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The effects of water use on Tothian flow systems in the Mexico City conurbation determined from the geochemical and isotopic characteristics of groundwater

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Abstract

Groundwater flow systems have been differentiated in the metropolitan zone of Mexico City based on their chemical composition and stable isotope contents. The existing hydrogeological framework for the region provided a reference for such differentiation. Local flows (Flow-system I) represent the youngest and shallowest groundwater flow identified in boreholes on the hills. Intermediate flows (Flow-system II) in boreholes on the plain represent a mixture of inflows travelling horizontally, and vertically upwards (Flow-system IV) and downwards (overlaying aquitard leakage) to extraction boreholes. Flow-system III identified in boreholes on the plain is an intermediate flow system which extends deeper than Flow-system II. Flow-system IV, which is classified as a regional system, is related to a former thermal spring site. Groundwater travelling times, and their regional distribution and the thickness of related rock formations suggest extensive inflow supporting Flow-system IV. Future climate condition evolution (i.e. drought) will only have a limited impact on Flow-system IV as compared to Flow-system I which have relatively rapid and short flow paths. The identification of the hierarchy of the flow systems is of paramount importance in achieving adequate groundwater management in any region where the aquifer units are several thousand metres thick.

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Fig. 1
Fig. 2

(after Huizar-Alvarez et al. 2004)

Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6

(adapted from Huizar-Alvarez et al. 2004)

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Acknowledgments

This paper was made possible by the logistical support of the “Institutes of Geology, and Geography of UNAM”. The authors wish to thank the “Sistema de Aguas de la Ciudad de México”, for providing groundwater chemical analysis of the CMZM study area, and last, but not least, the reviewers for their constructive comments and suggestions made. It is strongly believed that they improved the content of the submitted manuscript.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito de la Investigación Científica, Ciudad Universitaria, 04510, Coyoacán, D.F, Mexico

    Rafael Huizar-Alvarez

  2. Instituto de Geografía, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito de la Investigación Científica, Ciudad Universitaria, 04510, Coyoacán, D.F, Mexico

    Samira Ouysse & J. Joel Carrillo-Rivera

  3. Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Instituto Politécnico Nacional, Unidad Ticoman, D.F., Mexico

    María M. Espinoza-Jaramillo

  4. Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, D.F., Mexico

    Efrain Mendoza-Archundia

Authors
  1. Rafael Huizar-Alvarez
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  2. Samira Ouysse
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  3. María M. Espinoza-Jaramillo
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  4. J. Joel Carrillo-Rivera
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  5. Efrain Mendoza-Archundia
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Huizar-Alvarez, R., Ouysse, S., Espinoza-Jaramillo, M.M. et al. The effects of water use on Tothian flow systems in the Mexico City conurbation determined from the geochemical and isotopic characteristics of groundwater. Environ Earth Sci 75, 1060 (2016). https://doi.org/10.1007/s12665-016-5843-7

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