Low Llobregat Aquifers: Intensive Development, Salinization, Contamination, and Management
Search citation statements
Paper Sections
Citation Types
Year Published
Publication Types
Relationship
Authors
Journals
Cited by 23 publications
References 13 publications
Global change is expected to affect significantly the global hydrological behavior, changing mean annual precipitation patterns, increasing length of drought periods, rising evaporation and atmospheric water vapor and decreasing ice cover. All these changes imply significant challenges to find solutions that could contribute to mitigate the effects of global change in groundwater quality and its effect on the environment. In this context, the application of remote sensing in groundwater studies represent a useful technique to complement the information obtained with the traditional methods in hydrogeological studies used for the characterization and quantification of water resources. In the same way, Managed Aquifer Recharge (MAR) represents a feasible solution to deal with future water management challenges promoting the storage of available water in aquifers and improving the recharged water quality. The present dissertation is focused on improving groundwater resources management in two different ways. First, by using remote sensing tools for the characterization of coastal areas and second, by using reactive barriers to improve degradation of contaminants of emerging concern in the context of managed aquifer recharge coupled to the outflow of a waste water treatment plant. Firstly, we evaluate the usefulness of using freely available thermal infrared (TIR) imagery of the Landsat 8 as an exploratory tool for identifying SGD springs worldwide. The use of satellite thermal data as a technique for identifying SGD springs in sea water is based on the identification of thermally anomalous plumes obtained from the thermal contrasts between groundwater and sea surface water. The main goal of this first part of the conducted research is to demonstrate the significant usefulness of Landsat 8 TIR images as an exploratory tool for identifying SGD springs (karts areas) worldwide and discuss the main limiting factors of using this technique in SGD studies. Results show that satellite TIR remote sensing is a useful method for identifying coastal springs in karst aquifers both locally and regionally. However, there are some limiting factors that need to be considered as, technical limitations, geological and hydrogeological characteristics of the studied area, environmental and marine conditions, and coastal geomorphology. Secondly, we present the potential use of satellite chlorophyll (Chl-a) data as a low-cost tool for mapping the spatial and temporal evolution of the ecological influence of SGD in coastal habitats. To distinguish high Chl-a concentrations derived from SGD to those derived from other potential sources, a clustered analysis were applied to Landsat 8 satellite Chl-a data. Results show that satellite Chl-a data offers the possibility to identify and constrain areas where SGD inputs have increased primary productivity and calculate the Chl-a concentration gradient along time induced by SGD. Finally, we investigate the fate of selected UV filters (UVFs) in two MAR systems; one supplemented with a reactive barrier containing clay and vegetable compost, and the other as a reference system. We monitor benzophenone-3 (BP-3) and its transformation products (TPs) (benzophenone-1 (BP-1), 4,4'-dihydroxybenzophenone (4-DHB), 4-hydroxybenzophenone (4-HB) and 2,2'-dihydroxy-4-methoxybenzophenone (DHMB)), benzophenone-4 (BP-4) and avobenzone (AVO) at all involved compartments (water, soil, and biofilm), before and after modifying redox conditions through a pulse of lithium acetate. Results show that the implementation of a reactive barrier in MAR systems improve substantially the degradation extent of UVF, especially of BP-3 and its TPs. The present dissertation contributes to improve groundwater resources management throughout new methodological and technical approaches to deal with the new challenges of today’s society. El canvi global s'espera que afecti significativament el comportament hidrològic global, canviant els patrons de precipitació mitjana anual, augmentant la durada dels períodes de sequera, augmentant l'evaporació i el vapor d'aigua atmosfèric i disminuint la capa de gel. Tots aquests canvis impliquen reptes importants per trobar solucions que puguin contribuir a mitigar els efectes en la qualitat de l'aigua subterrània i el seu efecte al medi ambient. En aquest context, l'aplicació de la teledetecció en estudis d'aigües subterrànies representa una tècnica útil per complementar la informació obtinguda amb els mètodes tradicionals en estudis hidrogeològics utilitzats per caracteritzar i quantificar recursos hídrics. De la mateixa manera, la Recàrrega Gestionada d'Aqüífers representa una solució factible per fer front als futurs desafiaments en la gestió de l'aigua, promovent l'emmagatzematge de l'aigua disponible als aqüífers i millorant la qualitat de l'aigua recarregada. Aquesta tesi es centra en millorar la gestió dels recursos hídrics subterranis de dues maneres diferents. En primer lloc, mitjançant l'ús d'eines de teledetecció per a la caracterització de les zones costaneres i, en segon lloc, mitjançant l'ús de barreres reactives per millorar la degradació dels contaminants de preocupació emergent en el context de la recàrrega gestionada d’aqüífers acoblada amb l’efluent d’una planta de tractament d’aigües residuals. En primer lloc, s'avalua la possibilitat d'utilitzar imatges infraroges tèrmiques (TIR) de Landsat 8 com a eina exploratòria per identificar fonts de SGD. L'ús de dades tèrmiques de satèl·lit per identificar fonts de SGD al mar es basa en la identificació de plomalls tèrmicament anòmals obtinguts a partir del contrast tèrmic existent entre les aigües subterrànies i les aigües superficials del mar. L'objectiu principal d'aquesta primera part és demostrar la utilitat de les imatges TIR de Landsat 8 com a eina exploratòria per identificar fonts de SGD a tot el món i discutir quins són els factors limitants d'aquesta tècnica en estudis de SGD. Els resultats mostren que la teledetecció amb imatges de satèl·lit tèrmiques, és un mètode útil per identificar fonts costaneres en aqüífers càrstics tant a nivell local com regional. No