Drainage in tropical peatlands increases CO.sub.2 emissions, the rate of subsidence, and the risk of forest fires. To a certain extent, these effects can be mitigated by raising the water table depth ...(WTD) using canal or ditch blocks. The performance of canal blocks in raising WTD is, however, poorly understood because the WTD monitoring data are limited and spatially concentrated around canals and canal blocks. This raises the following question: how effective are canal blocks in raising the WTD over large areas? In this work, we composed a process-based hydrological model to assess the peatland restoration performance of 168 canal blocks in a 22 000 ha peatland area in Sumatra, Indonesia. We simulated daily WTD over 1 year using an existing canal block setup and compared it to the situation without blocks. The study was performed across two contrasting weather scenarios representing dry (1997) and wet (2013) years. Our simulations revealed that, while canal blocks had a net positive impact on WTD rise, they lowered WTD in some areas, and the extent of their effect over 1 year was limited to a distance of about 600 m around the canals. We also show that canal blocks are most effective in peatlands with high hydraulic conductivity. Averaging over all modeled scenarios, blocks raised the annual mean WTD by only 1.5 cm. This value was similar in the dry (1.44 cm) and wet (1.57 cm) years, and there was a 2.13 fold difference between the scenarios with large and small hydraulic conductivities (2.05 cm versus 0.96 cm). Using a linear relationship between WTD and CO.sub.2 emissions, we estimated that, averaging over peat hydraulic properties, canal blocks prevented the emission of 1.07 Mg ha.sup.-1 CO.sub.2 in the dry year and 1.17 Mg ha.sup.-1 CO.sub.2 in the wet year. We believe that the modeling tools developed in this work could be adopted by local stakeholders aiming at a more effective and evidence-based approach to canal-block-based peatland restoration.
El objetivo de esta investigación es interpretar las respuestas magnéticas y gravimétricas del subsuelo en la porción oeste en la cuenca Grijalva, México, para identificar y delimitar las áreas de ...unidades de rocas con potencial acuífero. Para ello, se realizó el procesamiento de datos aeromagnéticos y gravimétricos satelitales con el propósito de delimitar las características geológicas de mayor interés. Los resultados muestran que la parte centro-norte de la porción de estudio representa la zona con mayor potencial acuífero, y coincide con las áreas de mayor espesor sedimentario, de menor altitud y donde se concentran las concesiones de agua subterránea. Por tanto, el cambio de gradientes entre las respuestas magnéticas y gravimétricas favorecen el conocimiento del marco estructural (fallas, fracturas, bordes y contactos geológicos) y la inferencia de las áreas con potencial acuífero. En detalle, de las trasformaciones o filtros utilizados la Derivada Tilt (TDR, por sus siglas en inglés) presenta las tendencias lineales asociadas al marco estructural con particular interés hídrico. Se busca favorecer la toma de decisión y la investigación en los temas geohidrológicos, ordenamiento territorial y políticas públicas relacionadas.
The goal of this research is to interpret the magnetic and gravimetric responses subsurface in the western portion of the Grijalva basin, Mexico, in order to identify and delimit the areas of rock units with aquifer potential. For it, the processing of satellite aeromagnetic and gravimetric data was carried out with the purpose of delimiting the geological characteristics of greatest interest. The results show that the north-central part of the study portion represents the area with the greatest aquifer potential, and it coincides with the areas of greater sedimentary thickness, of lower altitude, and where the groundwater concessions are concentrated. Therefore, the change of gradients between magnetic and gravimetric responses contributes to the knowledge of the structural framework (faults, fractures, edges, and geological contacts) and the inference of areas with aquifer potential. In detail, from the filters used, the Tilt Derivative (TDR) presents the linear trends associated with the structural framework of a specific water interest. It seeks to promote decision-making and research on geohydrological topics, territorial planning, and related public policies.
