Intervening Factors in the Groundwater Salinization Process, Cachoeira River Basin, Northeastern Brazil

Authors

DOI:

https://doi.org/10.11137/1982-3908_2022_45_46067

Keywords:

Crystalline aquifer, Hydrogeochemistry, Multivariate statistics

Abstract

Hydrogeochemical diagrams and multivariate statistics were applied herein to identify the factors that potentially influence the salinity of water in the crystalline aquifer of the Cachoeira River Basin region, located in the southern portion of the State of Bahia. Data from the hydrogeological database of the Companhia de Engenharia Hídrica e de Saneamento da Bahia (CERB) were applied. The groundwater was predominantly classified as calcium-bicarbonate, with salinity levels ranging from fresh to brackish. The cation that prevails in the region is Ca2+, while carbonate and bicarbonate are the dominant anions. Factor analysis enabled the determination of two factors that explain approximately 93% of the total variance of the data. Hierarchical cluster analysis resulted in five distinct groups based on dissolved ion concentrations. This study indicates that the natural mechanisms that control the chemical composition of groundwater are mainly related to the weathering of rocks and evaporative processes, with the most significant parameters related to the variability of water salinity being Ca2+, Mg2+, K+, Fe (total), and Cl-.

Author Biographies

Jamille Evangelista Alves, Universidade Federal da Bahia. Instituto de Geociências.

Programa de Pós-Graduação em Geologia.

Sérgio Augusto de Morais Nascimento, Universidade Federal da Bahia. Instituto de Geociências.

Programa de Pós-Graduação em Geologia.

Maria da Conceição Rabelo Gomes, Fundação Universidade Estadual do Ceará.

 Fundação Universidade Estadual do Ceará - FUNECE.

References

Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico 2010, Atlas Brasil: abastecimento urbano de água: resultados por estado, vol. 2, Agência Nacional de Águas, Brasília. <https://www.terrabrasilis.org.br/ecotecadigital/index.php/estantes/acoes-com-o-entorno/164-atlas-brasil-volume-02-resultados-por-estado>.

Aghazadeh, N., Chitsazan, M. & Golestan, Y. 2017, ‘Hydrochemistry and quality assessment of groundwater in the Ardabil area, Iran’, Applied Water Science, vol. 7, no. 7, pp. 3599-616, DOI:10.1007/s13201-016-0498-9.

Alves, J. do P.H., Lima, M.H.R., Dória, J.R., Silva, I.S. & Monteiro, A.S.C. 2021, 'Hydrogeochemical characterization of reservoir waters undergoing salinization processes in Northeastern Brazil', RBRH, vol. 26, no. 1, e24, DOI:10.1590/2318-0331.262120210043.

Appelo, C.A.J. & Postma, D. 2005, Geochemistry, Groundwater And Pollution, 2nd edn, CRC Press, The Netherlands.

Araújo, T.G., Souza, M.F.L., Mello, W.Z. & Silva, D.M.L. 2015, 'Bulk Atmospheric Deposition of Major Ions and Dissolved Organic Nitrogen in the Lower Course of a Tropical River Basin, Southern Bahia, Brazil', Journal of the Brazilian Chemical Society, vol. 26, no. 8, pp. 1692-701, DOI:10.5935/0103-5053.20150143.

Barbosa, J.S.F., Correa-Gomes, L.C., Marinho, M.M. & Silva, F.C.A. 2003, ‘Geologia Do Segmento Sul Do Orógeno Itabuna-Salvador-Curaçá’, Revista Brasileira de Geociências, vol. 33, no. 1, pp. 33-48.

Barbosa, J.S.F. & Dominguez, J.M.L. 1996, Texto Explicativo para o Mapa Geológico da Bahia ao Milionésimo, SICM/SGM, Salvador.

Brodnjak-Vončina, D., Dobcnik, D., Novic, M. & Zupan, J. 2002, ‘Chemometrics characterisation of the quality of river water’, Analytica Chimica Acta, vol. 462, no. 1, pp. 87-100, DOI:10.1016/S0003-2670(02)00298-2.

Cardoso, S.B., Cunha, C.F. da, Engelbrecht, B.Z. & Chang, H.K. 2020, 'Detecção e delimitação de pequenos reservatórios na Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira, Bahia, utilizando imagens multiespectrais', Holos Environment, vol. 20, no. 4, pp. 458-75, DOI:10.14295/holos.v20i4.12391.