obstant això, hi ha alguns factors que cal considerar, com ara, limitacions de la tècnica, característiques geològiques i hidrogeològiques, condicions ambientals i marines i la geomorfologia costanera. En segon lloc, es presenta l'ús potencial de dades de clorofil·la (Chl-a) obtingudes amb satèl·lit, com una eina de baix cost per mapejar l'evolució espacial i temporal de la influència ecològica de la SGD a les zones costaners. Per distingir les altes concentracions de Chl-a derivades de SGD de les derivades d'altres fonts, s’ha aplicat una anàlisi d¿ agrupament a les dades de Chl-a. Els resultats mostren que les dades de Chl-a obtingudes amb satèl·lit ofereixen la possibilitat d'identificar i restringir àrees on les entrades de SGD han augmentat la productivitat primària i calcular el gradient de concentració de Chl-a al llarg del temps induït per la SGD. Finalment, s’investiga el destí dels filtres UV seleccionats, en dos sistemes de recàrrega gestionada d’aqüífers; un complementat amb una barrera reactiva a base d'argila i compost vegetal, i l'altre com a sistema de referència. Es monitoritza la benzofenona-3 (BP-3) i els seus productes de transformació (TP) en tots els compartiments involucrats (aigua, sòl i biopel·lícula), abans i després de modificar les condicions redox mitjançant un pols d'acetat de liti. Els resultats mostren que la implementació d'una barrera reactiva als sistemes de recàrrega gestionada d’aqüífers millora la degradació dels filtres UV, especialment de la BP-3 i els seus TP. Aquesta tesi ha contribuït a millorar la gestió dels recursos hídrics Se espera que el cambio global afecte significativamente el comportamiento hidrológico global, cambiando los patrones de precipitación media anual, aumentando la duración de los períodos de sequía, aumentando la evaporación y el vapor de agua atmosférico y disminuyendo la capa de hielo. Por lo tanto, los cambios en la humedad del suelo, la escorrentía, la recarga, la cantidad y la calidad del agua subterránea se verán afectados. Además, el crecimiento poblacional esperado incrementará la contaminación al mismo tiempo que implicará un crecimiento de la demanda y una competencia por los recursos hídricos y por ende un aumento en la extracción de aguas subterráneas. Todos estos cambios implican desafíos importantes para encontrar soluciones que puedan contribuir a mitigar los efectos en la calidad del agua subterránea y su efecto en el medio ambiente. En este contexto, la aplicación de la teledetección en estudios de aguas subterráneas representa una técnica útil para complementar la información obtenida con los métodos tradicionales en estudios hidrogeológicos utilizados para la caracterización y cuantificación de recursos hídricos. Del mismo modo, la Recarga Gestionada de Acuíferos representa una solución factible para hacer frente a los desafíos futuros de la gestión del agua, promoviendo el almacenamiento del agua disponible en los acuíferos y mejorando la calidad del agua recargada. La presente tesis se centra en mejorar la gestión de los recursos hídricos subterráneos de dos maneras diferentes. En primer lugar, mediante el uso de herramientas de teledetección para la caracterización de las zonas costeras y, en segundo lugar, mediante el uso de barreras reactivas para mejorar la degradación de los contaminantes de preocupación emergente en el contexto de la recarga gestionada de acuíferos acoplada al efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales. En primer lugar, se evalúa la posibilidad de utilizar imágenes infrarrojas térmicas (TIR) disponibles gratuitamente de Landsat 8 como una herramienta exploratoria para identificar manantiales SGD en todo el mundo. El uso de datos térmicos satelitales como técnica para identificar manantiales de SGD en agua de mar se basa en la identificación de penachos térmicamente anómalos obtenidos a partir del contraste térmico existente entre las aguas subterráneas y las aguas superficiales del mar. El objetivo principal de esta primera parte de la investigación es demostrar la utilidad de las imágenes térmicas de Landsat 8 como una herramienta exploratoria para identificar manantiales SGD (áreas de karts) en todo el mundo y discutir los principales factores limitantes del uso de esta técnica en estudios de SGD. Los resultados muestran que la teledetección satelital TIR es un método útil para identificar manantiales costeros en acuíferos kársticos tanto a nivel local como regional. Sin embargo, existen algunos factores limitantes que deben considerarse, como limitaciones técnicas, características geológicas e hidrogeológicas del área de estudio, condiciones ambientales y marinas y geomorfología costera. En segundo lugar, se presenta el uso potencial de los datos satelitales de clorofila (Chl-a) como una herramienta de bajo coste para mapear la evolución espacial y temporal de la influencia ecológica de SGD en las zonas costeras. Para distinguir las altas concentraciones de Chl-a derivadas de SGD de las derivadas de otras fuentes potenciales, se aplicó un análisis agrupado a los datos de Chl-a. Los resultados muestran que los datos satelitales de Chl-a ofrecen la posibilidad de identificar y restringir áreas donde las entradas de SGD han aumentado la productividad primaria y calcular el gradiente de concentración de Chl-a a lo largo del tiempo inducido por SGD. Finalmente, se investiga el destino de los filtros UV seleccionados, en dos sistemas de recarga gestionada de acuíferos (MAR); uno complementado con una barrera reactiva a base de arcilla y compost vegetal, y el otro como sistema de referencia. Se ha monitoreado benzofenona-3 (BP-3) y sus productos de transformación (TP) (benzofenona-1 (BP-1), 4,4′-dihidroxibenzofenona (4-DHB), 4-hidroxibenzofenona (4-HB) y 2, 2'-dihidroxi-4-metoxibenzofenona (DHMB)), benzofenona-4 (BP-4) y avobenzona (AVO) en todos los compartimentos involucrados (agua, suelo y biopelícula), antes y después de modificar las condiciones redox mediante un pulso de acetato de litio. Los resultados muestran que la implementación de una barrera reactiva en los sistemas MAR mejora sustancialmente el grado de degradación de los filtros UV, especialmente de BP-3 y sus TP. La presente tesis ha contribuido a mejorar la gestión de los recursos hídricos subterráneos a través de nuevos enfoques metodológicos y técnicos para hacer frente a los nuevos retos de la sociedad actual.
