PAIVA, Isabel Maria Rodrigues de - Hidrossistema cársico de Degracias-Sicó : estudo do funcionamento hidrodinâmico a partir das suas respostas naturais. Coimbra : [s.n.], 2015. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/26725
Abstract: As características hidrogeológicas das regiões cársicas são complexas e significativamente diferentes das dos meios porosos e fissurados. Estruturas subterrâneas compostas por poros, fissuras, fracturas e condutas de várias dimensões e formas, e com uma significativa descontinuidade e variabilidade dos parâmetros hidráulicos, originam condições de circulação subterrânea profundamente complexas e de grande especificidade. Por isso, o estudo das características hidrodinâmicas à escala regional constitui um enorme desafio devido à complexidade, originalidade e heterogeneidade destes meios. Este trabalho procura aprofundar o conhecimento do comportamento hidrodinâmico cársico segundo uma perspectiva funcional (caudal, temperatura e condutividade eléctrica das exsurgências). Simultaneamente, este estudo procura inferir algumas características gerais da estrutura de drenagem hipogeia, em particular a sua funcionalidade, capacidade de armazenamento e grau de carsificação interna. Esta perspectiva de análise fornece resultados muito importantes, uma vez que a água drenada por uma surgência traz impresso o funcionamento global interno do sistema cársico. Por essa razão, o funcionamento hidrodinâmico é entendido e analisado neste trabalho numa perspectiva de análise inputoutput de sistemas, estabelecendo relações entre a precipitação (input) e o caudal (output), sendo, por isso, o hidrossistema considerado como uma ‘caixa-negra’. No presente estudo, utiliza-se uma combinação de três métodos de análise profusamente aplicados e testados na investigação do funcionamento hidrogeológico dos sistemas cársicos: a análise das séries temporais da precipitação e do caudal (análise correlatória e espectral), a análise da curva de recessão e a interpretação hidrodinâmica da variação da temperatura e da condutividade eléctrica do caudal. O período de estudo e a recolha de dados estenderam-se por quatro anos (2009/2010 – – 2012/2013), à excepção da condutividade eléctrica, em que foram apenas considerados dois anos, tendo o registo de dados sido feito com uma periodicidade de 20 minutos. A área de estudo é o hidrossistema cársico Degracias-Sicó, localizado na região Centro-Oeste de Portugal, totalizando uma área de, aproximadamente, 120 Km2 e sendo constituído por calcários do Dogger com um elevado grau de carsificação e extremamente fracturados no seu bordo ocidental. A área de recarga situa-se a 300 m - 350 m de altitude e é bastante aplanada, embora seja significativamente heterogénea do ponto de vista da espessura do solo/epicarso bem como da distribuição das formas exocársicas. A precipitação anual ronda aqui os 1200 mm, com uma estação húmida que se prolonga de Novembro a Abril e um período seco que se estende de Junho a Setembro. Os principais locais de descarga do hidrossistema são exsurgências tanto de carácter permanente como temporário, localizadas entre os 40 m e os 70 m ao longo do bordo Oeste, sendo a principal, a exsurgência dos Olhos d’Água do Anços, com um caudal anual médio de 1.3 m3/s e significativas oscilações entre o caudal drenado na estiagem (0,2 m3/s) e o caudal drenado em situação de cheia invernal (5 m3/s ou mais). No que se refere à estrutura da tese, a primeira parte é constituída por dois capítulos: o primeiro dedicado às questões teóricas da hidrologia cársica e à revisão da literatura científica da especialidade, contemplando os principais temas debatidos e estudados nas últimas décadas, enquanto o segundo capítulo é dedicado à caracterização geográfica, geomorfológica e climática da área em estudo, as quais desempenham um importante papel nos processos de recarga e de descarga cársicos. A segunda parte da tese centra-se na investigação do funcionamento hidrodinâmico do sistema cársico e encontra-se dividida em dois tipos de análise: a da recarga do hidrossistema (precipitação, quantificação e distribuição temporal ao longo do ano hidrológico) e a abordagem minuciosa da descarga com a aplicação de três métodos, sendo dada particular ênfase à determinação do atraso da resposta da exsurgência dos Olhos d’Água do Anços a um episódio pluvioso, de modo a quantificar o atraso input-output. Os resultados obtidos revelam um comportamento hidrodinâmico bimodal, o que mostra a dualidade do hidrossistema em estudo: por um lado, o pequeno atraso entre a ocorrência de um episódio de chuva e a resposta da exsurgência expressa a existência de uma rede funcional de condutas, que rapidamente drenam o hidrossistema (escoamento rápido). Por outro lado, o carácter de grande inércia traduzido no seu elevado efeito de memória, elevada capacidade de armazenamento, forte não-linearidade, boa capacidade de filtragem e esvaziamento lento das reservas (predomínio de escoamento de base). O reconhecido contributo deste estudo para a compreensão do hidrossistema cársico em estudo reflecte que este tipo de análise, baseada em mais do que um método, constitui uma excelente abordagem na investigação dos hidrossistemas cársicos. No entanto, algumas questões relativas ao funcionamento hidrodinâmico permanecem ainda pouco claras, o que significa que a investigação com recurso a outras técnicas (análise hidrogeoquímica, por exemplo) e as séries de dados mais extensas.
