Isotope signatures and hydrochemistry as tools in assessing groundwater occurrence and dynamics in a coastal arid aquifer

Abstract

Groundwater from the La Paz arid coastal aquifer in Baja California, Mexico, is essentially the only source of drinking water for the local population and tourists, as well as irrigation water for agricultural needs. The intensive exploitation of the aquifer and water cycling has resulted in groundwater abatement (up to 10 m) and high salinity (up to *5800 mg l -1 ). A study using hydrochemistry, isotopic (deuterium, oxygen-18 and carbon-14) and gaseous tracers (chlorofluorocarbons CFC-11, CFC-12, CFC-113), as well as multivariate statistics, was developed to elucidate groundwater composition, flow and occurrence. Groundwater is of meteoric origin, and a large proportion is subject to evaporation. The primary natural recharge is generated in the El Novillo and Las Cruces ranges, and groundwater subsequently flows in a SE-NW direction toward the coast. The initial water type is the result of discordant dissolution of silicate minerals and ion exchange on soils. In the lower plain portion, the aquifer system is recharged from irrigation return flow and seawater intrusion, which significantly affects groundwater chemistry. Nitrate and chloride concentrations indicate that groundwater is highly affected by an overuse of fertilizers in agricultural activities, but there is little effect from urban activities. Seawater intrusion has progressed rapidly during the past decade, and the impact currently extends 13 km inland. Radiocarbon residence time calculations suggest that groundwater is modern, with the exception of Chametla and El Centerario sites in the central and western lowlands with ages of up to *5000 years. These waters indicate an additional recharge source for the upconing of fossil groundwater or regional flow.

Regional Hydrogeochemical Mapping for Environmental Studies in the Mineralized Lom Basin, East Cameroon: A Pre-industrial Mining Survey

“…This produced two distinctive water types: 77% of samples plotted as CaHCO 3 and 23% as NaHCO 3 . These water species are typical of surface water draining igneous/metamorphic rocks in hot and humid equatorial climate, resulting in the discordant dissolution of primary silicate minerals such as Na-feldspars, plagioclases, pyroxene and hornblende [27][28]. Also, the water facies indicate short residence time thus low water-rock interaction [29], ion exchange and active recharge by groundwater associated with low EC [30].…”

Familias de agua subterránea y distribución de sólidos totales disueltos en el acuífero de La Paz Baja California Sur, México

“…Estos pozos cercanos a la línea de costa presentan evidencia de intrusión marina debido a la alta concentración de STD (Cuadro 1) mayor a 2000 mg L -1 , pero además por su elevada concentración de cloruros se conf irma que la alta salinidad proviene del mar, más que por disolución de minerales que conforman los materiales del acuífero o por contaminación antropogénica. Tamez Meléndez et al (2016) reportan que debido a los altos volúmenes de extracción de agua que se llevan a cabo para riego agrícola, el nivel freático se ha modif icado a lo largo de la costa a causa de la intrusión marina, lo que ha provocado la inversión del flujo subterráneo en esta zona. Es así que las concentraciones de STD y cloruros se han incrementado dramáticamente.…”

“…Mahlknecht et al (2017) reportan que se está produciendo un importante proceso de intercambio de cationes en el acuífero, con sodio de agua de mar reemplazando el calcio de procedencia continental. Además, el agua de mar con Na + y Cl -como iones dominantes está en contacto con los sedimentos del área costera y su intrusión induce un intercambio de cationes en las partículas del suelo donde se absorbe el Na + y se libera Ca 2+ (Tamez Meléndez et al, 2016). En cualquier caso, para determinar si el proceso de intrusión marina prevalece y se extiende, o se encuentra estabilizado, es necesario utilizar algún otro método, o llevar a cabo una relación iónica, pero desafortunadamente en este estudio no se cuenta con datos suf icientes.…”

“…Los problemas van en aumento, ya que se observa un incremento cada vez mayor de la profundidad de hasta 10 m, al nivel del agua subterránea en áreas agrícolas irrigadas donde no se controla la extracción de la misma (Tamez Meléndez et al, 2016). La recarga estimada en varios estudios es de 20 a 23 Mm 3 , con una descarga entre 29 a 32 Mm 3 , que resulta en un balance cercano a los -10 Mm año -1 (Cruz Falcón et al, 2013).…”

Constraining a density-dependent flow model with the transient electromagnetic method in a coastal aquifer in Mexico to assess seawater intrusion

“…Water overextraction has occurred during the last five decades despite a decree of closure emitted by the national water authority (Comisión Nacional del Agua, CONAGUA) enacted in 1954 (CNA 2002). Water overdraft has brought consequences such as spring drought, continuous drawdown of water levels (0.5-1 m year −1 ), increase in pumping costs, and the deterioration of groundwater quality due to seawater intrusion (Tamez-Meléndez et al 2016;Torres-Martínez et al 2017;Cruz Falcón et al 2017).…”