El bombeo excesivo de agua subterránea en el Valle de Toluca, México, ha derivado en subsidencia regional y manifestación de fracturas en los últimos 20 años. La exposición y crecimiento de tales ...discontinuidades provoca daños a la infraestructura y pérdidas económicas. En el presente estudio se analiza la configuración de la estructura geológica de la cuenca, los gradientes piezométricos desde 1975 y su posible influencia en la generación de fracturas. Se elaboró un modelo geológico tridimensional a partir de los registros de los pozos y secciones transversales existentes. Los datos estratigráficos fueron reinterpretados y clasificados para definir capas con características hidráulicas y mecánicas similares. Las cargas hidráulicas se simularon mediante un análisis geoestadístico para el periodo de 1975-2018. Los resultados de la piezometría reflejan los mayores gradientes negativos en zonas aledañas a las fracturas. El modelo geológico de 14 capas muestra un acuífero fracturado altamente irregular, principalmente en el área que subyace el centro de la ciudad de Toluca y la colonia San Pedro Totoltepec. La presencia de domos volcánicos, la existencia de materiales susceptibles a la consolidación, así como la ubicación de descensos piezométricos en zonas aledañas a las rupturas, se sugieren como los factores que controlan la localización y generación de fracturas. El modelo geológico obtenido en este estudio consistirá la base de futuros modelos de flujo subterráneo.
Excessive groundwater pumping in the Toluca Valley, Mexico, has resulted in regional subsidence and manifestation of ground fissures in the last 20 years. Such discontinuities result in damage to infrastructure and economic losses. This study evaluates the geological structure of the basin, the distribution of piezometric gradients, and its influence on the generation of faults and fractures. A regional three-dimensional geological model was developed using driller’s logs and published cross-sections. Stratigraphic data have been reinterpreted and classified to defined layers with similar hydraulic and mechanic characteristics. The hydraulic-head distributions were replicated through geostatistical analysis for the period 1975-2018. Piezometry results reflect the highest negative gradients in areas near fractures. The 14 layers geologic model show a highly irregular fractured aquifer specially under the Toluca city center and San Pedro Totoltepec location. The presence of volcanic domes, the existence of materials susceptible to consolidation, in addition to the location of piezometric descents in areas around the ruptures, are suggested as characteristic factors controlling the location and generation of faults and fractures. The geological model obtained in this study will be applied to support future groundwater flow modelling.
El cálculo de la recarga potencial es un aspecto esencial en la gestión de recursos hídricos, planeación del desarrollo urbano/agrícola y la definición de las tasas de bombeo, a fin de prevenir o ...mitigar la sobreexplotación de acuíferos. En el Valle de Toluca, las altas tasas de extracción han inducido descensos piezométricos acompañados de un desbalance hídrico, al rebasar el volumen de recarga media anual. En este estudio, se desarrolló un balance de humedad del suelo a paso de tiempo 24 horas para la estimación de la recarga potencial histórica y futura. El periodo de análisis comprende de 1980 a 2021, y una proyección hasta 2050 con base en tres escenarios probables de precipitación, temperatura y crecimiento urbano. Los resultados indican un volumen promedio anual de recarga de 369.5 Mm3 con una tasa de 174.5 mm/año, alcanzando los 355.7 mm/año en épocas húmedas. La distribución espacial sugiere una recarga condicionada mayormente por la climatología en las zonas montañosas, mientras que, en el centro del Valle, se asocia con la modificación del uso del suelo. La expansión de la mancha urbana se posiciona como factor preponderante en el aumento de la escorrentía y el gradual decremento de la intercepción y la evapotranspiración real. La disminución en la recarga es una constante en los potenciales escenarios de recarga futura, en comparación con el histórico promedio, se proyecta un cambio negativo de 16.59%, 19.99% y 22.61% para los escenarios bueno, moderado y malo respectivamente. Las tasas de recarga potencial obtenidas constituyen un parámetro inicial en modelos de flujo y análisis regionales de la cuenca.
Estimating potential recharge is essential to water resource management, urban/agricultural development planning, and the definition of pumping rates to prevent or mitigate aquifer overexploitation. In the Toluca Valley, high extraction rates have induced piezometric declines accompanied by a water imbalance exceeding the average annual recharge volume. In this study, a daily soil moisture balance was developed for estimating historical and future potential recharge. The analysis period includes 1980 to 2021 and a projection until 2050 based on three probable scenarios of precipitation, temperature, and urban growth. The results indicate an average annual recharge volume of 369.5 Mm³ with a 174.5 mm/year rate, reaching 355.7 mm/year in wet seasons. The spatial distribution suggests a recharge conditioned in the mountainous areas mainly by the climatology and in the center of the Valley by the land use modification. Urban sprawl is a significant factor in increased runoff and the gradual decrease in interception and actual evapotranspiration. The decrease in recharge is a constant in the potential future recharge scenarios. Compared to the historical average, a negative change of 16.59%, 19.99%, and 22.61% is projected for the best, moderate, and bad scenarios, respectively. The potential recharge rates obtained are an initial parameter in regional basin flow models and analyses.