Chidambaram, S., Karmegam, U., Sasidhar, P. Prasanna, M.V. & Manivannan, R. 2011, ‘Significance of saturation index of certain clay minerals in shallow coastal groundwater, in and around Kalpakkam, Tamil Nadu, India’, Journal of Earth System Science, vol. 120, no. 5, pp. 897-909, DOI:10.1007/s12040-011-0105-2.

Cloutier, V., Lefebvre, R., Therrien, R. & Savard, M. M. 2008, ‘Multivariate statistical analysis of geochemical data as indicative of the hydrogeochemical evolution of groundwater in a sedimentary rock aquifer system’, Journal of Hydrology, vol. 353, no. 3, pp. 294-313, DOI:10.1016/j.jhydrol.2008.02.015.

Conselho Nacional do Meio Ambiente 2005, Resolução 357, de 17 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências, Diário Oficial da União, Brasília. <http://conama.mma.gov.br/?option=com_sisconama&task=arquivo.download&id=450>.

Dinka, M.O. 2019, ‘Groundwater property and composition variability under long-term irrigated area of Wonji Plain, Ethiopia’, Journal of Water and Land Development, vol. 41, no. 1, pp. 37-46, DOI:10.2478/jwld-2019-0025.

Engelbrecht, B.Z., Gonçalves, R.D., Teramoto, E.H. & Chang, H.K. 2019, 'Disponibilidade hídrica e balanço hídrico da bacia do rio cachoeira na região de Itabuna/Ba', Revista Geociências Unesp, vol. 38, no. 3, pp. 731-40, DOI:10.5016/geociencias.v38i3.13806.

Figueiredo, A.F.R. 2005, 'Análise do risco de salinização dos solos da bacia hidrográfica do rio Colônia Sul da Bahia', Master thesis, Universidade Estadual de Santa Cruz, Bahia.

Fontes, A.S., Zucchi, M.R., Medeiros, Y.D.P., & Azevedo, A.E.G. 2015, 'Avaliação dos fatores intervenientes no processo de salinização em reservatórios superficiais do semiárido brasileiro', Revista Brasileira de Recursos Hídricos, vol. 20, no. 3, pp. 708-21, DOI:10.21168/rbrh.v20n3.p708-721.

Franca, R., Gomes, M., Silva, F. da, Lima, M. & Frischkorn, H. 2018, ‘Análise multivariada dos parâmetros de qualidade das águas subterrâneas em Juazeiro do Norte - CE (Brasil)’, Águas Subterrâneas, vol. 32, no. 1, pp. 106-13, DOI:10.14295/ras.v32i1.28890.

Gibbs, R.J. 1970, ‘Mechanisms controlling world water chemistry’, Science, New Series, vol. 170, no. 3962, pp. 1088-90, DOI:10.1126/science.170.3962.1088.

Gomes, M. da C.R. & Cavalcante, I.N. 2017, ‘Aplicação da análise estatística multivariada no estudo da qualidade da água subterrânea’, Águas Subterrâneas, vol. 31, no. 1, pp. 134-49, DOI:10.14295/ras.v31i1.28617.

Gomes, M. da C.R. & Franca, R.M. da. 2019, ‘Uso da análise multivariada para subsidiar no monitoramento da qualidade da água subterrânea na bacia sedimentar do Araripe, sul do estado do Ceará’, Geociências, vol. 38, no. 1, pp. 195-205, DOI:10.5016/geociencias.v38i1.13052.

Gomes, M. da C.R., Mendonça, L.A.R., Lima, M.G. de S. & Araújo, A.O. 2017, ‘Similaridade de atributos físico-químicos com uso de análise multivariada aplicada à gestão qualitativa de águas subterrâneas’, Geociências, vol. 36, no. 2, pp. 325-37, DOI:10.5016/geociencias.v36i2.12591.

Guo, J., Zhou, X., Wang, L., Zhang, Y., Shen, X., Zhou, H., Ye, S., & Fang, B. 2018, 'Hydrogeochemical characteristics and sources of salinity of the springs near Wenquanzhen in the eastern Sichuan Basin, China', Hydrogeology Journal, vol. 26, no. 4, pp. 1137-51, DOI:10.1007/s10040-017-1692-z.

