The use of aquifer-media characteristics to model vulnerability to contamination, Manawatu region, New Zealand

Abstract.

The Manawatu region of New Zealand consists largely of alluvial deposits which form extensive unconfined aquifers. Intensification of land use, with consequent increases in contamination potential, places the groundwater at serious risk. Aquifer-vulnerability assessment is the first step in protecting this vital resource.

Characteristics of the aquifer medium affect vulnerability because the concentration of contaminants is controlled partly by the ability of the aquifer to dilute them. Static water levels in over 1,100 bores were used as point estimates to generate the phreatic surface for the study area. Well-drillers' descriptions of the aquifer medium below this surface were then assigned to grain-size classes. These descriptions were treated as point estimates from which variations in aquifer-media characteristics were interpolated. The point estimates were used to build a network of Theissen polygons which, in turn, were used to estimate the spatial distribution of the aquifer-media characteristics. Analysis of bores drilled subsequently has shown that the regional trends in characteristics predicted from the point data were realistic. Aquifer vulnerability was then assessed on the basis of grain size. Larger grain sizes indicate higher hydraulic conductivity, thus promoting greater dilution. This results in lower vulnerability to contamination.

Nitrate concentrations, the major contaminant in the area, show a high correlation with the assigned vulnerability classes. Regional assessment of aquifer-medium vulnerability is therefore an effective tool in groundwater resource management and protection.

Résumé.

La région de Manawatu en Nouvelle-Zélande est surtout constituée de dépôts alluviaux qui forment des aquifères libres étendus. L'utilisation intensive des terres, avec l'accroissement consécutif du potentiel de contamination, présente de sérieux risques pour les nappes. L'évaluation de la vulnérabilité des aquifères est la première étape pour protéger cette ressource vitale.

Les caractéristiques de la formation aquifère affectent la vulnérabilité parce que la concentration des contaminants est contrôlée en partie par l'aptitude de l'aquifère à les diluer. Les niveaux statiques mesurés dans plus de 1,100 puits ont été utilisés comme des estimations ponctuelles pour reconstituer la surface de la nappe de la région étudiée. Les descriptions de la formation aquifère faites par les foreurs sous cette surface ont ensuite été transformées en classes granulométriques. Ces descriptions ont été traitées comme des estimations ponctuelles à partir desquelles les variations des caractéristiques de la formation aquifère ont été interpolées. Les estimations ponctuelles ont été utilisées pour élaborer un réseau de polygones de Theissen qui ont ensuite permis d'évaluer la distribution spatiale des caractéristiques de la formation aquifère. L'analyse des forages réalisés par la suite a montré que les tendances régionales des caractéristiques prédites à partir des données ponctuelles étaient réalistes. La vulnérabilité de la nappe a alors été évaluée sur la base de la taille des grains. Les grandes tailles de grains indiquent une plus forte conductivité hydraulique, produisant ainsi une dilution plus forte. Ceci entraîne une plus faible vulnérabilité à la contamination.

Les concentrations en nitrates, le principal contaminant dans cette région, montrent une forte corrélation avec les classes de vulnérabilité définies. L'évaluation régionale de la vulnérabilité de la formation aquifère est par conséquent un outil efficace de la gestion et de la protection de la ressource en eau souterraine.

Resumen.

La región de Manawatu (Nueva Zelanda) está formada sobre todo por depósitos aluviales que constituyen acuíferos libres extensos. La intensificación del uso del suelo, que acarrea un aumento del potencial contaminante, representa un grave riesgo para las aguas subterráneas. La determinación de la vulnerabilidad de los acuíferos es el primer paso hacia la protección de este recurso vital.

Las características del acuífero afectan a la vulnerabilidad, ya que la concentración de contaminantes está controlada parcialmente por la capacidad de dilución de las aguas subterráneas. Se ha utilizado los niveles estáticos en más de 1,100 sondeos como estimaciones puntuales para generar la superficie freática en el área de estudio. Se ha asignado después las descripciones litológicas de las perforaciones a clases de tamaño de grano. Estas descripciones han sido tratadas como estimaciones puntuales a partir de las cuales se ha interpolado las variaciones en las propiedades del acuífero. Las estimaciones puntuales han permitido construir una red de polígonos de Theissen que, a su vez, sirven para estimar la distribución espacial de las propiedades del medio. Los análisis de testigos de sondeos perforados a posteriori han demostrado que las tendencias regionales de las propiedades del medio habían sido predichas de forma realista a partir de datos puntuales. La vulnerabilidad del acuífero ha sido determinada con base en el tamaño de grano; los tamaños mayores indican una mayor conductividad hidráulica y, como consecuencia, una mayor capacidad de dilución, cosa que implica una menor vulnerabilidad a la contaminación.

Las concentraciones del principal contaminante en la zona, el nitrato, muestran una correlación elevada con las clases de vulnerabilidad asignadas. La determinación a escala regional de la vulnerabilidad del acuífero es, por tanto, una herramienta efectiva para gestionar y proteger los recursos de aguas subterráneas.