Origin and distribution of saline groundwaters in the upper Miocene aquifer system, coastal Rhodope area, northeastern Greece

Abstract

 This paper describes the origins and distribution of saline groundwaters in the coastal area of Rhodope, Greece. The aquifer system includes two aquifers within coarse-grained alluvial sediments in the coastal part of the study area. Two major water-quality groups occur in the study area, namely Ca2+-rich saline groundwater and Ca2+-poor, almost fresh groundwater. The main process controlling the groundwater chemistry is the exchange of calcium and sodium between the aquifer matrix and intruding seawater. The natural salt water in the study area is probably residual water that infiltrated the aquifer system during repeated marine transgressions in late Pleistocene time. Seawater intrusion into the coastal aquifer system occurs as a result of overpumping in two seawater wedges separated vertically by a low-permeability layer. The rate of intrusion averages 0.8 m/d and is less than expected due to a decline of the aquifer's permeability at the interface with the seawater. The application of several hydrochemical techniques (Piper and Durov diagrams; Na+/Cl–, Ca2+/Cl–, Mg2+/Cl–, and Br–/Cl– molar ratios; Ca2+/Mg2+ weight ratio; and chloride concentrations), combined with field observations, may lead to a better explanation of the origin of the saline groundwater.

Résumé

Ce papier décrit les origines et la distribution des eaux souterraines salées de la zone côtière du Rhodope (Grèce). Le système aquifère est constitué de deux aquifères dans les alluvions grossières de la zone littorale de la région d'étude. Deux groupes principaux de qualité d'eau sont observés dans cette région, une eau souterraine salée riche en Ca2+, et une eau souterraine presque douce pauvre en Ca2+. Le processus principal contrôlant le chimisme de l'eau souterraine est l'échange de calcium et de sodium entre la matrice de l'aquifère et l'eau marine de l'intrusion. L'eau salée naturelle dans cette région est probablement une eau fossile provenant d'intrusions dans l'aquifère durant les transgressions marines répétées au Pléistocène récent. L'intrusion marine dans le système aquifère littoral résulte du pompage excessif dans deux biseaux salés séparés verticalement par un niveau à faible perméabilité. La vitesse de progression de l'intrusion est en moyenne de 0,8 m/jour ; elle est inférieure à la valeur prévue pour une décroissance de la perméabilité de l'aquifère à l'interface avec l'eau marine. L'utilisation de plusieurs techniques hydrochimiques (diagrammes de Piper et de Durov, rapports molaires Na/Cl, Ca/Cl, Mg/Cl et Br/Cl, rapport massique Ca/Mg et concentrations en chlorures), associées aux observations de terrain, peuvent contribuer à une meilleure explication de l'origine de l'eau souterraine salée.

Resumen

Se describen los orígenes y la distribución de las aguas subterráneas salinas en la zona costera de Rhodope, Grecia. El sistema acuífero en la zona de estudio incluye dos acuíferos formados por sedimentos aluviales de grano grueso. Aparecen dos tipos de agua en la zona de estudio: agua salina, rica en Ca2+, y agua dulce, pobre en Ca2+. El principal proceso que controla el quimismo es el intercambio de calcio y sodio entre el acuífero y el agua de intrusión marina. El agua salada presente de manera natural es probablemente agua residual procedente de las repetidas transgresiones marinas que tuvieron lugar en el Pleistoceno superior. La intrusión marina se debe probablemente a la sobre-explotación de dos cuñas marinas, separadas verticalmente por una capa de baja permeabilidad. La velocidad de intrusión es de 0.8 m/d, menor de la esperada por una reducción de la permeabilidad en la interfaz. La aplicación de diversas técnicas hidroquímicas (diagramas de Piper y Durov, relaciones Na+/Cl–, Ca2+/Cl–, Mg2+/Cl–, Br–/Cl– y Ca2+/Mg2+, y concentraciones de cloruro) podrán dar lugar a una mejor explicación del origen de la salinidad.