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Determination of the natural potential groundwater recharge in the Valle Alto basin, Bolivia, through a soil water balance

Détermination de la recharge potentielle naturelle des eaux souterraines dans le bassin de Valle Alto, Bolivie, à travers un bilan de l’eau du sol

Determinación de la recarga potencial natural de aguas subterráneas en la cuenca del Valle Alto, Bolivia, a través del cálculo de un balance hídrico del suelo

通过土壤水平衡方法确定玻利维亚Valle Alto盆地的潜在地下水补给量

Determinação do potencial natural de recarga das águas subterrâneas na bacia do Valle Alto, Bolívia, através de um balanço de água no solo

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Abstract

The Valle Alto basin in Bolivia is of national importance as an agricultural area and its water resources are essential for the subsistence of the local population and vital for the economic development of the country. Guaranteeing groundwater availability in this basin is crucial, considering that aquifers are the main source of water for irrigation and human consumption. In order to manage these resources sustainably, it is necessary to know the location and extent of the groundwater recharge. Thus, a soil water balance was performed using the Schosinsky method, in order to calculate the recharge rate and delimit the potential groundwater recharge areas in the Valle Alto basin. Rainfall was considered as the main input source for the model and 24 biophysical variables were characterized. This characterization included the evaluation of global circulation models, the geospatial delimitation of soil units and the analysis of 212 soil profiles. Based on the monthly balance, an annual recharge rate of 65.68 mm was estimated for the 2006–2020 period, corresponding to 121.11 × 106 m3 of recharged water. Of this volume, 80% is produced during the wet season (from December to March) and, spatially, the northeast region of the basin has the greatest potential for groundwater recharge. The obtained results from this research constitute an initial but important milestone, as they are the first of this nature for the Valle Alto basin on a regional level.

Le bassin de Valle Alto en Bolivie est d’une importance nationale en tant que zone agricole et ses resssources en eau sont essentielles pour la subsistance de la population locale et vitale pour le développement économique du pays. Garantir la disponibilité des eaux souterraines dans ce bassin est crucial, car les aquifères sont la principale ressource en eau pour l’irrigation et la consommation humaine. De manière à gérer ces ressources durablement, il est nécessaire de connaître la localisation et l’extension de la recharge des eaux souterraines. Ainsi, un bilan de l’eau du sol a été réalisé selon la méthode de Schosinsky, afin de calculer le taux de la recharge et de définir les zones de recharge potentielle des eaux souterraines dans le bassin de Valle Alto. Les précipitations ont été considérées comme la principale source d’entrée pour le modèle et 24 variables biophysiques ont été caractérisées. Cette caractérisation a inclus l’évaluation des modèles globaux de circulation, la délimitation géospatiale des unités de sol et l’analyse de 212 profils pédologiques. D’après le bilan mensuel, on estime le taux de recharge annuelle à 65.68 mm pour la période 2006–2020, correspondant à une recharge de 121.11 × 106 m3. Sur ce volume, 80% sont produits pendant la saison humide (de Décembre à Mars) et, spatialement, c’est la région nord-est du bassin qui a le potentiel les plus fort pour la recharge des eaux souterraines. Les résultats obtenus par cette recherche constituent un jalon important vers le but initial, en ce qu’ils sont les premiers de cette nature pour le bassin de Valle Alto à un niveau régional.

Resumen

En Bolivia, la cuenca del Valle Alto es de gran importancia nacional como área agrícola y sus recursos hídricos son esenciales para la subsistencia de la población local y vitales para el desarrollo económico del país. Garantizar la disponibilidad de agua subterránea en esta cuenca es crucial, considerando que sus acuíferos son la principal fuente de agua para riego y consumo humano. Para gestionar estos recursos de forma sostenible, es necesario conocer la ubicación y la capacidad de las zonas recarga del agua subterránea. En tal sentido, para esta investigación se calculó un balance hídrico del suelo mediante el método propuesto por Schosinsky, con el fin de calcular la tasa de recarga y delimitar las áreas potenciales de recarga hídrica en la cuenca del Valle Alto. Se consideró la lluvia como la principal fuente de entrada del modelo y se caracterizaron 24 variables biofísicas. Esta caracterización incluyó la evaluación de modelos de circulación global, la delimitación geoespacial de unidades de suelo y el análisis de 212 perfiles de suelo. Con base en el balance mensual, se estimó una tasa de recarga anual de 65.68 mm para el período 2006–2020, correspondiente a 121.11 × 106 m3 de agua recargada. De este volumen, el 80% se produce durante la estación húmeda (de diciembre a marzo). Por otro lado, se determinó que la región noreste de la cuenca tiene el mayor potencial de recarga de aguas subterráneas. Los resultados obtenidos de esta investigación constituyen un hito inicial pero importante, ya que son los primeros de esta naturaleza para la cuenca del Valle Alto a nivel regional.

