Comparison of groundwater recharge estimation techniques in an alluvial aquifer system with an intermittent/ephemeral stream (Queensland, Australia)

Abstract

This study demonstrates the importance of the conceptual hydrogeological model for the estimation of groundwater recharge rates in an alluvial system interconnected with an ephemeral or intermittent stream in south-east Queensland, Australia. The losing/gaining condition of these streams is typically subject to temporal and spatial variability, and knowledge of these hydrological processes is critical for the interpretation of recharge estimates. Recharge rate estimates of 76–182 mm/year were determined using the water budget method. The water budget method provides useful broad approximations of recharge and discharge fluxes. The chloride mass balance (CMB) method and the tritium method were used on 17 and 13 sites respectively, yielding recharge rates of 1–43 mm/year (CMB) and 4–553 mm/year (tritium method). However, the conceptual hydrogeological model confirms that the results from the CMB method at some sites are not applicable in this setting because of overland flow and channel leakage. The tritium method was appropriate here and could be applied to other alluvial systems, provided that channel leakage and diffuse infiltration of rainfall can be accurately estimated. The water-table fluctuation (WTF) method was also applied to data from 16 bores; recharge estimates ranged from 0 to 721 mm/year. The WTF method was not suitable where bank storage processes occurred.

Résumé

Cette étude démontre l’importance du modèle hydrogéologique conceptuel pour l’estimation des taux de recharge des eaux souterraines dans un système aquifère alluvial interconnecté avec un cours d’eau temporaire et intermittent dans le Sud-Ouest du Queensland, en Australie. Les conditions de perte/alimentation de ces cours d’eau sont habituellement l’objet de variations temporelles et spatiales, et la connaissance de ces mécanismes hydrologiques est essentielle pour l’estimation de la recharge. Les estimations du taux de recharge de 76 à 182 mm/an ont été déterminées en utilisant la méthode du bilan hydrique. La méthode du bilan hydrique fournit de larges et utiles approximations des flux de recharge et de décharge. La méthode du bilan massique du chlorure (CMB) et la méthode du Tritium ont été utilisées respectivement pour 17 et 13 sites, indiquant des taux de recharge de 1–43 mm/an (CMB) et de 4–553 mm/an (méthode du Tritium). Cependant, le modèle hydrogéologique conceptuel confirme que les résultats issus de la méthode CMB ne sont pas applicables pour certains sites dans ce contexte, en raison de l’écoulement de surface et des pertes au niveau de chenaux. La méthode du Tritium était appropriée pour le cas d’étude et pourrait être appliquée à d’autres systèmes alluviaux, à condition que la fuite des chenaux et l’infiltration diffuse des précipitations puissent être estimées précisément. La méthode de la fluctuation du niveau piézométrique de la nappe (WTF) a été appliquée sur des données de 16 forages ; les estimations de la recharge sont comprises entre 0 et 721 mm/an. La méthode WTF n’est pas adaptée lorsque des processus de stockage hyporhéique prennent place.

Resumen

Este estudio demuestra la importancia del modelo hidrogeológico conceptual para la estimación de las índices de recarga del agua subterránea en un sistema aluvial interconectado con una corriente efímera o intermitente en el sureste de Queensland, Australia. La condición perdedora/ganadora de estas corrientes está típicamente sujeta a variabilidad temporal y espacial, y el conocimiento de estos procesos hidrológicos es crítico para la interpretación de las estimaciones de recarga. Se determinaron estimaciones de la tasa de recarga de 76–182 mm/año utilizando el método del balance hídrico. El método del balance hídrico proporciona aproximaciones generales y útiles de los flujos de recarga y descarga. El método de balance de masa de cloruro (CMB) y el método del tritio se utilizaron en 17 y 13 sitios respectivamente, produciendo tasas de recarga de 1–43 mm/año (CMB) y 4–553 mm/año (método del tritio). Sin embargo, el modelo hidrogeológico conceptual confirma que los resultados del método CMB en algunos sitios no son aplicables en este escenario debido al flujo de superficie y la filtración en el canal. El método del tritio era apropiado aquí y podría aplicarse a otros sistemas aluviales, siempre que se pueda estimar con precisión la filtración en los canales y la infiltración difusa de las precipitaciones. El método de la fluctuación del nivel freático (WTF) también se aplicó a los datos de 16 perforaciones; Las estimaciones de recarga variaban de 0 a 721 mm/año. El método WTF no fue adecuado cuando se producían los procesos de almacenamiento de banco.

摘要

本研究展示了估算澳大利亚昆士兰东南部与间歇性或短暂性河流相连的冲积含水层系统地下水补给量水文地质概念模型的重要性。这些河流的渗失/盈水条件典型随着时间和空间的变化性而变化,了解这些水文过程对于解译补给估算量非常重要。采用水平衡方法确定的补给量估算值为每年76–182 mm。水平衡法提供了补给和排泄通量有用的近似值。分别在17个地方和13个地方采用了氯化物质量平衡法和氚方法,得出的补给量为每年1–43 mm(氯化物质量平衡法)和每年4–553 mm(氚方法)。然而,水文地质概念模型证实,由于坡面流和通道渗漏,一些地方采用氯化物质量平衡法得出的结果在这个背景下不适用。氚方法在这里是合适的,假如降雨的渠道渗漏和弥散入渗可精确估算的话,还可应用到其它冲积系统中。水位波动法也应用到16个钻孔的资料中;补给估算值每年为0–721 mm。在出现河岸储存过程的地方不适合使用水位波动法。

Resumo

Este estudo demonstra a importância do modelo conceitual hidrogeológico para a estimativa das taxas de recarga das águas subterrâneas em um sistema aluvial interconectado com um fluxo efêmero ou intermitente no sudeste de Queensland, na Austrália. A condição de perda/ganho desses fluxos é tipicamente sujeita a variabilidade temporal e espacial, e o conhecimento desses processos hidrológicos é crítico para a interpretação de estimativas de recarga. Estimativas da taxa de recarga de 76–182 mm/ano foram determinadas usando o método do balanço hídrico. O método do balanço hídrico fornece aproximações amplas e úteis de fluxos de recarga e descarga. O método do balanço de massa de cloretos (BMC) e o método de trítio foram utilizados em 17 e 13 locais respectivamente, resultando em taxas de recarga de 1–43 mm/ano (BMC) e 4–553 mm/ano (método de trítio). No entanto, o modelo conceitual hidrogeológico confirma que os resultados do método BMC, em alguns locais, não são aplicáveis neste cenário, devido ao escoamento superficial e perdas por canal. O método de trítio foi apropriado aqui e poderia ser aplicado a outros sistemas aluviais, desde que o as perdas por canal e a infiltração difusa da precipitação possam ser estimados com precisão. O método de flutuação do nível freático (FNF) também foi aplicado aos dados de 16 furos; estimativas de recarga variaram de 0 a 721 mm/ano. O método da FNF não foi adequado onde os processos de armazenamento em bancadas ocorreram.