Spatio-temporal analysis of recent groundwater-level trends in the Red River Delta, Vietnam

Abstract

A groundwater-monitoring network has been in operation in the Red River Delta, Vietnam, since 1995. Trends in groundwater level (1995–2009) in 57 wells in the Holocene unconfined aquifer and 63 wells in the Pleistocene confined aquifer were determined by applying the non-parametric Mann-Kendall trend test and Sen’s slope estimator. At each well, 17 time series (e.g. annual, seasonal, monthly), computed from the original data, were analyzed. Analysis of the annual groundwater-level means revealed that 35 % of the wells in the unconfined aquifer showed downward trends, while about 21 % showed upward trends. On the other hand, confined-aquifer groundwater levels experienced downward trends in almost all locations. Spatial distributions of trends indicated that the strongly declining trends (>0.3 m/year) were mainly found in urban areas around Hanoi where there is intensive abstraction of groundwater. Although the trend results for most of the 17 time series at a given well were quite similar, different trend patterns were detected in several. The findings reflect unsustainable groundwater development and the importance of maintaining groundwater monitoring and a database in the Delta, particularly in urban areas.

Resume

Un réseau piézométrique est opérationnel dans le delta de la Rivière Rouge au Vietnam depuis 1995. Les tendances piézométriques (1995–2009) pour 57 forages dans l’aquifère libre de l’Holocène et 63 forages dans l’aquifère captif du Pléistocène ont été déterminées en appliquant le test non paramétrique de Mann Kendall et l’estimateur de pente de Sen. Pour chaque forage, 17 chroniques piézométriques (annuelles, saisonnières, mensuelles) extraites des données d’origine ont été analysées. L’analyse des moyennes piézométriques annuelles indique que 35 % des forages dans l’aquifère libre montrent des tendances à la baisse alors qu’environ 21 % indiquent des tendances à la hausse. D’un autre côté, les niveaux piézométriques de l’aquifère captif présentent des tendances à la baisse pratiquement en tout point. Les distributions spatiales des tendances indiquent que les tendances à la baisse les plus fortes (>0.3 m/an) sont principalement localisées dans les zones urbaines autour d’Hanoi où il y a une exploitation intensive des eaux souterraines. Bien que les résultats des tendances pour la plupart des 17 chroniques pour un forage donné sont quasi similaires, différents comportements sont détectés pour les tendances pour plusieurs forages. Ces résultats reflètent l’exploitation des eaux souterraines de manière non durable et l’importance de maintenir un réseau piézométrique et une base de données pour le Delta, particulièrement dans les zones urbanisées.

Resumen

Una red de monitoreo de agua subterránea ha estado en operación en el Delta del Red River, Vietnam, desde 1995. Las tendencias en el nivel de agua subterránea (1995–2009) en 57 pozos en el acuífero Holoceno no confinado y 63 pozos en el acuífero Pleistoceno confinado se determinaron aplicando el test no paramétrico de tendencia de Mann-Kendall y el estimador de pendiente de Sen. En cada pozo, se analizaron 17 series de tiempos (por ejemplo anuales, estacionales, mensuales), computadas a partir de datos originales. El análisis de los niveles de agua subterránea medio anual reveló que el 35 % de los pozos en el acuífero no confinado mostraban tendencias decrecientes, mientras que alrededor del 21 % mostraron tendencias crecientes. Por otro lado, los niveles de agua subterránea en el acuífero confinado experimentaron tendencias decrecientes en casi todos los sitios. Las distribuciones espaciales de las tendencias indicaron que las fuertes tendencias decrecientes (>0.3 m/año) fueron principalmente encontradas en áreas urbanas alrededor de Hanoi donde hay una extracción intensivas de agua subterránea. Aunque los resultados de las tendencias para la mayoría de las 17 series temporales en un pozo dado fueron muy similares, se detectaron diferentes esquemas de tendencias en varias de ellas. Los hallazgos reflejan el desarrollo no sustentable del agua subterránea y la importancia de mantener el monitoreo de agua subterránea y una base de datos en el Delta, particularmente en áreas urbanas.