Global change is expected to affect significantly the global hydrological behavior, changing mean annual precipitation patterns, increasing length of drought periods, rising evaporation and atmospheric water vapor and decreasing ice cover. All these changes imply significant challenges to find solutions that could contribute to mitigate the effects of global change in groundwater quality and its effect on the environment. In this context, the application of remote sensing in groundwater studies represent a useful technique to complement the information obtained with the traditional methods in hydrogeological studies used for the characterization and quantification of water resources. In the same way, Managed Aquifer Recharge (MAR) represents a feasible solution to deal with future water management challenges promoting the storage of available water in aquifers and improving the recharged water quality. The present dissertation is focused on improving groundwater resources management in two different ways. First, by using remote sensing tools for the characterization of coastal areas and second, by using reactive barriers to improve degradation of contaminants of emerging concern in the context of managed aquifer recharge coupled to the outflow of a waste water treatment plant. Firstly, we evaluate the usefulness of using freely available thermal infrared (TIR) imagery of the Landsat 8 as an exploratory tool for identifying SGD springs worldwide. The use of satellite thermal data as a technique for identifying SGD springs in sea water is based on the identification of thermally anomalous plumes obtained from the thermal contrasts between groundwater and sea surface water. The main goal of this first part of the conducted research is to demonstrate the significant usefulness of Landsat 8 TIR images as an exploratory tool for identifying SGD springs (karts areas) worldwide and discuss the main limiting factors of using this technique in SGD studies. Results show that satellite TIR remote sensing is a useful method for identifying coastal springs in karst aquifers both locally and regionally. However, there are some limiting factors that need to be considered as, technical limitations, geological and hydrogeological characteristics of the studied area, environmental and marine conditions, and coastal geomorphology. Secondly, we present the potential use of satellite chlorophyll (Chl-a) data as a low-cost tool for mapping the spatial and temporal evolution of the ecological influence of SGD in coastal habitats. To distinguish high Chl-a concentrations derived from SGD to those derived from other potential sources, a clustered analysis were applied to Landsat 8 satellite Chl-a data. Results show that satellite Chl-a data offers the possibility to identify and constrain areas where SGD inputs have increased primary productivity and calculate the Chl-a concentration gradient along time induced by SGD. Finally, we investigate the fate of selected UV filters (UVFs) in two MAR systems; one supplemented with a reactive barrier containing clay and vegetable compost, and the other as a reference system. We monitor benzophenone-3 (BP-3) and its transformation products (TPs) (benzophenone-1 (BP-1), 4,4'-dihydroxybenzophenone (4-DHB), 4-hydroxybenzophenone (4-HB) and 2,2'-dihydroxy-4-methoxybenzophenone (DHMB)), benzophenone-4 (BP-4) and avobenzone (AVO) at all involved compartments (water, soil, and biofilm), before and after modifying redox conditions through a pulse of lithium acetate. Results show that the implementation of a reactive barrier in MAR systems improve substantially the degradation extent of UVF, especially of BP-3 and its TPs. The present dissertation contributes to improve groundwater resources management throughout new methodological and technical approaches to deal with the new challenges of today’s society. El canvi global s'espera que afecti significativament el comportament hidrològic global, canviant els patrons de precipitació mitjana anual, augmentant la durada dels períodes de sequera, augmentant l'evaporació i el vapor d'aigua atmosfèric i disminuint la capa de gel. Tots aquests canvis impliquen reptes importants per trobar solucions que puguin contribuir a mitigar els efectes en la qualitat de l'aigua subterrània i el seu efecte al medi ambient. En aquest context, l'aplicació de la teledetecció en estudis d'aigües subterrànies representa una tècnica útil per complementar la informació obtinguda amb els mètodes tradicionals en estudis hidrogeològics utilitzats per caracteritzar i quantificar recursos hídrics. De la mateixa manera, la Recàrrega Gestionada d'Aqüífers representa una solució factible per fer front als futurs desafiaments en la gestió de l'aigua, promovent l'emmagatzematge de l'aigua disponible als aqüífers i millorant la qualitat de l'aigua recarregada. Aquesta tesi es centra en millorar la gestió dels recursos hídrics subterranis de dues maneres diferents. En primer lloc, mitjançant l'ús d'eines de teledetecció per a la caracterització de les zones costaneres i, en segon lloc, mitjançant l'ús de barreres reactives per millorar la degradació dels contaminants de preocupació emergent en el context de la recàrrega gestionada d’aqüífers acoblada amb l’efluent d’una planta de tractament d’aigües residuals. En primer lloc, s'avalua la possibilitat d'utilitzar imatges infraroges tèrmiques (TIR) de Landsat 8 com a eina exploratòria per identificar fonts de SGD. L'ús de dades tèrmiques de satèl·lit per