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dc.contributor.advisorLima Neto, Iran Eduardo-
dc.contributor.authorToné, Arthur Jordan de Azevedo-
dc.date.accessioned2026-07-16T19:41:22Z-
dc.date.available2026-07-16T19:41:22Z-
dc.date.issued2026-
dc.identifier.citationTONÉ, Arthur Jordan de Azevedo. Modeling river-aquifer interactions in dryland regions to enhance water management strategies. 2026. 124 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil-Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87158-
dc.description.abstractWater security relies on accurately representing hydrological processes in river-aquifer dynamics, including aquifer recharge driven by rainfall, hyporheic flow, and lateral tributary inflow. River–aquifer studies and hedging models often overlook these processes. This study proposes a conceptual model of river-aquifer interactions in data scarce regions (Chapter 2). Building on this conceptual model, a parsimonious numerical model was developed, and these processes were accurately calculated in a data-scarce region at scales relevant to water management (Chapter 3). Furthermore, a numerical hedging model for a dryland reservoir, featuring an early rationing system based on the identification of drought events and river-aquifer dynamics, is presented (Chapter 4). Short-term field-measured hydrological data were analyzed along with secondary data on hydrogeology, water use, water participation, and satellite imagery. The results from Chapter 2 indicate that the average transmission losses ranged from 12% to 28% of river inflow, while the transmission gains ranged from 10% to 34%. Transmission losses were prevalent at the beginning of the rainy season (rainfall ≤ 10 mm/day), whereas transmission gains were dominant following intense rainfall events (> 20 mm/day). The results from Chapter 3 indicate that the numerical model’s performance measures (Kling-Gupta efficiency, Nash–Sutcliffe efficiency, and percent bias) effectively estimate river and groundwater flow using a simple modeling approach, requiring only minimal calibration (three parameters). Notably, the data required for the model are often available in regions with scarce data. Sensitivity analysis of the simplified model parameters showed that riverbed hydraulic conductivity and aquifer width significantly affected outflow in data-scarce environments. Hyporheic flow is crucial for the water balance in dryland rivers. In contrast, subcatchment runoff demonstrated minimal influence compared to inflow and groundwater fluxes, suggesting a greater dependence on river volume and stage than on intraseasonal rainfall. In Chapter 4, the heading model has key advantages, including the optimization of decision variables (trigger volumes and rationing coefficients) using a genetic algorithm (NSGA-II), integration of water user participation, water allocation connected with drought assessments through a simple drought index, streamflow prediction based on river-aquifer dynamics, and the use of short-term field-measured hydrological data. The results show that the proposed hedging rule maintained system vulnerability below 10% using both simulated and measured inflow data, and the objective function (the modified shortage index) was successfully optimized, even when early rationing occurred during the rainy season. The quantitative analysis suggests that for adaptive hedging in data-scarce drylands, the calculation method (the rule itself) is more critical than the availability of on-site inflow measurements. Therefore, operating rules for a dryland reservoir optimized using simulated data may be effective in satisfying water demands and stakeholder requirements, even when integrated with a simple drought index and in the presence of data uncertainties. This study contributes to a more accurate water balance of key hydrological processes in data-scarce regions and provides valuable tools for similar areas that require viable management solutions.pt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.titleModeling river-aquifer interactions in dryland regions to enhance water management strategiespt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.co-advisorCosta, Alexandre Cunha-
