Geostatistical mapping of leakance in a regional aquitard, Oak Ridges Moraine area, Ontario, Canada

Abstract.

The Newmarket Till forms a regionally extensive aquitard separating two major aquifer systems in the Greater Toronto area, Canada. The till is incised, and sometimes eroded entirely, by a network of sand- and gravel-filled channels forming productive aquifers and, locally, high-conductivity windows between aquifer systems. Leakage through the till may also be substantial in places. This study investigates the spatial variability of aquitard leakance in order to assess the relative importance of recharge processes to the lower aquifers. With a large database derived from water-well records and containing both hard and soft information, the Sequential Indicator Simulation method is used to generate maps of aquitard thickness and window probability. These can be used for targeting channel aquifers and for identifying potential areas of recharge to the lower aquifers. Conductivities are modeled from sparse data assuming that their correlation range is much smaller than the grid spacing. Block-scale leakances are obtained by upscaling nodal values based on simulated conductivity and thickness fields. Under the "aquifer-flow'' assumption, upscaling is performed by arithmetic spatial averaging. Histograms and maps of upscaled leakances show that heterogeneities associated with aquitard windows have the largest effect on regional groundwater flow patterns.

Résumé.

La moraine glaciaire de Newmarket constitue un imperméable d'extension régionale séparant deux systèmes aquifères dans la région du Grand Toronto (Canada). La moraine est entaillée, et parfois entièrement érodée, par un réseau de chenaux comblés de sables et de graviers formant des aquifères productifs et, localement, des «fenêtres», zones à forte conductivité hydraulique reliant les systèmes aquifères. Une drainance au travers de la moraine peut également être significative par endroits. Cette étude s'intéresse à la variabilité spatiale de la drainance au travers de l'imperméable, dans le but d'évaluer l'importance relative des processus d'alimentation des aquifères inférieurs. À partir d'une vaste base de données constituée par les mesures faites dans les puits et contenant des informations à la fois certaines et incertaines, la méthode de simulation par indicateur séquentiel est utilisée pour créer des cartes d'épaisseur de l'imperméable et de probabilité d'existence des fenêtres. Ces cartes peuvent être utilisées pour mettre en évidence les aquifères de chenaux et pour identifier les zones potentielles de recharge des aquifères inférieurs. Les conductivités hydrauliques sont modélisées à partir de données clairsemées en supposant que leur gamme de corrélation est beaucoup plus faible que le pas de la grille. La drainance à l'échelle des blocs est obtenue par accroissement du niveau d'échelle des valeurs nodales basé sur les champs de conductivité simulée et des épaisseurs. À partir de l'hypothèse d'écoulement dans l'aquifère, l'accroissement d'échelle est réalisé en faisant une moyenne arithmétique spatiale. Des histogrammes et des cartes de drainance avec accroissement d'échelle montrent que les hétérogénéités associées aux fenêtres dans l'imperméable constituent l'effet le plus important dans l'organisation des écoulements souterrains régionaux.

Resumen.

El Till de Newmarket forma un acuitardo de extensión regional que separa dos sistemas acuíferos principales en la zona de Greater Toronto (Canadá). El till está horadado, y a veces completamente erosionado, por una red de canales rellenos de arena y grava. Estos constituyen acuíferos productivos y, localmente, conexiones de alta permeabilidad entre sistemas acuíferos. El goteo a través del till puede ser fundamental en ciertos lugares. Este estudio investiga la variabilidad espacial del goteo desde el acuitardo con el fin de establecer la importancia relativa de los procesos de recarga hacia los acuíferos inferiores. Se ha utilizado el método de la Simulación Indicadora Secuencial, soportado por una gran base de datos que contiene registros de sondeos e incluye información blanda y dura, para generar mapas de espesor del acuitardo y mapas de probabilidad de discontinuidades laterales en el acuitardo. Estos resultados se pueden emplear para identificar canales y las zonas de recarga potencial a los acuíferos inferiores. Se han modelado las conductividades a partir de datos dispersos, suponiendo que la distancia de correlación es mucho menor que el espaciado de la malla. Se han calculado valores de goteo a escala de bloque por medio del escalado de los valores nodales, basándose en los campos simulados de conductividad y espesor. El escalado se calcula mediante un promedio aritmético espacial, bajo la hipótesis de "flujo en el acuífero". Los histogramas y mapas de goteos escalados muestran que las heterogeneidades asociadas a las discontinuidades en el acuitardo producen el efecto más notable en la distribución regional del flujo de aguas subterráneas.