identificar fonts de SGD al mar es basa en la identificació de plomalls tèrmicament anòmals obtinguts a partir del contrast tèrmic existent entre les aigües subterrànies i les aigües superficials del mar. L'objectiu principal d'aquesta primera part és demostrar la utilitat de les imatges TIR de Landsat 8 com a eina exploratòria per identificar fonts de SGD a tot el món i discutir quins són els factors limitants d'aquesta tècnica en estudis de SGD. Els resultats mostren que la teledetecció amb imatges de satèl·lit tèrmiques, és un mètode útil per identificar fonts costaneres en aqüífers càrstics tant a nivell local com regional. No obstant això, hi ha alguns factors que cal considerar, com ara, limitacions de la tècnica, característiques geològiques i hidrogeològiques, condicions ambientals i marines i la geomorfologia costanera. En segon lloc, es presenta l'ús potencial de dades de clorofil·la (Chl-a) obtingudes amb satèl·lit, com una eina de baix cost per mapejar l'evolució espacial i temporal de la influència ecològica de la SGD a les zones costaners. Per distingir les altes concentracions de Chl-a derivades de SGD de les derivades d'altres fonts, s’ha aplicat una anàlisi d¿ agrupament a les dades de Chl-a. Els resultats mostren que les dades de Chl-a obtingudes amb satèl·lit ofereixen la possibilitat d'identificar i restringir àrees on les entrades de SGD han augmentat la productivitat primària i calcular el gradient de concentració de Chl-a al llarg del temps induït per la SGD. Finalment, s’investiga el destí dels filtres UV seleccionats, en dos sistemes de recàrrega gestionada d’aqüífers; un complementat amb una barrera reactiva a base d'argila i compost vegetal, i l'altre com a sistema de referència. Es monitoritza la benzofenona-3 (BP-3) i els seus productes de transformació (TP) en tots els compartiments involucrats (aigua, sòl i biopel·lícula), abans i després de modificar les condicions redox mitjançant un pols d'acetat de liti. Els resultats mostren que la implementació d'una barrera reactiva als sistemes de recàrrega gestionada d’aqüífers millora la degradació dels filtres UV, especialment de la BP-3 i els seus TP. Aquesta tesi ha contribuït a millorar la gestió dels recursos hídrics Se espera que el cambio global afecte significativamente el comportamiento hidrológico global, cambiando los patrones de precipitación media anual, aumentando la duración de los períodos de sequía, aumentando la evaporación y el vapor de agua atmosférico y disminuyendo la capa de hielo. Por lo tanto, los cambios en la humedad del suelo, la escorrentía, la recarga, la cantidad y la calidad del agua subterránea se verán afectados. Además, el crecimiento poblacional esperado incrementará la contaminación al mismo tiempo que implicará un crecimiento de la demanda y una competencia por los recursos hídricos y por ende un aumento en la extracción de aguas subterráneas. Todos estos cambios implican desafíos importantes para encontrar soluciones que puedan contribuir a mitigar los efectos en la calidad del agua subterránea y su efecto en el medio ambiente. En este contexto, la aplicación de la teledetección en estudios de aguas subterráneas representa una técnica útil para complementar la información obtenida con los métodos tradicionales en estudios hidrogeológicos utilizados para la caracterización y cuantificación de recursos hídricos. Del mismo modo, la Recarga Gestionada de Acuíferos representa una solución factible para hacer frente a los desafíos futuros de la gestión del agua, promoviendo el almacenamiento del agua disponible en los acuíferos y mejorando la calidad del agua recargada. La presente tesis se centra en mejorar la gestión de los recursos hídricos subterráneos de dos maneras diferentes. En primer lugar, mediante el uso de herramientas de teledetección para la caracterización de las zonas costeras y, en segundo lugar, mediante el uso de barreras reactivas para mejorar la degradación de los contaminantes de preocupación emergente en el contexto de la recarga gestionada de acuíferos acoplada al efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales. En primer lugar, se evalúa la posibilidad de utilizar imágenes infrarrojas térmicas (TIR) disponibles gratuitamente de Landsat 8 como una herramienta exploratoria para identificar manantiales SGD en todo el mundo. El uso de datos térmicos satelitales como técnica para identificar manantiales de SGD en agua de mar se basa en la identificación de penachos térmicamente anómalos obtenidos a partir del contraste térmico existente entre las aguas subterráneas y las aguas superficiales del mar. El objetivo principal de esta primera parte de la investigación es demostrar la utilidad de las imágenes térmicas de Landsat 8 como una herramienta exploratoria para identificar manantiales SGD (áreas de karts) en todo el mundo y discutir los principales factores limitantes del uso de esta técnica en estudios de SGD. Los resultados muestran que la teledetección satelital TIR es un método útil para identificar manantiales costeros en acuíferos kársticos tanto a nivel local como regional. Sin embargo, existen algunos factores limitantes que deben considerarse, como limitaciones técnicas, características geológicas e hidrogeológicas del área de estudio, condiciones ambientales y marinas y geomorfología costera. En segundo lugar, se presenta el uso potencial de los datos satelitales de clorofila (Chl-a) como una herramienta de bajo coste para mapear la evolución espacial y temporal de la influencia