Publicação
Hydrogeophysics and Hydrogeology of volcanic islands, characterization of aquifers in the Azores
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | |
| dc.contributor.advisor | Rodrigues, Francisco Cota | |
| dc.contributor.advisor | Befus, Kevin Martin | |
| dc.contributor.advisor | Cruz, José Virgílio de Matos Figueira | |
| dc.contributor.author | Borges, Paulo Filipe Silva | |
| dc.date.accessioned | 2026-04-21T11:31:40Z | |
| dc.date.available | 2026-04-21T11:31:40Z | |
| dc.date.issued | 2026-01-28 | |
| dc.description | Tese de Doutoramento, Geologia, 28 de janeiro de 2026, Universidade dos Açores. | |
| dc.description.abstract | ABSTRACT: Freshwater availability on small volcanic islands is increasingly threatened by human activities and climate change, underscoring the necessity for a deeper understanding of local hydrogeological systems to ensure sustainable water management. This study investigates the hydrogeology and water quality dynamics of two perched aquifers, one on Terceira and the other on Graciosa, two of the islands in the Azores archipelago (Portugal), employing a multidisciplinary approach that integrates geological, geophysical, and hydrochemical tools. On Terceira Island, the São Sebastião depression hosts a perched aquifer system characterized by significant spatial and temporal variations in groundwater quality. Monthly groundwater sampling from hand-dug wells revealed fluctuations in electrical conductivity (EC), pH, temperature, and chloride (Cl⁻) content. Statistical methods, including cluster and principal component analysis (PCA), were applied alongside hydrochemical and geophysical approaches. The results indicated substantial spatial variability in groundwater quality related to cesspools, agriculture, and other human activities. Temporal analysis highlighted seasonal variations in groundwater temperature and pH, influenced by shallow water table dynamics and agricultural practices. The relationship between EC and Cl- content, along with nutrient analysis, suggests that septic systems and agricultural runoff contribute to groundwater contamination. The findings underscore the need for targeted groundwater management strategies, including enhanced monitoring, stricter regulation of agricultural practices, and the development of sustainable land and water management practices to ensure safe and adequate water resources for the future. Geophysical investigations were carried out using electrical resistivity technique (ERT) surveys, which provided insights into the spatial distribution of geological saturated layers, suggesting continuity of the aquifer and potential for productivity. On Graciosa Island, which has the lowest average annual precipitation in the Azores (≈920 mm), groundwater faces complex issues related to saltwater intrusion, necessitating new solutions and management strategies. A conceptual hydrogeological model was developed based on published data, primarily about geology and hydrochemistry, along with field data. This model identifies a basal aquifer as the island's primary water source and some perched aquifers linked to springs and hand-dug wells. Groundwater recharge is mainly associated with direct infiltration of rainwater into the island’s surface, rapidly reaching the perched aquifers. Discharge inland occurs through springs and drilled wells. Over-exploitation of boreholes is contributing to the salinization of the basal aquifer, highlighting the need for improved water abstraction strategies. The occurrence, circulation, and storage of groundwater within the Graciosa volcanic structure are represented here through a hydrogeological conceptual model. Further investigation of the perched aquifer on Graciosa Island revealed its potential as an alternative freshwater resource. Hydrochemical analysis, hydrostatic level measurements, and electrical resistivity tomography (ERT) confirmed the presence of a new perched aquifer in Guadalupe, sharing similarities with other perched aquifers across the Azores. Despite its relatively low mineralization, groundwater quality is compromised by high nitrate concentrations attributed to intensive agricultural activity. Given the increasing risk of saltwater intrusion into the basal aquifer, perched aquifers may serve as a crucial complementary water source to mitigate salinization risk. This study enhances the understanding of groundwater occurrence, flow, and vulnerability in small island settings by integrating hydrogeophysical techniques with water quality assessments. The results provide critical insights for developing sustainable freshwater management practices, which are essential for ensuring long-term water security for island communities facing increasing climatic and human-induced pressures. | eng |
