Application of the groundwater-balance equation to indicate interbasin and vertical flow in two semi-arid drainage basins, Mexico (original) (raw)

2000, Hydrogeology Journal

An analysis of horizontal inflow and outflow in the groundwater-budget equation and the significance for interbasin flow are presented. Two field cases in Mexico, one in the Baja California peninsula and another in central Mexico, highlight the influence of interbasin flow. A significant proportion (approximately 70%) of the abstracted (thermal) groundwater probably originates outside the drainage basin. A conclusion is that a groundwater-balance study is an unsatisfactory method for determining some parameters, such as storativity (S). Specifically, the groundwater-balance approach provides unreliable results when vertical inflow is ignored or cannot be adequately defined. Vertical flow is indicated by the presence of groundwater temperatures as much as 23 °C higher than ambient temperature. Regional faults could be the pathways for upward flow. When vertical inflow is ignored, uncertainty in the estimation of the storativity through regional groundwater-balance calculation results. On the basis of the groundwater-balance equation, a value of S=0.19 appears to represent the confined condition of the developed part of the aquifer; this result is several orders of magnitude higher than would be reasonable according to the geological conditions. Findings are useful in evaluating whether a groundwater resource is being "overexploited". Conclusions are instructive in the application of transient-flow computer models, in which vertical flow of less dense water from beneath is not included. L'article présente une analyse des entrées et des sorties horizontales dans l'équation du bilan d'une nappe et leur signification dans les écoulements entre bassins. Deux exemples provenant du Mexique, l'un dans la péninsule de Basse Californie, l'autre dans le centre du Mexique, mettent en lumière l'influence de l'écoulement entre bassins, où une proportion significative (environ 70%) de l'eau souterraine extraite, thermale, a probablement son origine hors du bassin. Une conclusion est qu'une étude par bilan de la nappe est une méthode qui n'est pas satisfaisante pour déterminer certains paramètres comme le coefficient d'emmagasinement. En particulier, l'approche par le bilan de la nappe donne des résultats qui ne sont pas fiables lorsque l'on ignore la drainance verticale ou que l'on ne peut pas la définir correctement. L'existence d'une drainance verticale est prouvée par des températures de l'eau souterraine pouvant être supérieures de 23 °C à la température ambiante. Des failles régionales peuvent permettre ces écoulements vers le haut. Lorsque l'on ignore la drainance verticale, on introduit une incertitude sur l'estimation de l'emmagasinement à partir des calculs du bilan régional de la nappe. Sur la base de l'équation du bilan de la nappe, une valeur de S=0,19 semble représenter les conditions captives de la partie développée de l'aquifère; ce résultat est plus élevé, de plusieurs ordres de grandeur, que celui que l'on peut raisonnablement attendre des conditions géologiques. Ces résultats sont utiles pour évaluer si une ressource en eau souterraine est "surexploitée". Ces conclusions sont intéressantes lorsque l'on applique des modèles d'écoulement transitoire dans lesquels on ne prend pas en compte la drainance verticale d'une eau plus légère remontant. En este trabajo, se investigan las entradas y salidas de flujo horizontal en la ecuación de balance de agua subterránea, así como el papel que desempeñan en el flujo entre cuencas. Se analizan dos ejemplos de México, uno en la Península de Baja California y otro en la parte central del país. En ambos, destaca la influencia del flujo entre cuencas, ya que se estima que una parte importante (aproximadamente el 70%) del agua termal extraída procede de una cuenca superficial externa. Se concluye que el método basado en cálculos de balance de agua subterránea no es satisfactorio para determinar algunos parámetros, como, por ejemplo, el coeficiente de almacenamiento (S). En particular, la ecuación de balance de agua subterránea proporciona resultados poco fiables cuando el flujo vertical es ignorado o no puede ser evaluado de forma adecuada. El flujo vertical se identifica por un incremento de temperatura del agua subterránea, que puede llegar a superar la temperatura ambiental en hasta 23 °C. La presencia de fallas regionales y las extracciones pueden favorecer el flujo vertical. Cuando éste es ignorado, aumenta la incertidumbre en la estimación del coeficiente de almacenamiento mediante un balance de agua subterránea. El valor obtenido con este médodo (S=0,19) es característico de acuíferos libres, pero resulta varios órdenes de magnitud mayor que el que sería esperable teniendo en cuenta las condiciones hidrogeológicas. Estos hallazgos son útiles para evaluar si los recursos de agua subterránea están siendo "sobreexplotados". Las conclusiones obtenidas son instructivas de cara a la aplicación de modelos numéricos de flujo transitorio que no consideran el flujo vertical por densidad.