ecológica de SGD en las zonas costeras. Para distinguir las altas concentraciones de Chl-a derivadas de SGD de las derivadas de otras fuentes potenciales, se aplicó un análisis agrupado a los datos de Chl-a. Los resultados muestran que los datos satelitales de Chl-a ofrecen la posibilidad de identificar y restringir áreas donde las entradas de SGD han aumentado la productividad primaria y calcular el gradiente de concentración de Chl-a a lo largo del tiempo inducido por SGD. Finalmente, se investiga el destino de los filtros UV seleccionados, en dos sistemas de recarga gestionada de acuíferos (MAR); uno complementado con una barrera reactiva a base de arcilla y compost vegetal, y el otro como sistema de referencia. Se ha monitoreado benzofenona-3 (BP-3) y sus productos de transformación (TP) (benzofenona-1 (BP-1), 4,4′-dihidroxibenzofenona (4-DHB), 4-hidroxibenzofenona (4-HB) y 2, 2'-dihidroxi-4-metoxibenzofenona (DHMB)), benzofenona-4 (BP-4) y avobenzona (AVO) en todos los compartimentos involucrados (agua, suelo y biopelícula), antes y después de modificar las condiciones redox mediante un pulso de acetato de litio. Los resultados muestran que la implementación de una barrera reactiva en los sistemas MAR mejora sustancialmente el grado de degradación de los filtros UV, especialmente de BP-3 y sus TP. La presente tesis ha contribuido a mejorar la gestión de los recursos hídricos subterráneos a través de nuevos enfoques metodológicos y técnicos para hacer frente a los nuevos retos de la sociedad actual.
One of the main drivers of the current global change is the climate change characterized by increased number and increased length of drought periods. Another relevant driver that will imply greater pressure on natural processes is the expected population growth, increasing the demand and competition for water for domestic, industrial, agricultural, and municipal uses. Global change effects on water resources are profound and need to be explored deeply, especially, in the developing countries. The main goal focus on develop a combination and integration of different types of hydrogeological tools, climatic episodes, and social variables, in order to better understand the effects of global change on Sub-Saharan Africa. To do it, the coastal aquifer system of Kwale (Kenya) is taken as a reference, where local communities share groundwater resources with new water-reliant activities as mining, agriculture and tourism. The final goal is to understand the risks and impacts in this context to improve water resources management in benefit of the poorest. The aquifer system has been characterized integrating kilometric geophysical transects, hydrochemistry, environmental isotopes and groundwater level data. The main quality groundwater problems, contamination by faecal bacteria (E. coli), have been characterized. Several qualitative and quantitative variables as geology, hydrology, geochemistry, sanitary risk factors, well types, and maintenance have been statistical analysed to study its correlation with E. coli concentration. The other main quality problem in the area is the saline intrusion, so geochemical models have been developed using PHREEQC software. The groundwater sustainability of the system has been determined under the new abstraction regime of the water-reliant users. This sustainability has been evaluated during La Niña drought 2016/17. A numerical groundwater flow model integrates all the information available and it is used as a tool to study how the global change may affect the groundwater system. In addition, a new index has been defined and tested to define the risk for a given household to have no access to drinking water (in terms of either quantity or quality). The aquifer is a multi-layered system formed by a shallow and deep aquifer. The statistical analyses indicate that low Eh, short water column and areas with fast infiltration are factors related with the presence of faecal bacteria. The geochemical mix models point out that sea water intrusion will tend to increase calcite dissolution. The main effect of La Niña has been a reduction of the recharge of 69 % compared to a year with average annual rainfall as 2013 and a groundwater level decline in 86 % of the measured shallow wells. The total anticipated volume abstracted will increase by around 85 % compared with current abstraction. Despite groundwater level decline observed during prolonged dry periods and abstraction increment, a dry period followed by a humid period leads to the relatively swift recovery of the groundwater system in less than 3 years. The numerical groundwater flow model has been to use the outputs of future scenarios together with household data to test the new developed index. This index helps to understand better the effect of the global change on households under a “transient state” instead of a “steady state”, as most of the current indexes do. The present dissertation contributes to the hydrogeological knowledge in a context that represents much of East Africa. Different tools have been presented in order to study these systems by limited lack of data. It shows the importance of integrating the hydrogeological data of stakeholders, and the alternative sources of information to advance the knowledge in areas with lack of data. Integrating hydrogeological and social household data let a bigger understanding of how the groundwater system changes can affect the groundwater availability to the water-reliant users. Un dels principals impulsors del global és el canvi climàtic caracteritzat per un augment en el nombre i la durada dels períodes de sequera. El creixement poblacional és un altre factor rellevant que implicarà una major pressió sobre els processos naturals. Aquest augment de població, produirà un increment en la demanda i en la competència. Els efectes del canvi global en els recursos hídrics s’han d'explorar en detall, especialment en els països en vies de desenvolupament. