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Hydrogeology Journal

, Volume 24, Issue 4, pp 1057–1065 | Cite as

Map visualization of groundwater withdrawals at the sub-basin scale

  • Daniel J. Goode
Technical Note

Abstract

A simple method is proposed to visualize the magnitude of groundwater withdrawals from wells relative to user-defined water-resource metrics. The map is solely an illustration of the withdrawal magnitudes, spatially centered on wells—it is not capture zones or source areas contributing recharge to wells. Common practice is to scale the size (area) of withdrawal well symbols proportional to pumping rate. Symbols are drawn large enough to be visible, but not so large that they overlap excessively. In contrast to such graphics-based symbol sizes, the proposed method uses a depth-rate index (length per time) to visualize the well withdrawal rates by volumetrically consistent areas, called “footprints”. The area of each individual well’s footprint is the withdrawal rate divided by the depth-rate index. For example, the groundwater recharge rate could be used as a depth-rate index to show how large withdrawals are relative to that recharge. To account for the interference of nearby wells, composite footprints are computed by iterative nearest-neighbor distribution of excess withdrawals on a computational and display grid having uniform square cells. The map shows circular footprints at individual isolated wells and merged footprint areas where wells’ individual footprints overlap. Examples are presented for depth-rate indexes corresponding to recharge, to spatially variable stream baseflow (normalized by basin area), and to the average rate of water-table decline (scaled by specific yield). These depth-rate indexes are water-resource metrics, and the footprints visualize the magnitude of withdrawals relative to these metrics.

Keywords

Geographic information systems Groundwater management Water supply Groundwater recharge/water budget Over-abstraction 

Visualisation cartographique des prélèvements d’eau souterraine à l’échelle d’un sous-bassin

Résumé

Une méthode simple est proposée pour visualiser l’amplitude des prélèvements d’eau souterraine par forages se rapportant aux valeurs de la ressource en eau définies par l’utilisateur. La carte est uniquement une illustration des quantités prélevées, spatialement centrée sur les forages – il ne s’agit pas de zones d’appel ou d’aires d’alimentation des forages. La démarche habituelle consiste à dimensionner la taille (surface) des symboles des points de prélèvements proportionnellement au taux de pompage. Les symboles sont représentés de taille suffisamment grande pour être visibles, sans pour autant qu’il y ait des recouvrements des symboles entre eux de manière excessive. Contrairement à ce type de symboles graphiques basés sur la taille, la méthode proposée utilise un indice de taux de prélèvement par rapport à la profondeur (longueur par unité de temps) pour visualiser les taux de prélèvement des forages selon des surfaces cohérentes du point de vue volumétrique, appelées “empreintes”. La surface de chaque empreinte individuelle d’un forage correspond aux taux de prélèvement divisé par l’indice taux de prélèvement-profondeur. Par exemple, le taux de recharge des eaux souterraines pourrait être utilisé comme indice taux de prélèvement-profondeur pour montrer l'importance des prélèvements en comparaison de la recharge. Pour tenir compte des interférences entre des forages proches, des empreintes composites sont calculées selon une distribution itérative du plus proche voisin des prélèvements excédentaires sur une grille à mailles carrées uniformes. La carte montre des empreintes circulaires pour les forages isolés et des empreintes fusionnées pour les empreintes de forages qui se recouvrent. Des exemples sont présentés pour des indices taux de prélèvements-profondeur correspondant à la recharge, au débit de base spatialisé du cours d’eau (normalisé par la surface du bassin), et au taux moyen de baisse du niveau piézométrique (mise à l’échelle à l’aide du débit spécifique). Ces indices taux de prélèvements-profondeur constituent des valeurs de la ressource en eau, et les empreintes permettent de visualiser l’amplitude des prélèvements se rapportant à ces valeurs.

Visualización por mapas de las extracciones de agua subterránea en la escala de subcuenca

