Transfer function-noise modeling and spatial interpolation to evaluate the risk of extreme (shallow) water-table levels in the Brazilian Cerrados

Water regimes in the Brazilian Cerrados are sensitive to climatological disturbances and human intervention. The risk that critical water-table levels are exceeded over long periods of time can be estimated by applying stochastic methods in modeling the dynamic relationship between water levels and driving forces such as precipitation and evapotranspiration. In this study, a transfer function-noise model, the so called PIRFICT-model, is applied to estimate the dynamic relationship between water-table depth and precipitation surplus/deficit in a watershed with a groundwater monitoring scheme in the Brazilian Cerrados. Critical limits were defined for a period in the Cerrados agricultural calendar, the end of the rainy season, when extremely shallow levels (< 0.5-m depth) can pose a risk to plant health and machinery before harvesting. By simulating time-series models, the risk of exceeding critical thresholds during a continuous period of time (e.g. 10 days) is described by probability levels. These simulated probabilities were interpolated spatially using universal kriging, incorporating information related to the drainage basin from a digital elevation model. The resulting map reduced model uncertainty. Three areas were defined as presenting potential risk at the end of the rainy season. These areas deserve attention with respect to water-management and land-use planning.

Integração de modelos espaciais e temporais para predições de níveis freáticos extremos

O objetivo deste trabalho foi avaliar cenários de níveis freáticos extremos, em bacia hidrográfica, por meio de métodos de análise espacial de dados geográficos. Avaliou-se a dinâmica espaço‑temporal dos recursos hídricos subterrâneos em área de afloramento do Sistema Aquífero Guarani. As alturas do lençol freático foram estimadas por meio do monitoramento de níveis em 23 piezômetros e da modelagem das séries temporais disponíveis de abril de 2004 a abril de 2011. Para a geração de cenários espaciais, foram utilizadas técnicas geoestatísticas que incorporaram informações auxiliares relativas a padrões geomorfológicos da bacia, por meio de modelo digital de terreno. Esse procedimento melhorou as estimativas, em razão da alta correlação entre altura do lençol e elevação, e agregou sentido físico às predições. Os cenários apresentaram diferenças quanto aos níveis considerados extremos - muito profundos ou muito superficiais - e podem subsidiar o planejamento, o uso eficiente da água e a gestão sustentável dos recursos hídricos na bacia.