Huang, X., Wang, G., Liang, X., Cui, L., Ma, L. & Xu, Q. 2018, ‘Hydrochemical and Stable Isotope (δD and δ18O) Characteristics of Groundwater and Hydrogeochemical Processes in the Ningtiaota Coalfield, Northwest China’, Mine Water and the Environment, vol. 37, no. 1, pp. 119-36, DOI:10.1007/s10230-017-0477-x.

Hui, T., Jizhong, D., Shimin, M., Zhuang, K. & Yan, G. 2021, ‘Application of water quality index and multivariate statistical analysis in the hydrogeochemical assessment of shallow groundwater in Hailun, northeast China’, Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, vol. 27, no. 3, pp. 651–67, DOI:10.1080/10807039.2020.1749827.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 2013, Hidrogeoquímica dos Mananciais Subterrâneos da Região Nordeste do Brasil, viewed 20 October 2021, <http://geoftp.ibge.gov.br/informacoes_ambientais/geologia/levantamento_hidrogeologico_e_hidroquimico/mapas/regionais/nordeste_hidroquimica_subterraneo.pdf >.

Jia, H., Qian, H., Zheng, L., Feng, W., Wang, H., & Gao, Y. 2020, 'Alterations to groundwater chemistry due to modern water transfer for irrigation over decades', Science of the Total Environment, vol. 717, e137170, DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.137170.

Kumar, S., Logeshkumaran, A., Magesha, N.S., Godson, P.S. & Chandrasekar, N. 2015, ‘Hydro-geochemistry and application of water quality index (WQI) for groundwater quality assessment, Anna Nagar, part of Chennai City, Tamil Nadu, India’, Applied Water Science, vol. 5, no. 4, pp. 335-43, DOI:10.1007/s13201-014-0196-4.

Mobus, G. 2014, Qualigraf: software para interpretação de análises físico-quimicas de água, Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos - FUNCEME, Fortaleza, viewed 12 April 2020, <http://www5.funceme.br/qualigraf/app/pagina/show/2>.

Morán-Ramírez, J., Ledesma-Ruiz, R., Mahlknecht, J., & Ramos-Leal, J.A. 2016, 'Rockewater interactions and pollution processes in the volcanic aquifer system of Guadalajara, Mexico, using inverse geochemical modeling', Applied Geochemistry, vol. 68, pp. 79-94, DOI:10.1016/j.apgeochem.2016.03.008.

Nacif, P.G.S. 2000, 'Ambientes naturais da bacia hidrográfica do rio Cachoeira, com ênfase aos domínios pedológicos', PhD thesis, Universidade Federal de Viçosa.

Palácio, H.A. de Q., Andrade, E.M. de, Lopes, F.B., Alexandre, D.M.B. & Arraes, F.D.D. 2009, ‘Similaridade da qualidade das águas superficiais da bacia do Curu, Ceará’, Ciência Rural, vol. 39, no. 9, pp. 2494-500, DOI:10.1590/S0103-84782009000900017.

Palácio, H.A. de Q., Araujo Neto, J.R., Meireles, A.C.M., Andrade, E.M., Santos, J.C.N., & Chaves, L.C.G. 2011, ‘Similaridade e fatores determinantes na salinidade das águas superficiais do Ceará, por técnicas multivariadas’, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol. 15, no. 4, pp. 395-402, DOI:10.1590/S1415-43662011000400011.

Parkhurst, D.L. & Appelo, C.A.J. 2013, Description of input and examples for PHREEQC version 3-A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations, U.S. Geological Survey Techniques and Methods.

Paula, F.S.F., Rego, N.A.C. & Santos, J.W.B. 2008, ‘Tipologia Fluvial da Bacia Hidrográfica do Rio Salgado - Sul da Bahia’, Revista Brasileira de Recursos Hídricos, vol. 13, no. 1, pp. 217-26, DOI:10.21168/rbrh.v13n1.p217-226.

Paula, F.C.F. de, Silva, D.M.L. da & Souza, C.M. 2012, ‘Fluvial Hydrochemistry at East Bahia Watersheds’, Revista Virtual de Química, vol. 4, no. 4, 365-73, DOI:10.5935/1984-6835.20120028.