Hidrodinámica regional de Los Ríos, Tabasco, México González-Herrera, Roger; Cámara-Yamá, Iván; Sánchez y Pinto, Ismael
Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana,
01/2022, Letnik:
74, Številka:
2
Journal Article
La interacción del agua subterránea con el agua superficial es importante para estudiar los flujos tanto físicos como químicos en el ciclo hidrológico. Los sistemas de agua subterránea y agua ...superficial se han estudiado, por lo general, de manera separada, lo que dificulta la cuantificación de los flujos existentes entre ellos. Sin embargo, cada vez más se reconoce la importancia de entender cómo influye esta interfase en los balances hidrológicos, los ciclos geoquímicos, los ecosistemas y el cambio global. Para contribuir a este entendimiento, se llevó a cabo un estudio de la hidrodinámica regional de la zona de Los Ríos, Tabasco, México, en el que se siguió un enfoque de investigación de campo para estimar las interacciones entre el agua superficial y subterránea. El objetivo fue determinar la naturaleza actual de la interacción del agua subterránea con el agua superficial en la zona de estudio, enfocándose en la cuantificación del flujo de agua subterránea con base en información histórica. El análisis de los datos piezométricos indica que los gradientes hidráulicos son altos y sugiere tasas de recarga altas hacia los cuerpos de agua superficiales, incrementando significativamente el caudal de las corrientes. Se logró delimitar las zonas de recarga y descarga de aguas subterráneas utilizando una red de flujo.
Groundwater-surface water interaction is important to study both physical and chemical flows in the hydrological cycle. Groundwater and surface water systems have generally been studied separately, making the flows between them difficult to quantify. However, the importance of understanding the influence of this interface on hydrological balances, geochemical cycles, ecosystems, and global change, is increasingly recognized. To contribute to this understanding, a study of the regional hydrodynamics of the Los Ríos area, Tabasco, Mexico, was conducted. A field research approach was followed to estimate the interactions between surface water and groundwater. The objective was to determine the current nature of the interaction of groundwater with surface water in the study area, and focused on quantifying the former’s flow based on historical information. The analysis of the piezometric data indicates that the hydraulic gradients are high, suggesting high recharge rates towards the surface water bodies that increase streamflow rates significantly. The groundwater recharge and discharge zones were delimited using a flow network.
•Track the evolution of the inverse methods over the last decades in hydrogeology.•Discuss issues encountered in the inverse problem, e.g., handling multiGaussianity, and considering prior ...statistics.•Reveal the development motivation of the inverse methods and their recent trends.
Parameter identification is an essential step in constructing a groundwater model. The process of recognizing model parameter values by conditioning on observed data of the state variable is referred to as the inverse problem. A series of inverse methods has been proposed to solve the inverse problem, ranging from trial-and-error manual calibration to the current complex automatic data assimilation algorithms. This paper does not attempt to be another overview paper on inverse models, but rather to analyze and track the evolution of the inverse methods over the last decades, mostly within the realm of hydrogeology, revealing their transformation, motivation and recent trends. Issues confronted by the inverse problem, such as dealing with multiGaussianity and whether or not to preserve the prior statistics are discussed.