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar, combinar i integrar diferents tipus d'eines hidrogeològiques, episodis climàtics i variables socials, per tal d’entendre més bé els efectes del canvi global a l'Àfrica subsahariana. Per fer-ho, l'aqüífer costaner de Kwale (Kenya) s'ha pres com a referència, ja que és un exemple on les comunitats locals comparteixen els recursos d'aigua subterrània juntament amb noves activitats com la mineria, l'agricultura i el turisme. L'objectiu final és entendre els riscos i impactes en aquest context per tal de millorar la gestió dels recursos hídrics en benefici dels més pobres. L'aqüífer s'ha caracteritzat mitjançant la integració de transsectes geofísics, dades hidroquímiques i isotòpiques, i dades sobre el nivell de l'aigua subterrània. S'han caracteritzat els principals problemes de qualitat de les aigües subterrànies, la contaminació per bacteris fecals (E. coli). S'han analitzat estadísticament diverses variables qualitatives i quantitatives com la geologia, hidrologia, geoquímica, factors de risc sanitari, tipus de pou per a estudiar la seva correlació amb la concentració d'E coli. L’altre problema és la intrusió salina, de manera que s'han desenvolupat models geoquímics amb el programa PHREEQC. S'ha determinat la sostenibilitat de les aigües subterrànies sota un nou patró d'extracció per part dels usuaris. Aquesta ha estat avaluada durant la sequera La Niña 2016/17. A més, un model numèric de flux ha integrat tota la informació disponible i s’ha utilitzat com a eina per estudiar com el canvi global pot afectar a l’aqüífer. S'ha definit un nou índex i aquest s'ha provat en l'àrea d'estudi per a intentar definir el risc de que una llar en concret no tingui accés a l'aigua potable (en termes de quantitat o qualitat). L’aqüífer és un sistema multicapa format per un aqüífer superficial i profund. L’estadística indica que baixos valors d'Eh, una columna d'aigua reduïda i àrees amb infiltració ràpida, són els principals factors relacionats amb la presència de bacteris. Els models geoquímics assenyalen que la intrusió d’aigua marina tendeix augmentar la dissolució de la calcita. L'efecte principal de La Niña ha sigut una reducció de la recàrrega del 69 % en comparació amb un any amb una mitjana anual de precipitació, i una disminució del nivell en el 86 % dels pous superficials mesurats. S'ha estimat que l'explotació futura augmentarà al voltant d'un 85 % en comparació amb el volum actual. Malgrat la disminució dels nivells durant els períodes secs prolongats i l'increment de l'extracció, un període sec seguit d'un període humit condueix a una recuperació relativament ràpida del sistema. Una altra aplicabilitat del model numèric ha estat utilitzar els resultats d'aquests escenaris futurs juntament amb dades de llars per provar el nou índex. L’índex ajuda a comprendre l'efecte del canvi global en les llars sota un "estat transitori" en lloc d'un "estat estacionari". La present tesi contribueix al coneixement hidrogeològic en un context que representa gran part d'Àfrica oriental. S'han presentat diferents eines per estudiar aquests sistemes que tenen una comprensió limitada. Es mostra la importància d'integrar les dades hidrogeològiques dels usuaris d'una zona i la utilització de fonts alternatives d'informació. La integració de dades hidrogeològiques i socials permet comprendre millor com els canvis en un sistema d'aigua subterrània, naturals o induïts, poden afectar la disponibilitat d'aquest recurs als usuaris que depenen de l'aigua. El cambio global es un término ampliamente utilizado para describir los cambios en las características de las variables climáticas interrelacionadas y los cambios derivados en los procesos terrestres, incluyendo las actividades humanas que afectan el medio ambiente. Uno de los principales impulsores de este cambio global es el cambio climático, caracterizado por un aumento en el número y duración de los períodos de sequía. El esperado crecimiento poblacional es otro factor relevante que producirá una mayor presión sobre los procesos naturales. Este aumento de población, generará un incremento en la demanda y en la competencia por el agua, tanto en los usos domésticos, industriales, agrícolas como municipales. Los efectos del cambio global en los recursos hídricos son profundos y deben explorarse en detalle, especialmente en los países en vías de desarrollo, pues es donde las proyecciones de los impactos debidos al cambio global están asociadas a mayores incertidumbres. En África, se estima que el 75 % de la población utiliza el agua subterránea como su principal fuente de agua potable, especialmente en las áreas rurales que dependen de pozos excavados de bajo coste. Es un recurso importante para el crecimiento económico, la producción de alimentos, la seguridad del agua potable y los ecosistemas. Sin embargo, la calidad de las aguas subterráneas en África se ve afectada negativamente por las fuentes de contaminación antrópica y las actividades que limitan los recursos hídricos disponibles. A pesar de la importancia de este recurso, los datos de los acuíferos son escasos y el estado actual del conocimiento es bajo, constituyendo una serie de limitaciones para el desarrollo sostenible de los recursos subterráneos. