A regional-scale groundwater flow model for the Leon-Chinandega aquifer, Nicaragua

Abstract

Groundwater flow in the Leon-Chinandega aquifer was simulated using transient and steady-state numerical models. This unconfined aquifer is located in an agricultural plain in northwest Nicaragua. Previous studies were restricted to determining groundwater availability for irrigation, overlooking the impacts of groundwater development. A sub-basin was selected to study the groundwater flow system and the effects of groundwater development using a numerical groundwater flow model (Visual MODFLOW). Hydrological parameters obtained from pumping tests were related to each hydrostratigraphic unit to assign the distribution of parameter values within each model layer. River discharge measurements were crucial for constraining recharge estimates and reducing the non-uniqueness of the model calibration. Steady-state models have limited usefulness because of the major variation of recharge and agricultural pumping during the wet and dry seasons. Model results indicate that pumping induces a decrease in base flow, depleting river discharge. This becomes critical during dry periods, when irrigation is highest. Transient modeling indicates that the response time of the aquifer is about one hydrologic year, which allows the development of management strategies within short time horizons. Considering further development of irrigated agriculture in the area, the numerical model can be a powerful tool for water resources management.

Résumé

L’écoulement des eaux souterraines dans l’aquifère Leon-Chinandega a été simulé grâce à des modèles numériques en régimes permanent et transitoire. Cet aquifère libre est situé dans une plaine agricole du Nord Ouest du Nicaragua. Des études précédentes se sont limitées à l’estimation de la ressource en eau disponible pour l’irrigation, sans tenir compte des impacts liés au développement des eaux souterraines. Un sous-bassin a été sélectionné pour étudier le système d’écoulement des eaux souterraines et les effets du développement des eaux souterraines à l’aide d’un modèle hydrogéologique numérique (Visual MODFLOW). Les paramètres hydrogéologiques obtenus à partir d’essais de pompage ont été reliés à chaque unité hydrostratigraphique pour procéder à la distribution des valeurs des paramètres au sein de chaque couche du modèle. Les mesures de débits de la rivière ont été cruciaux pour contraindre les estimations de la recharge et pour réduire la non-unicité de la calibration du modèle. Les modèles en régime permanent ont une utilité limitée car des variations majeures de la recharge et des pompages agricoles ont lieu pendant les saisons humides et sèches. Les résultats du modèle montrent que le pompage induit une diminution du débit de base, réduisant le débit de la rivière. Ceci devient critique lors des saisons sèches quand l’irrigation est plus importante. La modélisation en régime transitoire montre que le temps de réponse de l’aquifère est d’environ une année hydrologique, ce qui permet l’élaboration de stratégies de gestion sur des horizons de temps courts. Le modèle numérique peut constituer un outil de gestion des ressources en eau important compte tenu du développement potentiel de techniques d’agriculture irriguée plus sophistiquées dans la plaine Leon-Chinandega.

Resumen

Se ha simulado el flujo de agua subterránea en el acuífero de León-Chinandega usando modelos numéricos en régimen permanente y régimen transitorio. Este acuífero no confinado se localiza en una planicie agrícola al noroeste de Nicaragua. Los estudios previos estuvieron restringidos a determinar el agua subterránea disponible para riego, pasando por alto los impactos del desarrollo de aguas subterráneas. Se seleccionó una sub-cuenca para estudiar el sistema de flujo de agua subterránea y los efectos del desarrollo de aguas subterráneas usando un modelo numérico de flujo de agua subterránea (MODFLOW Visual). Los parámetros hidrológicos obtenidos de pruebas de bombeo se relacionaron a cada unidad hidroestratigráfica para asignar la distribución de los valores de los parámetros dentro de cada capa del modelo. Las mediciones de descarga en los ríos fueron decisivas para restringir las estimaciones de recarga y reducir la no unicidad de la calibración del modelo. Los modelos de régimen permanente tiene limitada utilidad debido a la variación fuerte de recarga y bombeo agrícola durante las estaciones húmeda y seca. Los resultados del modelo indican que el bombeo induce un descenso en el flujo base, agotando la descarga del río. Este proceso llega a ser crítico durante periodos secos cuando el riego es alto. El modelo transitorio indica que el tiempo de respuesta del acuífero es aproximadamente un año hidrológico lo cual permite el desarrollo de estrategias de gestión dentro de horizontes de tiempo corto. El modelo numérico puede ser una herramienta poderosa para la gestión de los recursos hídricos si se toma en cuenta el desarrollo potencial de agricultura de riego más sofisticada en la planicie de León-Chinandega.