Transition from confined to phreatic conditions as the factor controlling salinization and change in redox state, Upper subaquifer of the Judea Group, Israel

Abstract.

An increase in salinity and change from oxic to anoxic conditions are observed in the Upper subaquifer of the Judea Group in the Kefar Uriyya pumping field at the western foothills of the Judea Mountains, Israel. Hydrogeological data indicate that the change, which occurs over a distance of only a few kilometers, coincides with a transition from confined to phreatic conditions in the aquifer. The deterioration in the water quality is explained as a result of seepage of more saline, organic-rich water from above, into the phreatic "roofed" part of the aquifer. The latter is derived from the bituminous chalky rocks of the Mount Scopus Group, which confine the aquifer in its southeastern part. In this confined part, water in perched horizons within the Mount Scopus Group cannot leak down and flow westward while leaching organic matter and accumulating salts. However, upon reaching the transition area from confined to phreatic conditions, seepage to the Judea Upper subaquifer is possible, thereby allowing it to be defined as a leaky aquifer. The incoming organic matter consumes the dissolved oxygen and allows bacterial sulfate reduction. The latter accounts for the H₂S in the aquifer, as indicated by sulfur isotopic analyses of coexisting sulfate and sulfide. Thus, from an aquifer management point of view, in order to maintain the high quality of the water in the confined southeastern part of the Kefar Uriyya field, care should be taken not to draw the confined-roofed transition area further east by over pumping.

Résumé.

Un accroissement de la salinité et un changement des conditions oxiques en conditions anoxiques ont été observés dans le sous-système aquifère supérieur du groupe de Judée, dans le champ captant de Kefar Uriyya, au pied occidental des Monts de Judée (Israël). Les données hydrogéologiques indiquent que ce changement, qui se produit sur une distance de quelques kilomètres seulement, coïncide avec une transition dans l'aquifère des conditions captives à libres. La dégradation de la qualité de l'eau est expliquée par la drainance depuis le haut d'une eau plus saline, riche en matière organique, dans la partie couverte de la nappe. La matière organique provient de roches crayeuses bitumineuses du groupe du Mont Scopus, qui rendent l'aquifère captif dans sa partie sud-est. Dans cette partie captive, l'eau des horizons perchés dans le groupe du Mont Scopus ne peut pas être drainée vers le bas et s'écoule vers l'ouest en lessivant la matière organique et les sels accumulés. Toutefois, dans la zone de passage des conditions libres aux conditions captives, la drainance vers le sous-système aquifère supérieur du groupe de Judée est possible, ce qui permet de le définir comme un aquifère à drainance. La matière organique introduite consomme l'oxygène dissous et permet une réduction bactérienne des sulfates. Ce dernier processus produit du H₂S dans l'aquifère, comme l'indiquent les analyses isotopiques du soufre des sulfures et des sulfates présents. Ainsi, du point de vue de la gestion de l'aquifère, pour maintenir une bonne qualité de l'eau dans la partie captive sud-est du champ captant de Kefar Uriyya, il faut veiller à ne pas déplacer la zone de transition captif-libre plus à l'est par des pompages excessifs.

Resumen.

Se observa un aumento de salinidad y un cambio de condiciones óxicas a anóxicas en la unidad acuífera superior del Grupo Judea, en el campo de bombeo de Kefar-Uriyya de los piedemontes occidentales de las Montañas de Judea (Israel). Los datos hidrogeológicos indican que el cambio, que tiene lugar en una distancia de apenas algunos kilómetros, coincide con una transición de acuífero confinado a acuífero libre. El deterioro de la calidad del agua se explica por la aportación de aguas más salinas y orgánicas procedentes de los niveles superiores que recargan la parte del acuífero que se halla en condiciones freáticas. Éstas proceden de las cretas bituminosas del Grupo Mount Scopus, que confinan el acuífero en la parte Sudoriental. En esta zona confinada, los horizontes de agua colgada dentro del Grupo Mount Scopus no pueden lixiviar y fluyen hacia el Oeste, aportando materia orgánica y produciendo la acumulación de sales. Sin embargo, al llegar a la zona de transición de comportamiento confinado a freático, se posibilita la descarga a la unidad superior de Judea, por lo que puede ser considerado como un acuífero semiconfinado. La materia orgánica consume el oxígeno disuelto y permite la reducción bacteriana de sulfato. Esto explica la presencia de H₂S en el acuífero, según indican los análisis isotópicos de azufre para las especies sulfato y sulfuro. Así, desde el punto de vista de gestión de los acuíferos, de cara a preservar la enorme calidad de las aguas en la parte confinada Sudoriental del campo de Kefar-Uriyya debería evitarse que el área de transición se desplazara más hacia el Este por un exceso de las extracciones.