摘要

玻利维亚的Valle Alto盆地是当地重要的农业区,其水资源支撑着区域人口生存和国家的经济发展。含水层是农业灌溉和人们生活用水的主要供给来源,对于保障该区域地下水水源供给至关重要。为实现水资源的可持续管理,有必要充分了解地下水的补给位置和范围。本研究使用Schosinsky方法进行了土壤水分平衡分析,计算和划分了Valle Alto盆地的补给率和补给范围。降雨是该模型的主要的输入数据。本研究对24个生物物理变量进行了表征,包括全球环流模型的评估、土壤单元的地理空间划分和212个土壤剖面的分析。根据月尺度平衡分析结果,20062020年期间的年补给率为65.68 mm, 约相当于121.11 × 106 m3的补给量。其中80%的补给来自雨季(12月至3月)。空间上,盆地的东北部地区地下水补给潜力最大。该研究是Valle Alto盆地在区域层面上进行的第一个此类分析,具有里程碑式的重要意义。

Resumo

A bacia do Valle Alto na Bolívia é de importância nacional como área agrícola e seus recursos hídricos são essências para a subsistência da população local e vital para o desenvolvimento econômico do país. Garantir a disponibilidade de águas subterrâneas nesta bacia é crucial, considerando que os aquíferos são a principal fonte de água para irrigação e consumo humano. Para a gestão sustentável destes recursos, é necessário conhecer a localização e extensão da recarga das águas subterrâneas. Assim, um balanço água no solo foi realizado utilizando o método Schosinsky, para calcular a taxa de recarga e delimitar áreas de recarga potencial de águas subterrâneas na bacia do Valle Alto. A precipitação foi considerada como a fonte de entrada principal e 24 parâmetros biofísicos foram caracterizados. Essa caracterização inclui a avaliação de modelos globais de circulação, a delimitação geoespacial de unidades de solo e a análise de 212 perfis de solo. Baseado no balanço mensal, estimou-se uma taxa de recarga anual de 65.68 mm para o período 2006–2020, correspondente a 121.11 × 106 m3 de água recarregada. Deste volume, 80% é produzido durante a estação chuvosa (de dezembro a março) e, espacialmente, a região nordeste da bacia possui o maior potencial para a recarga de águas subterrâneas. Os resultados obtidos por esta pesquisa constituem um inicial, mas importante marco, uma vez que são os primeiros desta natureza para a bacia do Valle Alto em nível regional.

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Acknowledgements

The authors are grateful for the collaboration of the personnel from the Departmental Basin Service (SDC) from the Department Government of Cochabamba. Their contributions in terms of suggested bibliography and shared data and geodata were vital for the development of this research. The authors also thank the valuable contribution of the Centro AGUA through Alfredo Durán, who generously shared all his experience of more than 20 years and his previous findings in the Valle Alto basin.

Funding

This research was carried out within the framework of the VLIR-UOS, IUC 2017 Phase 1 UCB-B program.

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Correspondence to Inti E. Rodriguez-Levy.

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The authors declare no conflict of interest.

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Apaza-Coria, C.J., Rodriguez-Levy, I.E., Delfín Soruco, M. et al. Determination of the natural potential groundwater recharge in the Valle Alto basin, Bolivia, through a soil water balance. Hydrogeol J 30, 2341–2357 (2022). https://doi.org/10.1007/s10040-022-02553-x

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