摘要

越南红河三角洲地下水监测网络自1995年起运行。通过应用非参数Mann-Kendall趋势检查及Sen’s 坡度估计对全新世潜水含水层的57口井及更新世承压含水层中63口井中的地下水位(1995–2009年)趋势进行分析。分析从原始数据计算出的每个井的17个时间序列(如年均的,季度的,月的)。地下水位年均值分析表明潜水含水层中35%的井中水位成下降趋势,21%显示上升趋势。另外,承压含水层中地下水位几乎全部表现下降趋势。趋势空间分布表明地下水位下降明显(每年大于0.3 m)的地区主要是地下水集中开采的河内城区。尽管对于一个给定井17个时间序列中的大部分的趋势分析结果非常相近,但仍有几个不同趋势类型。结果反映出地下水开发的不合理以及维持地下水监测建立三角洲尤其是城区数据库的重要性

Resumo

Uma rede de pontos de monitorização da água subterrânea tem estado em funcionamento, desde 1995, no Delta do Rio Vermelho, no Vietname. As tendências do nível da água subterrânea (1995–2009) em 57 furos no aquífero livre do Holocénico e em 63 furos no aquífero confinado do Pleistocénico foram determinados através da aplicação do teste não paramétrico de Mann-Kendall e do estimador de declive de Sen. Para cada furo foram analisadas 17 séries temporais (por exemplo anual, sazonal e mensal), calculadas a partir dos dados originais. A análise dos valores médios anuais do nível das águas subterrâneas revelaram que 35 % dos furos no aquífero livre apresentaram tendência de descida, enquanto cerca de 21 % mostraram tendência de subida. Por outro lado, os níveis da água subterrânea no aquífero confinado apresentaram, em quase todos os locais, tendência de descida. As distribuições espaciais das tendências indicaram que as tendências de forte descida (>0.3 m/ano) se localizam maioritariamente nas áreas urbanas, à volta de Hanói, onde há extração intensiva de água subterrânea. Apesar dos resultados de tendência da maioria das 17 séries temporais, para cada furo, serem muito semelhantes, foram detetados diferentes padrões de tendência em vários furos. Os resultados obtidos refletem que o uso da água subterrânea é insustentável e que é importante manter a sua monitorização e uma base de dados na área do Delta, em particular nas áreas urbanas.

TÓM TẮT

Từ năm 1995, mạng lưới giếng quan trắc nước dưới đất ở đồng bằng châu thổ sông Hồng bắt đầu được thiết lập đưa vào hoạt động. Với số liệu đo đạc trong giai đoạn 1995–2009 từ 57 giếng quan trắc của tầng chứa nước không áp Holocene và 63 giếng tầng có áp tầng Pleistocene, bài báo tiến hành xác định xu hướng và tốc độ biến đổi mực nước dưới đất được theo phương pháp không tham số Mann-Kendall. Tại mỗi giếng khoan, 17 chuỗi số liệu mưc nước dưới đất đặc trưng bao gồm số liệu trung bình năm, trung bình tháng, trung bình mùa, mực nước lớn nhất, nhỏ nhất trong năm… được thiết lập phục vụ phân tích xu thế. Kết quả phân tích từ chuỗi số liệu trung bình hàng năm tầng không áp cho thấy, 35 % số giếng quan trắc có dấu hiệu hạ thấp và 21 % có hiệu dâng cao. Tuy nhiên, ở tầng có áp thì mực nước ngầm có dấu hiệu hạ thấp ở hầu hết tất cả các điểm quan trắc. Kết quả phân tích theo không gian cho thấy vùng có dấu hiệu hạ thấp mực nước lớn (> 0.3 m/năm) chủ yếu tập trung ở khu vực đô thị, nơi mà đang khai thác nước ngầm với trữ lượng lớn như Hà Nội. Mặc dù tại mỗi vị trí quan trắc xu hướng thay đổi của 17 chuỗi dữ liệu đặc trưng về cơ bản là tương tự nhau, một số trường hợp vẫn có sự khác biệt về cả xu thế và mức độ biến đổi. Kết quả phân tích xu thế tìm đươc phản ánh tính không bền vững trong khai thác, quản lý cũng như tầm quan trọng của việc duy trì mạng lưới, cơ sở dữ liệu quan trắc nước dưới đất ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, đặc biệt là các khu vực đô thị.