Performance evaluation of a reverse-gradient artificial recharge system in basalt aquifers of Maharashtra, India

Abstract

Drinking water scarcity in rural parts of central India in basaltic terrain is common. Most of the rural population depends on groundwater sources located in the fractured and weathered zone of the basaltic aquifers. Long-term indiscriminate withdrawal has caused an alarming rate of depletion of groundwater levels in both pre- and post-monsoon periods. The aquifer is not replenished through precipitation under natural conditions. To overcome this situation, an innovative artificial recharge system, called the reverse-gradient recharge system (RGRS), was implemented in seven villages of Wardha district of Maharashtra. The study described here presents a comparative analysis of recharge systems constructed in the year 2012 downstream of dug-well locations in these seven villages. The post-project comparative analysis reveals that the area of influence (AOI) of the groundwater recharge system, within which increases in groundwater levels and yield are observed, is directly related to the specific yield, thickness of the weathered and fractured zone, porosity, and transmissivity of the aquifer, showing high correlation coefficients of 0.92, 0.88, 0.85 and 0.83, respectively. The study indicates that the RGRS is most effective in vesicular weathered and fractured basalt, recording a maximum increase in well yield of 65–82 m³/day, while a minimum increase in yield of 15–30 m³/day was observed in weathered vesicular basalt. The comparative analysis thus identifies the controlling factors which facilitate groundwater recharge through the proposed RGRS. After implementation of these projects, the groundwater availability in these villages increased significantly, solving their drinking water problems.

Résumé

La pénurie d’eau potable est courante, en contexte basaltique, dans les parties rurales du centre de l’Inde. La plupart de la population rurale dépend des ressources en eau souterraine situées dans la zone fracturée et altérée des aquifères basaltiques. Des prélèvements inconsidérés sur une longue période ont causé une baisse alarmante des niveaux piézométriques aussi bien au cours des périodes pré- que post-mousson. Les réserves de l’aquifère ne sont pas reconstituées par les précipitations en conditions naturelles. Pour remédier à cette situation, un système de recharge artificielle innovant, appelé système de recharge à gradient inverse (RGRS) a été mis en œuvre dans sept villages du district de Wardha au Maharashtra. L’étude décrite ici présente une analyse comparative des systèmes de recharge construits en 2012 à l’aval des emplacements des puits de grand diamètre creusés à la main dans ces sept villages. L’analyse comparée suivant le projet révèle que l’aire d’influence (AOI) du système de recharge des eaux souterraines, au sein de laquelle sont observées des augmentations des niveaux piézométriques et du débit, est directement reliée à la porosité efficace, à l’épaisseur de la zone fracturée et altérée, à la porosité et à la transmissivité de l’aquifère, montrant de forts coefficients de corrélation respectivement de 0.92, 0.88, 0.85 et 0.83. L’étude indique que le RGRS est plus efficace dans le basalte vésiculé altéré et fracturé, qui montre une augmentation maximale du débit des puits de 65–82 m³/jour, alors que l’augmentation du débit est minimale (15–30 m³/jour) dans le basalte vésiculé altéré. L’analyse comparée identifie donc les facteurs de contrôle qui facilitent la recharge des eaux souterraines au moyen du RGRS proposé. Après la mise en œuvre de ces projets, la disponibilité en eau souterraine dans ces villages a augmenté significativement, résolvant leurs problèmes d’eau potable.