Piper, A.M. 1944, ‘A graphic procedure in the geochemical interpretation of water-analyses’, Transactions American Geophysical Union, vol. 25, no. 6, pp. 914-28, DOI:10.1029/TR025i006p00914.

Santos, J.S., Santos, M.J.S. & Santos, M.L.P. 2009, 'Parâmetros indicativos do processo de salinização em rios urbanos do semi-árido brasileiro', Química Nova, vol. 32, no. 6, pp. 1534-8, DOI:10.1590/S0100-40422009000600033.

Secretaria de Estado de Planejamento e Avaliação. 1999, Projeto RADAMBRASIL, Folha SD.24 – Salvador, Potencial dos Recursos Hídricos, Rio de Janeiro.

Silva, J.A., Barbosa, N.S. & Santos, C.B. 2021, 'Processos hidrogeoquímicos e evolução das águas subterrâneas do aquífero cristalino da folha amargosa, SD.24-VD-II, Centro-Sul da Bahia', Águas Subterrâneas, vol. 35, no. 2, e30023, DOI:10.14295/ras.v35i2.30023.

Slama, F., & Bouhlila, R. 2017, 'Multivariate statistical analysis and hydrogeochemical modelling of seawater-freshwater mixing along selected flow paths: case of Korba coastal aquifer Tunisia', Estuarine, Coastal and Shelf Science, vol. 198, pp. 636-47, DOI:10.1016/j.ecss.2016.10.005.

Sousa, L.F., Soares, B.B. & Santana, R.O. 2018, 'Dimensionamento hidrológico para reservatório a fim de sanar as necessidades hídricas de Itabuna-BA', Estação Científica (UNIFAP), vol. 8, no. 2, pp. 69-79, DOI:10.18468/estcien.2018v8n2.p69-79.

Tarawneh, M.S.M., Janardhana, M.R. & Ahmed, M.M. 2019, ‘Hydrochemical processes and groundwater quality assessment in North eastern region of Jordan valley, Jordan’, HydroResearch, vol. 2, pp. 129-45, DOI:10.1016/j.hydres.2020.02.001.

Teramoto, E.H. & Chang, H.K. 2020, 'Avaliação de processos naturais de salinização de águas subterrâneas na porção leste da bacia do rio cachoeira, Bahia', Revista do Instituto Geológico, vol. 41, no. 2, pp. 15-32, DOI:10.33958/revig.v41i2.680.

Teramoto, E.H., Engelbrecht, B.Z., Gonçalves, R.D. & Chang, H.K. 2018, Caracterização hidroquímica e isotópica dos aquíferos fissurais da região de Itabuna/BA. Águas Subterrâneas, vol. 32, no. 2, pp. 228-36, DOI:10.14295/ras.v32i2.29151.

Teramoto, E.H., Gonçalves, R.D., Stradioto, M.R., Engelbrecht, B.Z. & Chang, H.K. 2019, 'Modelagem da interação água/rocha nos aquíferos fraturados da região de Itabuna/BA', Anuário do Instituto de Geociências UFRJ, vol. 42, no. 1, pp. 735-41, DOI:10.11137/2019_1_735_741.

Trabelsi, R. & Zouari, K. 2019, ‘Coupled geochemical modeling and multivariate statistical analysis approach for the assessment of groundwater quality in irrigated areas: A study from North Eastern of Tunisia’, Groundwater for Sustainable Development, vol. 8, pp. 413-27, DOI:10.1016/j.gsd.2019.01.006.

Vlach, S.R.F. & Lama, E.A.D. 2002, ‘Idades Th-U-PbT de monazita e geotermobarometria de rochas metapelíticas de alto grau do sistema orogênico Itabuna-Salvador-Curaçá, BA, Brasil: um estudo em microssonda eletrônica’, Geologia USP. Série Científica, vol. 2, pp. 9-22, DOI:10.5327/S1519-874X2002000100004.

Zhang, B., Zhao, D., Zhou, P., Qu, S., Liao, F. & Wang, G. 2020, ‘Hydrochemical Characteristics of Groundwater and Dominant Water–Rock Interactions in the Delingha Area, Qaidam Basin, Northwest China’, Water, vol. 12, no. 3, e836, DOI:10.3390/w12030836.

Downloads

Published

2022-10-10

Issue

Section

Geology