Delineating environmental groundwater vulnerability and protection zones mapping in fractured rock masses

Hard‐rock watersheds commonly exhibit complex geological bedrock and morphological features. Hydromineral resources have relevant economic value for the thermal spas industry. The present study aims to develop a groundwater vulnerability approach in Caldas da Cavaca hydromineral system (Aguiar da Beira, Central Portugal) which has a thermal tradition that dates back to the late 19th century, and contribute to a better understanding of the hydrogeological conceptual site model. In this work different layers were overlaid, generating several thematic maps to arrive at an integrated framework of several key‐sectors in Caldas da Cavaca site. Thus, to accomplish a comprehensive analysis and conceptualization of the site, a multi‐technical approach was used, such as, field and laboratory techniques, where several data was collected, like geotectonics, hydrology and hydrogeology, hydrogeomorphology, hydrogeophysical and hydrogeomechanical zoning aiming the application of the so‐called DISCO method. All these techniques were successfully performed and a groundwater vulnerability to contamination assessment, based on GOD‐S, DRASTIC‐Fm, SINTACS, SI and DISCO indexes methodology, was delineated. Geographical Information Systems (GIS) technology was on the basis to organise and integrate the geodatabases and to produce all the thematic maps. This multi‐technical approach highlights the importance of groundwater vulnerability to contamination mapping as a tool to support hydrogeological conceptualisation, contributing to better decision‐making of water resources management and sustainability.

Analysis of diffusion process in fractured reservoirs using fractional derivative approach

The fractal geometry is used to model of a naturally fractured reservoir and the concept of fractional derivative is applied to the diffusion equation to incorporate the history of fluid flow in naturally fractured reservoirs. The resulting fractally fractional diffusion (FFD) equation is solved analytically in the Laplace space for three outer boundary conditions. The analytical solutions are used to analyze the response of a naturally fractured reservoir considering the anomalous behavior of oil production. Several synthetic examples are provided to illustrate the methodology proposed in this work and to explain the diffusion process in fractally fractured systems.

Geotecnia dos túneis do maciço de Paranhos: avaliação hidrogeomecânica exploratória

As classificações geomecânicas são uma das abordagens mais reconhecidas para estimar a qualidade do maciço rochoso, face à sua simplicidade e competência para gerir incertezas. As incertezas geológicas e geotécnicas podem ser avaliadas de forma eficaz usando classificações adequadas. Este estudo pretende enfatizar a importância das classificações geomecânicas e índices geomecânicos, tais como a Rock Mass Rating (RMR), a Rock Tunnelling Quality Index (Qsystem), o Geological Strength Index (GSI) e o Hydro‐Potential (HP) Value, para ajuizar a qualidade do maciço rochoso granítico das galerias subterrâneas de Paranhos (setor de Carvalhido ‐ Burgães; área urbana do Porto). Em particular, o valor hidro‐potencial (HP‐value) é uma classificação semi‐quantitativa aplicada a maciços rochosos que permite estimar as infiltrações de água subterrânea em escavações de terrenos rochosos. Para esta avaliação foi compilada e integrada uma extensa base de dados geológico‐geotécnica e geomecânica, apoiada na técnica de amostragem linear de superfícies expostas descontinuidades. Para refinar o zonamento geotécnico do maciço rochoso granítico, previamente realizado em 2010, foram coletadas amostras de rocha em pontos‐chave, com o objetivo de avaliar a sua resistência através do Ensaio de Carga Pontual (PLT). A aplicação das classificações geomecânicas foi realizada de uma forma equilibrada, estabelecendo diferentes cenários e tendo sempre em conta o conhecimento das características do maciço in situ. Apresenta‐se uma proposta de zonamento hidrogeomecânico com o objetivo de compreender melhor a circulação geo‐hidráulica do maciço rochoso granítico. Pretende‐se com esta metodologia contribuir para aprofundar o conhecimento do substrato rochoso do Porto, nomeadamente no que diz respeito ao seu comportamento geomecânico.

Fuzzy Boolean nets investigation of the alteration of some physical forest soil properties due to a prescribed fire action

Portuguese northern forests are often and severely affected by wildfires during the summer season. Some preventive actions, such as prescribed (or controlled) burnings and clear-cut logging, are often used as a measure to reduce the occurrences of wildfires. In the particular case of Serra da Cabreira forest, due to extremely difficulties in operational field work, the prescribed (or controlled) burning technique is the the most common preventive action used to reduce the existing fuel load amount. This paper focuses on a Fuzzy Boolean Nets analysis of the changes in some forest soil properties, namely pH, moisture and organic matter content, after a controlled fire, and on the difficulties found during the sampling process and how they were overcome. The monitoring process was conducted during a three-month period in Anjos, Vieira do Minho, Portugal, an area located in a contact zone between a two-mica coarse-grained porphyritic granite and a biotite with plagioclase granite. The sampling sites were located in a spot dominated by quartzphyllite with quartz veins whose bedrock is partially altered and covered by slightly thick humus, which maintains low undergrowth vegetation.

