Injection into the shallow aquifer-aquitard system beneath Mexico City for counteracting pore pressure declines due to deeper groundwater withdrawals: Analysis of one injection well

Abstract

Los acuíferos están siendo severamente sobre-explotados en muchas partes del mundo conforme al continuo aumento de las poblaciones urbanas. Además, la excesiva extracción del agua subterránea de los acuíferos ha acelerado dramáticamente la consolidación de los acuitardos sobre-yacientes, creando severos hundimientos del terreno y muchos otros problemas relacionados. La Ciudad de México, con una población de 20 millones de habitantes y un acuífero principal exhausto, es un sitio que ofrece excelentes condiciones para experimentar técnicas de compensación. En este artículo, se propone una estrategia con el propósito específico de mitigar el hundimiento del subsuelo de la Ciudad de México. La estrategia consiste en aumentar la presión de poro en el acuífero somero por debajo de la Ciudad de México con la intención de inducir un proceso de difusión a través de los acuitados superior e inferior, para generar incrementos de presión de poro en el sistema que contrarresten los actuales descensos de presión de poro asociados a las extracciones de agua subterránea en la unidad acuífera principal. La estrategia se analiza analíticamente y se utilizan parámetros hidráulicos típicos del sistema acuífero-acuitado somero por debajo de la Ciudad de México sujeto a un pozo de inyección. Los resultados proporcionan, por primera vez, las respuestas hidráulicas acopladas del sistema sujeto a la inyección de agua y proporcionarán datos útiles cuando se realicen pruebas de inyección en el futuro cercano.

Groundwater Volume Loss in Mexico City Constrained by InSAR and GRACE Observations and Mechanical Models

“…CDMX is underlain by an extensive plain of low‐strength, very compressible, lacustrine‐clayey aquitards partially overlain by highly productive aquifers of volcanic and sedimentary origin (Vázquez‐Guillén & Auvinet‐Guichard, 2019). The region relies heavily on groundwater resources for more than 70% of the total water consumption, causing extraction of at least ∼53 m 3 /s, significantly exceeding the natural recharge of ∼20 m 3 /s, and causing a steady groundwater level decline of 1.0–1.5 m/yr (Palma Nava et al., 2022).…”

“…Notably, the accuracy of PREM reduces in the Earth's outermost 50 km due to the heterogeneity of the crust and the uppermost mantle (D'Urso & Marmo, 2013; Dill et al., 2015). Here, we examine two sets of half‐space Green's functions characterized by endmember Young's modulus of 6 and 50 MPa as lower and upper bounds, consistent with local geology and subsoil beneath Mexico City, which is dominated by fine‐grained material, mostly silt and soft clay with lenses of sand, gravel, and hard clay (Vázquez‐Guillén & Auvinet‐Guichard, 2019).…”

“…To this end, we oversampled the InSAR VLM‐rates on a grid of 500 by 500 m and assume $${\alpha }_{\beta }=0.9$$ corresponding to confined aquifer layers (Rivera et al., 1991). We selected the aquifer thickness of ∼50 m, Young's modulus E of 6 and 50 MPa, and Poisson's ratio ( v ) of 0.33 based on the local geology of the area (Vázquez‐Guillén & Auvinet‐Guichard, 2019). Given Poisson's ratio and Young's modulus, one can calculate the bulk‐modulus (Verruijt, 2017).…”