Resumen

Es común la escasez de agua potable en las zonas rurales de la India central en terrenos basálticos. La mayor parte de la población rural depende de fuentes de agua subterránea ubicadas en la zona fracturada y meteorizada de los acuíferos basálticos. La extracción indiscriminada a largo plazo causó una alarmante tasa de agotamiento de los niveles del agua subterránea tanto en los períodos previos como en los posteriores al monzón. El acuífero no se repone a través de la precipitación en condiciones naturales. Para superar esta situación, se implementó un innovador sistema de recarga artificial, denominado sistema de recarga de gradiente inverso (RGRS), en siete aldeas del distrito de Wardha, en Maharashtra. El estudio descrito aquí presenta un análisis comparativo de los sistemas de recarga construidos en el año 2012 aguas abajo de las ubicaciones de pozos excavados en estas siete aldeas. El análisis comparativo posterior al proyecto revela que el área de influencia (AOI) del sistema de recarga del agua subterránea, en el que se observan incrementos en los niveles de agua subterránea y en el rendimiento, están directamente relacionados al rendimiento específico, el espesor de la zona fracturada y meteorizada, y transmisividad del acuífero, mostrando altos coeficientes de correlación de 0.92, 0.88, 0.85 y 0.83, respectivamente. El estudio indica que el RGRS es más efectivo en el basalto vesicular y fracturado, registrando un aumento máximo en el rendimiento del pozo de 65–82 m³/día, mientras que se observó en el basalto vesicular un incremento mínimo de rendimiento de 15–30 m³/día. El análisis comparativo identifica así los factores de control que facilitan la recarga de agua subterránea a través del RGRS propuesto. La disponibilidad de agua subterránea en estos pueblos aumentó después de la implementación de estos proyectos,

摘要

印度中部农村玄武岩地区饮用水匮乏非常普遍。大多数农村人口依赖于玄武岩含水层断裂和风化带的地下水源。长期任意开采导致季风前后时期地下水位频频告急。在自然条件下单单靠降水不能满足含水层补给。为了解决这种情况,在马哈拉施特拉邦Wardha地区的七个村庄,采用了一种创新补给系统,这种系统被称为反向坡度补给系统。在此所述的研究对比分析了在这七个村庄大口井下游建于2012年的补给系统。项目之后的对比分析揭示,地下水补给系统之内,观测到地下水位的上升及出水量增加,地下水补给系统的影响面积直接与单位出水量、风化带和断裂带的厚度、孔隙度及含水层的透水性相关,分别呈现出很高的对比系数,即0.92、0.88、0.85和0.83。研究表明,反向坡度补给系统在多孔状风化和断裂带中最有效,井出水量最大增加65-82 m³/天,而在风化的多孔状玄武岩中观测到,出水量最少增加15-30 m³/天。因此对比研究确认了通过提出的反向坡度补给系统促进地下水补给的控制因素。这些项目实施后,这些村庄的地下水可用量显著增加,解决了人们的吃水问题。

Resumo

A escassez de água potável nas zonas rurais da Índia central em terrenos basálticos é comum. A maior parte da população rural depende de fontes de águas subterrâneas localizadas na zona fraturada e alterada dos aquíferos basálticos. A retirada indiscriminada a longo prazo causou uma taxa alarmante de rebaixamento dos níveis das águas subterrâneas nos períodos pré e pós-monção. O aquífero não é reabastecido através de precipitação em condições naturais. Para superar esta situação, foi implementado um inovador sistema de recarga artificial, denominado sistema de recarga de gradiente reverso (SRGR), em sete aldeias do distrito de Wardha, em Maharashtra. O estudo aqui descrito apresenta uma análise comparativa dos sistemas de recarga construídos no ano de 2012 a jusante dos locais dos poços escavados nestas sete aldeias. A análise comparativa pós-projeto revela que a área de influência (AOI) do sistema de recarga das águas subterrâneas, na qual se observam aumento da capacidade e dos níveis das águas subterrâneas, está diretamente relacionada com a capacidade específica, a espessura da zona alterada e fraturada, porosidade e transmissividade do aquífero, mostrando altos coeficientes de correlação de 0.92, 0.88, 0.85 e 0.83, respectivamente. O estudo indica que o SRGR é mais efetivo em basaltos vesiculares alterados e fraturados, registrando um aumento máximo no rendimento de 65–82 m³/dia, enquanto um aumento mínimo na produtividade de 15–30 m³/dia foi observado em basalto vesicular alterado. A análise comparativa identifica assim os fatores de controle que facilitam a recarga das águas subterrâneas através do SRGR proposto. Após a implementação desses projetos, a disponibilidade das águas subterrâneas nessas aldeias aumentou significativamente, resolvendo seus problemas de água potável.