Impact of prescribed fire on the chemical properties of soil

Prescribed fire is a common forest management tool used in Portugal to reduce the fuel load availability and minimize the occurrence of wildfires. In addition, the use of this technique also causes an impact to ecosystems. In this presentation we propose to illustrate some results of our project in two forest sites, both located in Northwest Portugal, where the effect of prescribed fire on soil properties were recorded during a period of 6 months. Changes in soil moisture, organic matter, soil pH and iron, were examined by Principal Component Analysis multivariate statistics technique in order to determine impact of prescribed fire on these soil properties in these two different types of soils and determine the period of time that these forest soils need to recover to their pre-fire conditions, if they can indeed recover. Although the time allocated to this study does not allow for a widespread conclusion, the data analysis clearly indicates that the pH values are positively correlated with iron values at both sites. In addition, geomorphologic differences between both sampling sites, Gramelas and Anjos, are relevant as the soils’ properties considered have shown different performances in time. The use of prescribed fire produced a lower impact in soils originated from more amended bedrock and therefore with a ticker humus covering (Gramelas) than in more rocky soils with less litter covering (Anjos) after six months after the prescribed fire occurrence.

Controlo e optimização da perfuração em desmonte de maciços rochosos fracturados: avaliação preliminar

O presente trabalho tem por objectivo contribuir para aprofundar o conhecimento da temática que envolve a qualidade de execução da perfuração em maciços rochosos fracturados. A necessidade de conhecimento prévio sobre os resultados que podem ocorrer no desmonte de maciços rochosos após a realização da perfuração, leva a uma procura de indicadores que possibilitem obter mais conhecimento nessa matéria. No encadeamento do processo de análise de projecto, está o conhecimento adquirido, a caracterização do maciço rochoso, a implementação de correcções na componente da perfuração ajustadas ao maciço estudado e uma potencial previsão de granulometria final por emergência de um índice de qualidade, “Índice de Dispersão Volumétrica” que correlacione os elementos constituintes da geometria do diagrama de fogo e da envolvente intrínseca da matriz rochosa e aponte uma expectável granulometria final. Para atingir um nível de qualidade na operação global do processo de desmonte, a perfuração que está no topo da pirâmide assume papel de guia para as seguintes etapas, pelo que a qualidade dos equipamentos e acessórios e a sua correcta operação são fundamentais para obter o rigor da perfuração projectada, com vista a atingir uma determinada granulometria.

Análise comparativa de métodos de prospeção direta e indireta na determinação do topo rochoso para fundações

Com o decorrer dos tempos e com a evolução da indústria, acresce a necessidade de aparecimento de novas construções e consequentemente de novos desafios geotécnicos. Para responder a estes novos reptos que a construção nos lança é necessário aprofundar o conhecimento acerca dos materiais que constituem o subsolo e estudar o seu comportamento quando sujeito a novas solicitações, como por exemplo sobrecargas, pois parte do cálculo de dimensionamento de fundações das novas construções dependerá destas características. Existem duas possíveis formas de identificar os materiais existentes no subsolo e caracterizá‐los: através de ensaios de laboratório e de ensaios in situ, sendo nestes últimos que nos iremos focar. Os ensaios in situ, para além de outros dados, permitem‐nos estimar com algum grau de incerteza a profundidade a que se encontra o horizonte com capacidade de suporte pretendida, quer se trate ou não do bedrock, e identificar o processo mais indicado para a retirada do material: através de um meio mecânico de escavação ou por recurso a explosivos. Com a realização de ensaios de sísmica de refração e igualmente recorrendo a ensaios executados com o penetrómetro dinâmico médio (DPM), tentamos dar resposta a estas incógnitas através do cruzamento dos dados obtidos. No entanto, este cruzamento de dados pode não ser completamente esclarecedor, levando ao aparecimento de novas incógnitas às quais não seja possível dar resposta recorrendo‐se unicamente à informação recolhida por meio destes dois métodos, pois poderão revelar‐se insuficientes. Contudo, existem muitos outros ensaios in situ que podem ser realizados e capazes de nos ajudar a complementar os dados inicialmente obtidos no sentido de diminuir ou até mesmo eliminar as incógnitas existentes, e desta forma poder identificar e caraterizar o material existente com o maior grau de segurança possível.