of the structure of the karst aquifer, mainly in terms of functionality of network drainage system, storage capacity and internal degree of karstification. This approach provides valuable results because spring response reflects a composite of everything that happens upstream. As a result, water discharging from a karst spring carries an imprint of the global functioning of the aquifer. For that reason, the hydrodynamic behaviour of the karst aquifer is studied here from an input/output systems analysis viewpoint, establishing the relationship between hydrometeorological inputs and the spring discharge as outputs. From this point of view, karst aquifer is considered as a black-box. This study applies a combined approach of three methods, which are widely used on the investigation of the hydrogeological functioning of karst water systems: time series analysis of rainfall and discharge rate (correlation and spectral analysis); recession curve analysis and, finally, the hydrodynamic interpretation of water temperature and electrical conductivity variations at spring flow. The data of rainfall and spring water temperature and discharge was collected for four hydrological years (1st October 2009 to 30th September 2013) and the spring water electrical conductivity for two years only (1st October 2011 to 30th September 2013). The data loggers register each every twenty minutes. The study area is the Degracias-Sicó karst aquifer, which lies at the central-western part of Portugal and has an area around 120 Km2. Concerning its geology, Degracias-Sicó karst aquifer consists in Dogger limestones with a high level of karstification and extremely faulted at western shore. The recharge area altitude is 300 – 350 meters a.s.l. and is quite flat but heterogeneous in terms of soil/epikarst thickness spatial distribution and karst surface forms as well. The annual rainfall is 1200 mm with a wet period (November to April) and a dry season (June to September). The discharge points are intermittent and perennial springs at 40-70 meters a.s.l. thus the vertical flow is predominant in this karst aquifer. The main outlet of the system is Olhos d’Água do Anços that presents a significant annual discharge flow variations (0.2 m3/s at low waters to 5 m3/s at winter floods). In terms of thesis structure, the first part has two chapters: the first presents a resumed theoretical perspective of karst hydrology and a wide state-of-the-art of main subjects that has been discussed over last decades. The second chapter deals with the geographical, geomorphological and meteorological characteristics of the study area, which conditioned the input and output processes. The second part of thesis concentrates the investigation of the karst aquifer hydrodynamic functioning and is divided in two main analysis: the recharge analysis (rainfall, quantification and temporal patterns of recharge) and the spring discharge analysis with the application of three methodological approaches. Special attention was dedicated to estimate the lag time and response time of spring flow in order to quantify the delay input-output. The results demonstrate a bimodal hydrodynamic behaviour, which indicates the duality of the studied karst aquifer: a short delay between rainfall and spring response reveals a functional karst conduits network, which quickly drains the aquifer (quickflow); on the other hand an inertial character produced by its long memory effect, high storage capacity, strong non-linearity, good filtering effect and slow emptying of the reserves (baseflow dominance). The improvements on the knowledge of the hydrodynamic behaviour of the studied karst aquifer reflect that this methodological approach provides an excellent method to research hydrological karst systems. However, some questions on hydrodynamic functioning of Degracias-Sicó karst system remain poor understood, what means the investigation with other methodologies (especially hydrochemistry) and more data have to proceed.
Description: Tese de doutoramento em Letras, no ramo de Geografia, apresentada ao Departamento de Geografia da Faculdade de Letras da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/26725
Rights: openAccess
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