El conocimiento del flujo de agua subterránea es de suma importancia para la planificación sostenible de los recursos hídricos, especialmente en regiones con demandas crecientes de agua. En el ...presente estudio, la distribución de los materiales geológicos y la geología estructural han sido integradas en un Modelo Hidroestratigráfico Tridimensional (THM) para evaluar el comportamiento del flujo de agua subterránea en el acuífero de San Salvador, localizado en la porción oriental del volcán de San Salvador. La información geológica fue analizada, clasificada, reinterpretada y correlacionada a partir de informes de perforación de pozos y del mapa geológico nacional para agrupar capas con características geológicas similares, las cuales fueron relacionadas con sus propiedades hidráulicas para definir las Unidades Hidroestratigráficas (UHE) que conforman el acuífero. En el dominio de las UHE, se evaluó la distribución de las fallas, conductividad hidráulica y rendimiento de los pozos existentes en el acuífero para evaluar su relación con el flujo de agua subterránea. El modelo evidenció la existencia de seis unidades hidroestratigráficas (UHE) intercaladas y formadas por piroclasto y toba con la conductividad hidráulica (K) más baja de 10−2 a 1 m/día, lava basáltica y andesítica fracturada con valores de K entre 1 y 10¹ m / d, y escoria con K más alta de 10¹ hasta aproximadamente 10³ m/día. El modelo también mostró el desplazamiento de los bloques asociados al graben central en la Zona de Falla de El Salvador (ZFES) particularmente en el sur y este de la zona de estudio Los resultados indican que la UHE de baja producción de material piroclástico y toba se extiende en toda la zona de estudio, y que es aprovechada por la mayoría de los pozos de explotación en el Área Metropolitana de San Salvador (AMSS). Mientras que las UHE de lavas de Cuscatlán y San Salvador son menos extensas y localmente aprovechadas; sin embargo, presentan mayores caudales, principalmente cerca de fallas geológicas. Por su parte, la Escoria del Plan de La Laguna es una UHE localizada, pero la más productiva de la zona y se encuentra densamente fracturada. Adicionalmente, hay cuatro fallas importantes que pueden ser consideradas como potenciales conductos de agua subterránea y una que se comporta como barrera de flujo horizontal. Las fallas reflejan influencia en el flujo de agua subterránea cuando intersectan a flujos de lava; por el contrario cuando intersectan a materiales porosos, esta influencia no fue evidenciada. Este estudio proporciona nuevos elementos al conocimiento de la distribución espacial y aprovechamiento de los materiales permeables en el acuífero de San Salvador y podría respaldar algunas decisiones para el manejo sostenible del agua subterránea, especialmente aquellas orientadas a las zonas de nuevos aprovechamientos. Esta metodología se podría aplicar en acuíferos con condiciones similares de datos escasos y múltiples fuentes de información.
Groundwater flux knowledge is of supreme importance for sustainable water resources planning, mainly in highly rising water demand regions. Distribution of geologic material and structural geology have been incorporated in a Tridimensional Hydrostratigraphic Model (THM) in order to assess groundwater flow occurrence in San Salvador aquifer, located in the east portion of San Salvador volcano. Geologic data have been analyzed, classified, reinterpreted and correlated from bore drilling reports and geology map of the zone to define layers with similar geologic characteristics. These layers were related with their hydraulic properties in order to define Hydrostratigraphic Units (HSU) in the aquifer. Faults distribution, hydraulic conductivity and water rate production in wells were spatially analyzed and correlated for assessing the groundwater occurrence. The model showed the existence of six interbedded HSU formed by pyroclastic and tuff material with the lowest hydraulic conductivity (K) from 10−2 – 1 m/d, fractured andesitic and basaltic lava with K values between 1 – 10¹ m/d, and volcanic scoria with the highest K from 10¹ to around 10³ m/d. The model also showed the displacement of blocks associated to Central Graben in the Zone Fault of El Salvador (ESFZ), specially at south and east of the study area. Results showed that the low production Cuscatlán pyroclastic and tuffs material HSU extends throughout the study area and it is exploited by most of productive water wells in the Metropolitan Area of San Salvador (AMSS). While Cuscatlán and San Salvador lavas HSU are less extensive, locally exploited, even though they are more productive and are classified as good aquifers, mainly near geologic faults. Meanwhile, Plan de La Laguna Escoria HSU is small, nevertheless, is the most productive of the area and densely fractured. Furthermore, there are four important faults in the zone that function as conduits and other fault that function as a barrier. Faults exhibit influence on groundwater flux when they intersect lava flows, conversely, when porous materials are intersected by faults, groundwater flux remains the same. This model gives new insights about the spatial distribution and exploitation of the permeable materials in San Salvador aquifer area and could support some decisions for sustainable groundwater management, mainly those focus on new water development zones. This methodology could be applied in aquifers with similar conditions of poor and multisource data.
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