Groundwater flow modelling of the regional aquifer of the Pampa del Tamarugal, northern Chile

Abstract

The Pampa del Tamarugal Aquifer (PTA) is an important source of groundwater in northern Chile. In this study, a groundwater flow model of this aquifer is developed and calibrated for the period 1983–2004. The model reproduces the observed flow-field and the water balance components reasonably well. Five scenarios are defined to evaluate the response to different pumping situations. These scenarios show that groundwater heads will continue to decrease with the present pumping discharge rates. To account for variations in the model results due to uncertainties in average recharge rates, randomly generated recharge realizations with different levels of uncertainty are simulated. Evaporation flow rates and groundwater flowing out of the modelled area seem unaffected by the recharge uncertainty, whereas the storage terms can vary considerably. For the most intensive pumping scenario under the generated random recharge rates, it is unlikely that the cumulative discharged volume from the aquifer, at the end of the simulation period, will be larger than 12% of the estimated groundwater reserve. Fluctuations in simulated groundwater heads due to uncertainties in the average recharge values are more noticeable in certain areas. These fluctuations could explain unusual behaviour in the observed groundwater heads in these areas.

Résumé

L’aquifère de la Pampa del Tamarugal (PTA) représente une importante source d’eau souterraine dans le Nord du Chili. Dans cette étude, un modèle d’écoulement souterrain de cet aquifère est réalisé et calibré pour la période 1983–2004. Celui-ci reproduit le champs d’écoulement observé et les composantes du bilan d’eau raisonnablement bien. Cinq scénarios sont définis pour évaluer la réponse du système à des conditions de pompage différentes. D’après ces scénarios, les niveaux piézomètriques vont continuer à baisser sous l’effet des taux de pompage actuels. Pour tenir compte de la variabilité des résultats du modèle due aux incertitudes sur les taux de recharge moyens, des épisodes de recharge, générés aléatoirement et présentant différents niveaux d’incertitude sont simulés. Les taux d’évaporation et l’eau souterraine s’écoulant hors de la zone modélisée semblent non affectés par l’incertitude sur la recharge, les termes d’emmagasinement en revanche peuvent varier considérablement. Dans le cas du scénario avec le pompage le plus important et des taux de recharge aléatoires, il est peu probable que le volume cumulé pompé hors de l’aquifère à la fin de la simulation atteigne une valeur supérieure à 12% de la réserve d’eau souterraine estimée. Les fluctuations des niveaux piézomètriques simulés liées aux incertitudes sur les recharges moyennes sont plus perceptibles dans certaines zones. Ces fluctuations pourraient expliquer un comportement inhabituel des niveaux piézomètriques observés dans ces zones.

Resumen

El Acuífero de la Pampa del Tamarugal (PTA) es una fuente importante de agua subterránea en el norte de Chile. En este estudio se desarrolla y calibra un modelo de flujo de agua subterránea para el periodo 1983–2004. El modelo reproduce razonablemente bien el campo de flujo observado y los componentes del balance hídrico. Se definen cinco escenarios para evaluar la respuesta a diferentes situaciones de bombeo. Estos escenarios muestran que con las tasas de descarga de bombeo actuales las presiones de agua subterránea continuarán en descenso. Para explicar las variaciones en los resultados del modelo debidas a incertidumbres en tasas de recarga promedio se han simulado realizaciones de recarga generadas aleatoriamente con diferentes niveles de incertidumbre. Las tasa de flujo por evaporación y el agua subterránea que fluye fuera del área modelizada parecen no haber sido afectadas por la incertidumbre en recarga mientras que los términos de almacenamiento pueden variar considerablemente. Para el escenario de bombeo más intenso, bajo las tasas de recarga generadas aleatoriamente, no es probable que el volumen descargado acumulado del acuífero al final del periodo de simulación sea mayor del 12% de la reserva de agua subterránea estimada. Las fluctuaciones en las presiones simuladas de agua subterránea debido a las incertidumbres en los valores de recarga promedio son más notorios en ciertas áreas. Las fluctuaciones podrían explicar el comportamiento inusual en las presiones de agua subterránea observadas en estas áreas.