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas herramientas y enfoques para comprender estos sistemas con falta de datos y poco conocidos, especialmente en las zonas costeras de África donde las amenazas son aún más importantes. En este contexto, donde los sistemas de agua subterránea de África son sistemas socio-ecológicos críticos y poco conocidos, nace el proyecto Gro for Good, cuyas siglas significan “agua subterránea para el crecimiento y el desarrollo”, fundado por UPGro (http://upgro.org/). El objetivo principal de este proyecto interdisciplinario es apoyar la ciencia y la gobernanza de la gestión de los riesgos de las aguas subterráneas para el crecimiento y el desarrollo en África para beneficiar la población más pobre. Como parte de este proyecto, el objetivo principal de esta tesis es desarrollar, combinar e integrar diferentes tipos de herramientas hidrogeológicas, episodios climáticos y variables sociales, a fin de comprender mejor los efectos del cambio global en África subsahariana. Para hacerlo, el acuífero costero de Kwale (Kenia) se ha tomado como referencia, pues es un ejemplo donde las comunidades locales comparten los recursos de agua subterránea con nuevas actividades como la minería, la agricultura y el turismo, las cuales también dependen del agua subterránea. El objetivo final es comprender los riesgos e impactos en este contexto a fin de mejorar la gestión de los recursos hídricos en beneficio de los más pobres. El área de estudio de esta tesis está ubicada en un área rural en la llanura costera del condado de Kwale, al sur de Mombasa y adyacente al norte de Tanzania. El área se caracteriza por un patrón de precipitación bimodal (promedio de 1200 mm / año) y sometida a una gran variabilidad climática. Entre abril y junio ocurren generalmente las lluvias prolongadas, y entre octubre y diciembre, es el período de lluvias cortas. La mayor parte del área se basa en la agricultura de subsistencia, pero desde 2012, se han establecido en el condado de Kwale dos nuevas e importantes actividades económicas que dependen del agua. Una es la realizada por Kwale International Sugarcane Company Limited (KISCOL), una empresa que ha estado habilitando progresivamente 5500 ha de caña de azúcar mediante riego por goteo. La otra actividad económica es la empresa minera más grande del país: Kwale Mineral Sands Project operado por Base Titanium Ltd. Además, el área de estudio tiene una industria de turismo costero establecida hace años. El acuífero se ha caracterizado mediante la integración de largos transectos geofísicos realizados por el equipo de Kenia, datos hidroquímicos e isotópicos, y datos sobre el nivel del agua subterránea. Además, se han caracterizado los principales problemas de calidad de las aguas subterráneas, uno de ellos, la contaminación por bacterias fecales (E. coli). Para evaluar los principales causantes de este tipo de contaminación, se han analizado estadísticamente varias variables cualitativas y cuantitativas como la geología, hidrología, geoquímica, factores de riesgo sanitario, tipos de pozo y mantenimiento para estudiar su correlación con la concentración de E. coli. El otro principal problema de calidad en el área, es la intrusión salina, por lo que se han desarrollado modelos geoquímicos para comprender los procesos geoquímicos que se producen en el área afectada por la dinámica de intrusión de agua de mar mediante el software PHREEQC. Además, se ha determinado la sostenibilidad de las aguas subterráneas bajo un nuevo patrón de extracción por parte de los usuarios de la zona. En la mayoría de los países en vías de desarrollo, esta información es desconocida, por lo que la información directa de los usuarios y de fuentes de información simples (entrevistas, Google Earth, Trip Advisor, métodos analíticos básicos, etc.) ha servido para estimar la extracción de agua subterránea de las principales industrias que dependen de este recurso. La sostenibilidad del acuífero se ha evaluado durante la sequía producida por el evento de La Niña 2016/17. Además, todo este conocimiento previo sobre el sistema hidrogeológico ha permitido a construir un modelo numérico de flujo de agua subterránea, utilizando el código Modflow del 2010 al 2017, y así poder integrar toda la información disponible y definir la relación entre las aguas superficiales y subterráneas. Este modelo se ha usado como herramienta para estudiar cómo la variabilidad climática y el futuro aumento del bombeo de agua subterránea puede afectar al acuífero y poder definir así, una mejor gestión de los recursos. Los escenarios futuros de lluvia se han construido mediante el método SPI (índice de precipitación estandarizado) aplicado en una serie de datos de precipitación históricos (de 1959 a 2017). El volumen de bombeo futuro se ha basado en el volumen de explotación actual y la futura estimación realizada por las autoridades gestoras del agua de la zona. Además, se ha definido un nuevo índice y éste se ha probado en el área de estudio para intentar definir el riesgo de que un hogar determinado no tenga acceso al agua potable (en términos de cantidad o calidad). El acuífero estudiado es un sistema de múltiples capas formado por un acuífero superficial y uno profundo, el cual este último aflora en la parte occidental del