, Volume 16, Issue 1, pp 103-121
Date: 27 Nov 2007

Characterization of the shallow groundwater system in an alpine watershed: Handcart Gulch, Colorado, USA

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Abstract

Water-table elevation measurements and aquifer parameter estimates are rare in alpine settings because few wells exist in these environments. Alpine groundwater systems may be a primary source of recharge to regional groundwater flow systems. Handcart Gulch is an alpine watershed in Colorado, USA comprised of highly fractured Proterozoic metamorphic and igneous rocks with wells completed to various depths. Primary study objectives include determining hydrologic properties of shallow bedrock and surficial materials, developing a watershed water budget, and testing the consistency of measured hydrologic properties and water budget by constructing a simple model incorporating groundwater and surface water for water year 2005. Water enters the study area as precipitation and exits as discharge in the trunk stream or potential recharge for the deeper aquifer. Surficial infiltration rates ranged from 0.1–6.2×10−5 m/s. Discharge was estimated at 1.28×10−3 km3. Numerical modeling analysis of single-well aquifer tests predicted lower specific storage in crystalline bedrock than in ferricrete and colluvial material (6.7×10−5–2.0×10−3 l/m). Hydraulic conductivity in crystalline bedrock was significantly lower than in colluvial and alluvial material (4.3×10−9–2.0×10−4 m/s). Water budget results suggest that during normal precipitation and temperatures water is available to recharge the deeper groundwater flow system.

Résumé

Les mesures de niveaux piézométriques et des paramètres caractéristiques des aquifères sont rares en contexte alpin, du fait du faible nombre d’ouvrages existants. Les systèmes aquifères alpins peuvent constituer une source primaire de réalimentation des systèmes aquifères régionaux. Handcart Gulch est un bassin versant alpin du Colorado (Etats-Unis), constitué de roches métamorphiques et ignées protérozoïques intensément fracturées, dans lesquelles les puits sont forés à des profondeurs diverses. L’étude considérée vise à déterminer les propriétés hydrologiques de la roche-mère à proximité de la surface et des matériaux superficiels, en développant un bilan en eau sur le bassin versant, et en testant la pertinence des propriétés hydrologiques mesurées et du bilan, par la construction d’un modèle simple qui intègre les eaux souterraines et de surface sur l’année hydrologique 2005. L’eau alimente la zone étudiée par les précipitations, et constitue à la fois un écoulement vers le cours d’eau principal et une réalimentation potentielle pour l’aquifère profond. Les infiltrations de surface sont comprises entre 0.1 et 6.2×10−5 m/s. Le volume sortant est estimé à 1.28×10−3 km3. Une analyse par modélisation numérique des pompages d’essai effectués sur un puits unique a généré des coefficients d’emmagasinement plus faibles dans le socle cristallin que dans les matériaux colluviaux et cuirasses ferrugineuse (6.7×10−5–2.0×10−3 l/m). Les perméabilités dans le socle cristallin sont significativement plus faibles que dans les matériaux colluviaux et alluviaux (4.3×10−9–2.0×10−4 m/s). Le bilan en eau suggère qu’en période normale de précipitations et températures, l’eau est disponible pour la réalimentation du système aquifère profond.

Resumen

Las mediciones de elevaciones del nivel freático y las estimaciones de parámetros de acuíferos son raras en contextos alpinos debido a que existen pocos pozos en estos ámbitos. Los sistemas de agua subterránea alpinos pueden ser una fuente primaria de recarga a sistemas de flujo de agua subterránea regionales. Handcart Gulch es una cuenca alpina en Colorado, Estados Unidos, compuesta de rocas ígneas y metamórficas Proterozoicas altamente fracturadas con pozos completados a varias profundidades. Los objetivos principales del estudio incluyen la determinación de las propiedades hidrológicas del macizo rocoso somero y de materiales superficiales, desarrollando un balance hídrico para la cuenca, y evaluando la consistencia de las propiedades hidrológicas medidas y el balance hídrico, mediante la construcción de un modelo simple que incorpora agua superficial y agua subterránea para el año hídrico 2005. El agua entra al área de estudio en forma de precipitación y sale en forma de descarga en el río principal o mediante recarga potencial del acuífero más profundo. Los ritmos de infiltración superficial varían de 0.1–6.2×10−5 m/s. La descarga se estimó en 1.28×10−3 km3. Los análisis de modelos numéricos de pruebas de acuíferos en un solo pozo pronosticaron almacenamiento específico más bajo en el macizo rocoso cristalino que en ferricreto y material coluvial (6.7×10−5–2.0×10−3 l/m). La conductividad hidráulica en el macizo rocoso cristalino fue significativamente más baja que en el material aluvial y coluvial (4.3×10−9 a 2.0×10−4 m/s). Los resultados del balance hídrico sugieren que durante temperatura y precipitación normal el agua está disponible para recargar el sistema de flujo de agua subterránea más profundo.