Hydrogeology of fractured aquifers : application of consistency indexes for the validation of geospatial mathematical models:

Abstract

In hydrogeology, most studies using interpolators seek to estimate water table elevations, contaminant concentrations and aquifer vulnerability. The primary goal of this research was to evaluate which geospatial interpolator best suits six distinct hydrogeological parameters using nine consistency tests. Water wells were selected on a portion of the Serra Geral Fractured Aquifer System in Southern Brazil. This paper tested the Inverse Distance Weighted, Radial Basis Function, Ordinary kriging, Lognormal kriging and Cokriging methods. The results pointed out that the Inverse Distance Weighted showed better performance for the following parameters: potentiometric surface, first fracture flow zone and second fracture flow zone. Discharge, transmissivity, specific capacity and static level showed low consistency levels, greatly increasing the uncertainties associated with mathematical models for such parameters. Deterministic interpolators surpassed the stochastic interpolators in parameter estimates that presented strong spatial dependence and associations with lithostratigraphy and geomorphology. This research can contribute to future work on groundwater management and planning in fractured aquifers, since the use of different interpolation and consistency approaches to analyze and compare different hydrogeological parameters in a fractured aquifer system has not been found in the literature.

Em hidrogeologia, a maioria dos estudos utilizando interpoladores buscam estimar os níveis do lençol freático, as concentrações de contaminantes e a vulnerabilidade de aquíferos. O objetivo principal desta pesquisa foi avaliar qual interpolador geoespacial melhor se adapta a cada um dos seis parâmetros hidrogeológicos selecionados, usando nove testes de consistência. Poços tubulares foram selecionados em uma porção do Sistema Aquífero Fraturado Serra Geral, no Sul do Brasil. Este artigo testou os métodos de Distância Inversa Ponderada, Função de Base Radial, Krigagem Ordinária, Krigagem Lognormal e Cokrigagem. Os resultados apontaram que a Distância Inversa Ponderada apresentou melhor desempenho para os seguintes parâmetros: superfície potenciométrica, primeira zona de fluxo de fratura e segunda zona de fluxo de fratura. A vazão, a transmissividade, a capacidade específica e o nível estático apresentaram baixos níveis de consistência, aumentando consideravelmente as incertezas associadas aos modelos matemáticos para tais parâmetros. Os interpoladores determinísticos superaram os interpoladores estocásticos nas estimativas de parâmetros que apresentaram forte dependência espacial e associação com a litoestratigrafia e a geomorfologia. Esta pesquisa pode contribuir para futuros trabalhos de gestão e planejamento de águas subterrâneas em aquíferos fraturados, uma vez que não foi encontrado na literatura o uso de diferentes métodos de interpolação e índices de consistência para analisar e comparar diversos parâmetros hidrogeológicos em um sistema aquífero fraturado.