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Hydrogeology Journal

, Volume 9, Issue 5, pp 451–460 | Cite as

Great tritium ages explain the occurrence of good-quality groundwater in a phreatic aquifer of an urban area, Lublin, Poland

  • A. Zuber
  • Z. Michalczyk
  • P. Maloszewski
Report

Abstract.

The phreatic aquifer of the Lublin chalk in the watershed of the Bystrzyca River, eastern Poland, is characterized by waters of good quality. Its hydraulic conductivity is related to a fissure network of low porosity, as much as 0.006 at the outcrops. The good quality of water in this urban setting is surprising because, according to estimates based on Darcy's law, a high seepage velocity would be expected, resulting in rapid transport of pollutants in the aquifer. However, tritium sampling reveals that the mean ages range from about 55 to 92 years in four cases, and about 250 to 350 years in 11 cases. One sampling site is free of tritium, which indicates an even greater age. Such great ages can be explained only by a retardation of solute transport due to matrix diffusion, that is, an exchange between mobile water in the fissures of low porosity and stagnant water in the matrix of high porosity. The delay factor is given as the ratio of total porosity to fissure porosity. In consequence, all types of dissolved constituents and, to some degree, fine suspended matter are delayed in their transport to springs and wells. In addition, non-conservative constituents have longer times to sorb, react, and decay than in the case of transport without a dominant influence of matrix diffusion. Though pollutants are greatly delayed, their accumulation in the matrix and slow diffusion into the fissures contribute to their persistence in groundwater. Regional values of hydraulic conductivity, estimated from tritium ages and known matrix porosity, agree reasonably well with the values known from pumping tests, which supports the interpretation of a dominant influence of matrix diffusion on solute transport.

phreatic aquifer fissured marls porous matrix tritium ages groundwater quality 

Résumé.

La nappe phréatique dans la craie de Lublin, dans le bassin de la rivière Bystrzyca (Pologne orientale), est caractérisée par des eaux de bonne qualité. Sa conductivité hydraulique est liée à un réseau de fissures de faible porosité, aussi haut que 0.006 à l'affleurement. La bonne qualité de l'eau dans cet environnement urbain est surprenant parce que, d'après des estimations basées sur la loi de Darcy, la vitesse d'infiltration devrait être rapide, entraînant un transport de polluants dans l'aquifère. Cependant, les teneurs en tritium des eaux prélevées montrent que les âges moyens sont compris entre environ 55 et 92 ans dans quatre cas, et 250 et 350 ans dans 11 cas. L'un des sites échantillonnés ne possède pas de tritium, ce qui indique un âge encore plus grand. Des âges aussi anciens ne peuvent être expliqués que par un retard du transport de soluté du fait de la diffusion dans la matrice, c'est-à-dire, du fait d'un échange entre l'eau mobile des fissures à faible porosité et l'eau immobile de la matrice à forte porosité. Le facteur de retard est donné par le rapport entre la porosité totale et la porosité fissurale. Par conséquent, tous les types de substances dissoutes et, dans une certaine mesure, les matières fines en suspension sont retardés au cours de leur transport vers les sources et les puits. De plus, les constituants non conservatifs disposent pour leur sorption, leur réaction et leur dégradation d'un temps plus long que dans le cas d'un transport sans influence prédominante de la diffusion matricielle. Bien que les polluants soient fortement retardés, leur accumulation dans la matrice et leur lente diffusion vers les fissures contribuent à leur persistance dans la nappe. Les valeurs régionales de conductivité hydraulique, estimées à partir des âges tritium et de la porosité matricielle, concordent assez bien avec les valeurs fournies par les essais de pompage, ce qui conforte l'interprétation d'une influence prédominante de la diffusion matricielle au cours du transport de soluté.

Resumen.

El acuífero freático de las cretas de Lublin, en la cuenca del río Bystrzyca (este de Polonia) se caracteriza por tener agua de buena calidad. Su conductividad hidráulica está relacionada con una red de fracturas de baja porosidad, con un máximo de 0.006 en superficie. La buena calidad del agua en este ámbito urbano es sorprendente, ya que, de acuerdo con estimaciones basadas en la Ley de Darcy, se esperaría una velocidad de flujo elevada, lo cual favorecería la dispersión de substancias contaminantes en el acuífero. Sin embargo, los análisis de tritio revelan que los tiempos medios de tránsito varían entre 55 y 92 años en cuatro casos, y entre 250 y 350 años en otros 11 casos. Una de las de muestras no contiene tritio, lo que implica que el tiempo de tránsito es aún mayor. Estos valores sólo se pueden explicar por medio del retardo causado por difusión en la matriz, esto es, por intercambio entre el agua móvil en las fisuras de baja porosidad y el agua inmóvil que se halla en la matriz, de porosidad mayor. El factor de retardo se define como el cociente entre la porosidad total y la porosidad de las fracturas. Como consecuencia, todos los tipos de substancias disueltas y, hasta cierto punto, la materia en suspensión fina, se transportan más lentamente hacia manantiales y pozos. Además, las especies no conservativas disponen de más tiempo para adsorberse, reaccionar y degradarse que en ausencia de un efecto dominante de la difusión en la matriz. Aunque el transporte de estas substancias se ve afectado por varios procesos, su acumulación en la matriz y su lenta difusión hacia las fracturas contribuyen a la persistencia de los contaminantes en las aguas subterráneas. Los valores regionales de la conductividad hidráulica, estimados a partir del contenido en tritio y de valores conocidos de porosidad de la matriz, son bastante coherentes con los obtenidos mediante ensayos de bombeo, hecho que confirma la interpretación de la gran influencia de la difusión en la matriz en el transporte de solutos.

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Copyright information

© Springer-Verlag 2001

Authors and Affiliations

  • A. Zuber
    • 1
  • Z. Michalczyk
    • 2
  • P. Maloszewski
    • 3
  1. 1.Institute of Nuclear Physics, Radzikowskiego 152, 31342 Cracow, PolandPoland
  2. 2.Institute of Earth Sciences, UMCS, Akademicka 19, 20033 Lublin, PolandPoland
  3. 3.GSF-Institut für Hydrologie, Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Oberschleißheim, GermanyGermany

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