Groundwater flow and solute transport at the Mourquong saline-water disposal basin, Murray Basin, southeastern Australia

Abstract.

Saline groundwater and drainage effluent from irrigation are commonly stored in some 200 natural and artificial saline-water disposal basins throughout the Murray-Darling Basin of Australia. Their impact on underlying aquifers and the River Murray, one of Australia's major water supplies, is of serious concern. In one such scheme, saline groundwater is pumped into Lake Mourquong, a natural groundwater discharge complex. The disposal basin is hydrodynamically restricted by low-permeability lacustrine clays, but there are vulnerable areas in the southeast where the clay is apparently missing. The extent of vertical and lateral leakage of basin brines and the processes controlling their migration are examined using (1) analyses of chloride and stable isotopes of water (²H/¹H and ¹⁸O/¹⁶O) to infer mixing between regional groundwater and lake water, and (2) the variable-density groundwater flow and solute-transport code SUTRA. Hydrochemical results indicate that evaporated disposal water has moved at least 100 m in an easterly direction and that there is negligible movement of brines in a southerly direction towards the River Murray. The model is used to consider various management scenarios. Salt-load movement to the River Murray was highest in a "worst-case" scenario with irrigation employed between the basin and the River Murray. Present-day operating conditions lead to little, if any, direct movement of brine from the basin into the river.

Résumé.

Les eaux souterraines salées et les effluents de drainage de l'irrigation sont stockés dans environ 200 bassins naturels ou artificiels destinés à retenir les eaux salines dans tout le bassin de Murray-Darling, en Australie. Leur impact sur les aquifères sous-jacents et sur la rivière Murray, l'une des principales ressources en eau d'Australie, constitue un problème grave. Dans une telle situation, les eaux souterraines salines sont pompées dans le lac Mourquong, complexe dans lequel les nappes se déchargent naturellement. Le bassin de stockage est isolé hydrodynamiquement par des argiles lacustres de faible perméabilité, mais il existe des zones vulnérables au sud-est, là où les argiles sont apparemment absentes. L'importance des fuites verticales et latérales des saumures du bassin et les processus contrôlant leur migration ont été étudiés au moyen (1) d'analyses de chlorures et des isotopes stables de l'eau (²H/¹H et ¹⁸O/¹⁶O) pour définir le mélange entre les eaux souterraines régionales et l'eau du lac, et (2) du code SUTRA d'écoulement souterrain et de transport de soluté d'eaux de densités variables. Les résultats hydrochimiques indiquent que l'eau de stockage évaporée s'est introduite d'au moins 100 m vers l'est et qu'il existe un écoulement négligeable de saumures vers le sud, en direction de la rivière Murray. Le modèle permet de considérer différents scénarios de gestion. L'écoulement des eaux salées vers la rivière Murray était le scénario le pire du fait de l'irrigation qui est appliquée entre le bassin de stockage et la rivière Murray. Les conditions actuelles de fonctionnement produisent un écoulement direct faible, sinon nul, des saumures du bassin vers la rivière.

Resumen.

Las aguas subterráneas salinas y los retornos de riego se almacenan habitualmente en unas 200 balsas naturales y artificiales de deshechos, situadas a lo largo de la Cuenca de los ríos Murray-Darling (Australia). Su impacto en los acuíferos y en el propio río Murray, que actúa como una de las fuentes principales de abastecimiento de agua en Australia, es un asunto preocupante. En uno de estos lugares, las aguas subterráneas salinizadas son bombeadas al lago Mourquong, que es un complejo natural de descarga del acuífero. La balsa de eliminación está revestida con arcillas lacustres de baja permeabilidad, pero hay áreas vulnerables hacia el sudeste, donde parece no haber arcilla. Se examina el alcance de la precolación vertical y lateral de las salmueras contenidas en la balsa y de los procesos que controlan su migración por medio de (1) análisis de cloruros e isótopos estables del agua (²H/¹H y ¹⁸O/¹⁶O), con el fin de determinar la mezcla entre las aguas subterráneas regionales y las lacustres, y (2) el código numérico SUTRA, que permite modelar flujo de densidad variable y transporte de solutos. Los resultados hidroquímicos indican que el agua evaporada se ha desplazado al menos 100 m hacia el Este y que no hay un movimiento apreciable de la salmuera hacia el río Murray, situado al Sur. Se emplea el modelo para considerar varios escenarios de gestión. La carga de sal hacia el río Murray es mayor en el escenario "más negativo", que incluye irrigación entre la balsa y el propio río. Las condiciones actuales de funcionamiento llevan a un pequeño (si existe) movimiento de la salmuera desde la balsa hasta el río.