Assessment of groundwater contamination in an agricultural peri-urban area (NW Portugal): an integrated approach

The excessive use of pesticides and fertilisers in agriculture has generated a decrease in groundwater and surface water quality in many regions of the EU, constituting a hazard for human health and the environment. Besides, on-site sewage disposal is an important source of groundwater contamination in urban and peri-urban areas. The assessment of groundwater vulnerability to contamination is an important tool to fulfil the demands of EU Directives. The purpose of this study is to assess the groundwater vulnerability to contamination related mainly to agricultural activities in a peri-urban area (Vila do Conde, NW Portugal). The hydrogeological framework is characterised mainly by fissured granitic basement and sedimentary cover. Water samples were collected and analysed for temperature, pH, electrical conductivity, chloride, phosphate, nitrate and nitrite. An evaluation of groundwater vulnerability to contamination was applied (GOD-S, Pesticide DRASTIC-Fm, SINTACS and SI) and the potential nitrate contamination risk was assessed, both on a hydrogeological GIS-based mapping. A principal component analysis was performed to characterised patterns of relationship among groundwater contamination, vulnerability, and the hydrogeological setting assessed. Levels of nitrate above legislation limits were detected in 75 % of the samples analysed. Alluvia units showed the highest nitrate concentrations and also the highest vulnerability and risk. Nitrate contamination is a serious problem affecting groundwater, particularly shallow aquifers, especially due to agriculture activities, livestock and cesspools. GIS-based cartography provided an accurate way to improve knowledge on water circulation models and global functioning of local aquifer systems. Finally, this study highlights the adequacy of an integrated approach, combining hydrogeochemical data, vulnerability assessments and multivariate analysis, to understand groundwater processes in peri-urban areas.

Inventário hidrogeológico e dos potenciais focos de contaminação nas bacias hidrográficas da Asprela e Massarelos: implicações no ciclo hidrológico urbano

O desenvolvimento incessante em áreas urbanas ameaça a qualidade e quantidade das águas subterrâneas. O Porto é uma cidade densamente urbanizada, dominada por granitos, os quais constituem um meio fraturado anisotrópico e heterogéneo. O principal objetivo desta dissertação foi realçar a importância da cartografia hidrogeológica, bem como a relevância de realizar inventários hidrogeológicos e de potenciais focos de contaminação para compreender a vulnerabilidade dos sistemas aquíferos na cidade do Porto. Para tal, foram selecionadas as bacias hidrográficas da Asprela e de Massarelos. Assim, foram levados a cabo dois inventários, um hidrogeológico e outro das potenciais atividades de contaminação. O estudo foi apoiado pelos Sistemas de Informação Geográfica (SIG), os quais foram fundamentais para um melhor conhecimento e integração nas áreas de estudo. Previamente à implementação dos inventários foi feita uma caracterização das duas bacias, em termos geográficos, hidroclimatológicos, de ocupação do solo, geomorfológicos e hidrogeológicos. As duas bacias desenvolvem‐se, principalmente, na unidade hidrogeológica do granito de grão médio a fino, por vezes com saprólito. O inventário hidrogeológico contemplou principalmente fontanários e nascentes, tendo incluído, respetivamente, 8 e 21 pontos de água nas bacias da Asprela e de Massarelos. As águas subterrâneas são límpidas, sem turvação ou cheiro, ácidas, com mineralizações baixas a médias, temperaturas baixas e caudais muito pequenos. Quanto aos potenciais focos de contaminação, na bacia da Asprela foram reconhecidos 61, enquanto que na bacia de Massarelos foram identificados 78. A maioria destas atividades é pontual correspondendo, nomeadamente, a estabelecimentos de ensino e estações de serviço/oficinas de automóveis. Contudo, os focos lineares apresentam uma difusão significativa nas duas bacias hidrográficas. Apesar de a vulnerabilidade intrínseca à contaminação das águas subterrâneas nestas áreas ser baixa a moderada, a localização dos potenciais focos de contaminação poderá ser responsável pelo aumento da vulnerabilidade nas duas bacias estudadas. Esta metodologia demonstrou ser extremamente importante para um melhor conhecimento dos sistemas de água subterrânea do Porto e, ainda, da hidrogeologia de áreas urbanas.