Resumen

Se propone un método simple para visualizar la magnitud de las extracciones de agua subterránea de pozos en relación con métricas de los recursos hídricos definidas por el usuario. El mapa es solamente una ilustración de las magnitudes de la extracción, centradas espacialmente en pozos -no es la zona captura o área de fuente de contribución de la recarga a los pozos. La práctica común es referenciar el tamaño (área) de los símbolos de la extracción de los pozos en forma proporcional al ritmo de bombeo. Los símbolos dibujados son lo suficientemente grandes como para ser visibles, pero no tan grandes que se superpongan excesivamente. En contraste con tales tamaños de símbolos gráficos basados en el método propuesto se utiliza un índice de ritmo de profundidad (longitud por tiempo) para visualizar los ritmos de extracción de los pozos por áreas volumétricamente consistentes, llamadas “huellas”. El área de cada huella individual de los pozos es el ritmo de extracción dividido por el índice del ritmo de profundidad. Por ejemplo, el ritmo de recarga del agua subterránea podría ser utilizado como un índice del ritmo de profundidad para mostrar cómo son las grandes extracciones en relación a la recarga. Para tener en cuenta la interferencia entre pozos cercanos, se calculan las huellas compuestas por una distribución iterativa del vecino más próximo de los excesos de extracciones en una red computacional y desplegada tiene celdas cuadradas uniformes. El mapa muestra huellas circulares en pozos individuales aislados y mezclas de áreas de huellas donde las huellas individuales de los pozos se superponen. Se presentan ejemplos para los índices del ritmo de profundidad correspondientes a la recarga, para un flujo de base espacialmente variable (normalizado por área de la cuenca), y para el ritmo medio de profundización de la capa freática (referenciadas por el rendimiento específico). Estos índices de ritmos de profundidad constituyen métricas de los recursos hídricos, y las huellas visualizan la magnitud de las extracciones en relación a estas métricas.

次流域尺度地下水抽取的图可视化

摘要

相对于用户定义的水源度量,本文提出了一个简单的方法形象化从井中抽取的地下水量。图件是抽取量唯一的图解,空间上以井为中心—图件不是对井补给的捕获带或者源区。通常做法是依比例确定抽水井符号的大小(面积),与抽水率相称。符号绘制的要足够大以便能看清楚,但不要大的造成过度重叠。相对于如此的基于图形的符号尺寸,提出的方法采用深度比率指数(每时间长度)根据被称为“足迹”的容积上统一面积可视化井抽取量。每个单独井的足迹面积为抽取量除以深度比率指数。例如,地下水补给量可用来作为深度比率指数显示出多大的 抽取量是与补给量相关的。为了说明附近井的干扰,根据标有统一正方形栅元的计算和显示网格上过量抽取迭代的最近邻分布计算了综合足迹。图件显示了单个孤立井的环形足迹和井的单独足迹重叠的合并足迹。例子展示了与补给、(被盆地区标准化的)空间上变量河基流深度比率指数、(单位出数量衡量的)水位下降平均速度一致的深度比率指数。这些深度比率指数为水资源度量,足迹可视化出相对于这些度量的抽取量。

Mapa de visualização da extração de água subterrânea em escada de sub-bacia

Resumo

Um método simples é proposto para visualizar a magnitude da extração das águas subterrâneas a partir de poços referentes a volumes (métricas) de recursos hídricos definidos por usuário. O mapa é somente uma ilustração da magnitude da retirada, espacialmente centrada em poços - não zonas de captura ou áreas de captação que contribuam como áreas de recarga para os poços. A prática comum é dimensionar o tamanho (área) da extração dos poços em símbolos proporcionais à taxa de bombeamento. Os símbolos são desenhados suficientemente grandes para serem visualizados, mas não tão grandes para que se sobreponham em excesso. Em contraste com esses tamanhos de símbolos graficamente baseados, o método proposto utiliza um índice de taxa de profundidade (comprimento por tempo) para visualizar as taxas de extração através de áreas volumetricamente consistentes, chamadas de “pegadas”. A área de cada pegada individual dos poços é a taxa de extração dividida pelo índice de taxa de profundidade. Por exemplo, a taxa de recarga das águas subterrâneas pode ser usada como um índice de taxa de profundidade para mostrar o quão grande as extrações são em relação àquela recarga. Para compensar a interferência da proximidade dos poços, pegadas compostas são calculadas por meio da distribuição dos vizinhos mais próximos dos excessos de extração em uma grade de visualização computacional com malha regular quadrada. O mapa mostra pegadas circulares em poços individuais isolados e áreas cujas pegadas se fundem, onde as pegadas individuais dos poços se sobrepõem. Exemplos são apresentados para os índices de taxa de profundidade correspondentes à recarga, para escoamento de base espacialmente variável (normalizado pela área da bacia) e para a taxa média de declínio freático (dimensionada pelo rendimento específico). Esses índices de taxa de profundidade são métricas de recursos hídricos e as pegadas visualizam a magnitude das extrações em relação a essas métricas.

Notes

Acknowledgements

This study was supported by the US Geological Survey National Water Census. I am grateful for helpful suggestions on the manuscript provided by Fred D. Tillman, US Geological Survey, and by Chris Turnadge and Leanne Morgan, plus an anonymous reviewer. Any use of trade, firm, or product names is for descriptive purposes only and does not imply endorsement by the US government.

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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg (outside the USA) 2016

Authors and Affiliations

  1. 1.US Geological SurveyExtonUSA

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