dc.description.abstract-ptbrA segurança hídrica depende da representação precisa dos processos hidrológicos na dinâmica rio-aquífero, incluindo a recarga de aquíferos decorrente da precipitação, o escoamento hiporreico e o escoamento lateral de tributários. Estudos sobre a interação rio-aquífero e modelos de hedging frequentemente negligenciam estes processos. Este estudo propõe um modelo perceptual das interações rio-aquífero em regiões com escassez de dados (Capítulo 2). Com base neste modelo perceptual, foi desenvolvido um modelo numérico parcimonioso, e esses processos foram calculados com precisão significativa numa região com escassez de dados, em escalas relevantes para a gestão hídrica (Capítulo 3). Além disso, apresenta-se um modelo numérico de hedging para um reservatório em regiões secas, dispondo de um sistema de racionamento antecipado baseado na identificação de eventos de seca e na dinâmica rio-aquífero (Capítulo 4). Foram analisados dados hidrológicos de curto prazo medidos em campo, juntamente com dados secundários sobre hidrogeologia, uso da água, participação dos usuários e imagens de satélite. Os resultados do Capítulo 2 indicam que as perdas médias em trânsito variaram de 12% a 28% da vazão de entrada no rio, enquanto os ganhos em trânsito variaram de 10% a 34%. As perdas em trânsito foram prevalentes no início da estação chuvosa (precipitação ≤ 10 mm/dia), ao passo que os ganhos em trânsito foram dominantes após eventos de precipitação intensa (> 20 mm/dia). Os resultados do Capítulo 3 indicam que as medidas de desempenho do modelo numérico (eficiência de Kling-Gupta, eficiência de Nash-Sutcliffe e viés percentual) estimam eficazmente o escoamento fluvial e subterrâneo utilizando uma abordagem de modelação simples, requerendo apenas uma calibração mínima (três parâmetros). De modo particular, os dados necessários para o modelo estão frequentemente disponíveis em regiões com escassez de dados. A análise de sensibilidade dos parâmetros do modelo simplificado demonstrou que a condutividade hidráulica do leito do rio e a largura do aquífero afetaram significativamente a vazão de saída em ambientes com escassez de dados. O escoamento hiporreico se mostrou crucial para o balanço hídrico em rios de regiões secas. Em contrapartida, o escoamento superficial da sub-bacia demonstrou uma influência pequena em comparação com a vazão de entrada e o escoamento de água subterrânea, sugerindo uma maior dependência do volume e do nível do rio do que da precipitação intra-sazonal. No Capítulo 4, o modelo de hedging apresenta vantagens importantes, incluindo a otimização de variáveis de decisão (volumes de gatilho e coeficientes de racionamento) utilizando um algoritmo genético (NSGA-II), a integração da participação dos usuários de água, a alocação de água conectada a avaliações de seca através de um índice de seca simples, a previsão de vazão baseada na dinâmica rio-aquífero e o uso de dados hidrológicos de curto prazo medidos em campo. Os resultados mostram que a regra de hedging proposta manteve a vulnerabilidade do sistema abaixo de 10%, utilizando dados de escoamento tanto simulados quanto medidos, e a função objetivo (o índice de escassez modificado) foi otimizada com sucesso, mesmo quando o racionamento antecipado ocorreu durante a estação chuvosa. A análise quantitativa sugere que, para um hedging adaptativo em regiões secas com escassez de dados, o método de cálculo (a própria regra) é mais crítico do que a disponibilidade de medições de escoamento in situ. Portanto, as regras de operação para um reservatório em regiões secas otimizadas com dados simulados podem ser eficazes para satisfazer as demandas hídricas e os requisitos das partes interessadas, mesmo quando integradas a um índice de seca simples e na presença de incertezas nos dados. Este estudo contribui para um balanço hídrico mais preciso dos principais processos hidrológicos em regiões com escassez de dados e fornece ferramentas valiosas para áreas semelhantes que requerem soluções de gestão viáveis.pt_BR
dc.title.enModeling river-aquifer interactions in dryland regions to enhance water management strategiespt_BR
dc.subject.ptbrRecursos hídricos-Administraçãopt_BR
dc.subject.ptbrHedge (Finanças)pt_BR
dc.subject.ptbrInteração rio-aquíferopt_BR
dc.subject.ptbrRegiões áridaspt_BR
dc.subject.enWater resources managementrulespt_BR
dc.subject.enHedging (Finance)pt_BR
dc.subject.enRiver-aquifer interactionpt_BR
dc.subject.enArid regionspt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOSpt_BR
dc.description.ptbrEste documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.pt_BR
local.author.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-9691-6563pt_BR
local.author.latteshttp://lattes.cnpq.br/4731559424959322pt_BR
local.advisor.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8612-5848pt_BR
local.advisor.latteshttp://lattes.cnpq.br/2172710817636278pt_BR
local.co-advisor.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-4771-1382pt_BR
local.co-advisor.latteshttp://lattes.cnpq.br/9241372014553970pt_BR
local.date.available2026-03-09-
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