Investigation of a chalk aquifer: advantages and limits of diffusion samplers and low-flow sampling techniques

Abstract

In order to estimate the vertical contaminant distributions in a chalk aquifer, two sampling techniques are used in the piezometers. The first is passive multi-level sampling, using dialysis membrane diffusion samplers. The second is the low-flow purging technique. Geochemical groundwater zones are also established by profiles of temperature, conductivity, dissolved oxygen, pH and redox potential. These sampling techniques enhance three-dimensional visualization of the chemical and physical parameters in the chalk aquifer. Except for the cases where there are large variations in the concentrations, these two methods provide approximately the same results. But these techniques should not be applied with the same aim. Dialysis membrane diffusion samplers preserve the weak chemical variations of an aquifer, but lead to mistakes in determining iron concentrations. Conversely, the lowflow rate technique preserves the iron concentration, but the depth resolution is weaker (on a scale much greater than 1 m) because pumping produces a mix of flow horizons.Key words chalk aquifer; groundwater sampling; dialysis membrane; hydrochemical stratification; low-flow sampling Investigations d'un aquifère de craie: avantages et limites des techniques d'échantillonnage bas débit et à base de cellules de dialyseRésumé Pour estimer les distributions verticales des contaminants dans un aquifère de craie, deux techniques d'échantillonnage en piézomètres sont utilisées. La première est un échantillonnage multiniveau passif, qui utilise les membranes de dialyse. La deuxième est la technique de purge bas débit. Les zonations hydro-géochimiques sont aussi établies par des profils de température, conductivité, oxygène dissous, pH et potentiel rédox. Ces techniques d'échantillonnage permettent d'améliorer la visualisation tri-dimensionnelle des paramètres chimiques et physiques de l'aquifère de craie. A l'exception des cas où de fortes variations de concentration existent, ces deux méthodes fournissent des résultats sensiblement équivalents. Mais ces techniques ne devraient pas être utilisées avec les mêmes objectifs. L'échantillonnage par dialyse permet de décrire les faibles variations chimiques d'un aquifère, mais conduit à des erreurs de mesure pour la concentration du fer. Inversement, la technique bas débit permet une mesure représentative du fer, mais le pompage provoque un mélange des horizons d'écoulement si bien que la précision des mesures suivant la profondeur est plus faible (à l'échelle de quelques mètres).

Quali-quantitative considerations on low-flow well purging and sampling

“…This is also the reason why low-flow methodology has been increasingly used for several years (Schilling 1995). The best results, in terms of sampling representativeness and applications, have been obtained in alluvial aquifers, where the hypothesis of aquifer homogeneity is more easily respected and preferential paths are not frequent as in fractured formations (Barrez et al 2007). Particular attention is to be paid to those cases in which the influence of vertical flow may occur (McMillan et al 2014), but difficulties can be overcome by the use of numerical models before field monitoring activities (Harte 2017;Martin-Hayden et al 2014;Varljen et al 2006).…”