| dc.description.abstract | Disponibilidade de água doce em pequenas ilhas vulcânicas está cada vez mais ameaçada pelas atividades humanas e pelas mudanças climáticas, destacando a necessidade de uma compreensão mais profunda dos sistemas hidrogeológicos locais para garantir uma gestão sustentável dos recursos hídricos. Este estudo investiga a hidrogeologia e a dinâmica da qualidade da água de dois aquíferos suspensos, um na ilha Terceira e outro na ilha Graciosa, ambas pertencentes ao arquipélago dos Açores (Portugal), através de uma abordagem multidisciplinar que integra ferramentas geológicas, geofísicas e hidroquímicas. Na ilha Terceira, a depressão de São Sebastião alberga um sistema aquífero suspenso caracterizado por variações espaciais e temporais significativas na qualidade da água subterrânea. A amostragem mensal da água subterrânea em poços escavados revelou flutuações na condutividade elétrica (CE), pH, temperatura e concentração de cloretos (Cl⁻). Métodos estatísticos, incluindo análise de agrupamento e análise de componentes principais (PCA), foram aplicados em conjunto com abordagens hidroquímicas e geofísicas. Os resultados indicaram uma variabilidade espacial substancial na qualidade da água subterrânea, associada a fossas sépticas, práticas agrícolas e outras atividades humanas. A análise temporal destacou variações sazonais na temperatura e no pH da água subterrânea, influenciadas pela dinâmica do nível freático e pelas práticas agrícolas. A relação entre CE e Cl⁻, juntamente com a análise de nutrientes, sugere que os sistemas sépticos e o escoamento agrícola contribuem para a contaminação da água subterrânea. Os resultados evidenciam a necessidade de estratégias direcionadas para a gestão da água subterrânea, incluindo monitorização mais rigorosa, maior regulamentação das práticas agrícolas e o desenvolvimento de práticas sustentáveis de uso do solo e de gestão da água, para garantir a disponibilidade e segurança dos recursos hídricos no futuro. As investigações geofísicas, realizadas através de tomografia de resistividade elétrica (ERT), forneceram informações sobre a distribuição espacial das camadas geológicas saturadas, sugerindo a continuidade do aquífero e seu potencial produtivo. Na ilha Graciosa, que apresenta a menor precipitação média anual dos Açores (≈920 mm), os recursos hídricos subterrâneos enfrentam desafios complexos relacionados com a intrusão salina, tornando essenciais novas soluções e estratégias de gestão. Com base em dados publicados, principalmente sobre geologia e hidroquímica, bem como em dados de campo, foi desenvolvido um modelo conceptual hidrogeológico. Este modelo identifica um aquífero basal como a principal fonte de água da ilha, além de diversos aquíferos suspensos associados a nascentes e poços escavados. A recarga da água subterrânea ocorre essencialmente por infiltração direta da precipitação na superfície da ilha, atingindo rapidamente os aquíferos suspensos. A descarga ocorre no interior da ilha através de nascentes e poços perfurados. O uso excessivo de furos está a contribuir para a salinização do aquífero basal, evidenciando a necessidade de melhorar as estratégias de captação de água. A ocorrência, circulação e armazenamento de água subterrânea na estrutura vulcânica da Graciosa são aqui representados através de um modelo hidrogeológico conceptual. A investigação do aquífero suspenso na ilha Graciosa revelou o seu potencial como recurso alternativo de água doce. A análise hidroquímica, medições do nível hidrostático e a tomografia de resistividade elétrica (ERT) confirmaram a presença de um novo aquífero suspenso em Guadalupe, apresentando semelhanças com outros aquíferos suspensos nos Açores. Apesar da sua mineralização relativamente baixa, a qualidade da água subterrânea encontra-se comprometida por elevadas concentrações de nitratos, atribuídas à intensa atividade agrícola na região. Dado o risco crescente de intrusão salina no aquífero basal, os aquíferos suspensos podem desempenhar um papel crucial como fonte complementar de água, mitigando a salinização. Este estudo aprofunda o conhecimento sobre a ocorrência, fluxo e vulnerabilidade da água subterrânea em ambientes insulares, integrando técnicas hidrogeofísicas com avaliações da qualidade da água. Os resultados fornecem informações essenciais para o desenvolvimento de práticas sustentáveis de gestão dos recursos hídricos, fundamentais para garantir a segurança hídrica de comunidades insulares que enfrentam crescentes pressões climáticas e antropogénicas. | por |
| dc.identifier.citation | BORGES, Paulo Filipe Silva. (2025). "Hydrogeophysics and Hydrogeology of volcanic islands, characterization of aquifers in the Azores". Ponta Delgada: Universidade dos Açores, 2025. 369 p. Tese de Doutoramento em Geologia. Disponível em http://hdl.handle.net/10400.3/8932 | |
| dc.identifier.tid | 101851561 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.3/8932 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | Água doce | |
| dc.subject | Hidrogeologia | |
| dc.subject | Hidrogeofísica | |
| dc.subject | Aquíferos | |
| dc.title | Hydrogeophysics and Hydrogeology of volcanic islands, characterization of aquifers in the Azores | por |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Doutoramento |
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