área de estudio en la zona montañosa de las Shimba Hills en el oeste de la zona de estudio. Las facies hidroquímicas y la composición isotópica del agua indican que existe una conectividad hidráulica a través de los materiales que comprenden el acuífero superficial y entre todas las formaciones geológicas profundas que conforman el acuífero profundo. Estas dos unidades acuíferas están separadas por la presencia de un acuitardo de media / baja permeabilidad emplazado entre los materiales recientes y antiguos. Además, el acuífero profundo está interrumpido en toda el área por dos paleocanales. Las líneas equipotenciales del acuífero superficial muestran que la dirección del flujo de agua subterránea es desde Shimba Hills en el oeste hasta el Océano Índico en el este. El análisis estadístico realizado para mejorar la comprensión de la contaminación por bacterias fecales indica que las características constructivas del pozo son las variables más importantes para evitar la presencia de bacterias en el agua subterránea. Además, bajos valores de Eh, una columna de agua reducida y áreas con infiltración rápida son los principales factores relacionados con la presencia de bacterias fecales. La intrusión salina es el otro problema de calidad en el acuífero. Los modelos de mezcla geoquímicos señalan que el aumento de la salinidad, como se observó en el 2016 durante La Niña, y la dinámica de la intrusión de agua de mar tenderán a aumentar la disolución de la calcita la cual podría inducir otros riesgos potenciales, tales como el aumento de la creación de hoyos. El efecto principal de La Niña ha sido una reducción de la recarga del 69 % en comparación con un año con un promedio anual de precipitaciones (2013), y una disminución del nivel subterráneo en el 86 % de los pozos superficiales medidos. Durante La Niña, la salinidad del agua subterránea aumenta en los pozos ubicados cerca de la costa durante la temporada de lluvias en lugar de reducirse, como ocurre en años normales. A pesar de que los niveles de agua subterránea se recuperaron después del período de sequía gracias a la temporada de lluvias de 2017, la calidad de los pozos costeros no se recuperó. La estimación de las explotaciones actuales ha servido de base para definir la futura extracción que junto con la serie climática futura (precipitación y temperatura) basada en datos históricos, han permitido estimar los efectos del cambio global mediante la utilización del modelo numérico como herramienta. Se ha estimado que la explotación futura aumentará alrededor de un 85 % en comparación con el volumen actual. A pesar de este incremento, el almacenamiento del acuífero no se ve significativamente afectado en los escenarios futuros analizados, ya que sólo se reduce el almacenamiento en torno al 1 % -2 %, dependiendo de las condiciones climáticas globales. Tres años secos seguidos pueden inducir una reducción de los niveles subterráneos. A pesar de esta disminución de los niveles observada durante los períodos secos prolongados y el incremento de la extracción, un período seco seguido de un período húmedo conduce a una recuperación relativamente rápida del sistema en menos de 3 años. Otra aplicabilidad del modelo numérico ha sido utilizar los resultados de estos escenarios futuros numéricos junto con datos de hogares para probar el nuevo índice. Este índice evalúa el riesgo que tiene un hogar de quedarse sin agua y/o una reducción de la calidad del agua. Este índice ayuda a comprender mejor el efecto del cambio global en los hogares bajo un "estado transitorio" en lugar de un "estado estacionario", como lo hacen la mayoría de los índices actuales. En el área de estudio, este índice muestra que las áreas con mayor riesgo responden a problemas de calidad, como es el caso de aquellos hogares ubicados cerca de la costa afectados por la intrusión salina. La presente tesis contribuye al conocimiento hidrogeológico en un contexto que representa gran parte de África oriental. Metodológicamente, se han presentado diferentes herramientas para estudiar estos sistemas que presentan una comprensión limitada y falta de datos. Se muestra la importancia de integrar los datos hidrogeológicos de los usuarios de una zona y la utilización de fuentes alternativas de información (Google Earth, Trip Advisor ...) para poder avanzar el conocimiento en un área con falta de datos. Además, esta tesis presenta cómo utilizar diferentes herramientas y tipos de datos para estudiar la sostenibilidad de acuíferos, centrándose en la disponibilidad de aguas subterráneas, así como en su calidad. Además, la integración de datos hidrogeológicos y sociales permite comprender mejor cómo los cambios en un sistema de agua subterránea, naturales o inducidos, pueden afectar la disponibilidad de este recurso a los usuarios que dependen del agua.
The Spanish coastal aquifers are often complex and bounded by or inside mountainous areas. Most of them are in Quaternary and Miocene littoral sediments or highly karstified carbonate formations, or in the case of the Canary Islands in volcanic formations. Along the Spanish Mediterranean coast and the Balearic and Canarian archipelagos coasts, 95 groundwater bodies have been identified, often including several aquifers. Some kind of marine salinization problems have been identified in 70 groundwater bodies (20 with generalized problems) but only a few aquifers have detailed, specific studies on sea water intrusion. Information on salinization is often based on scarce and occasional data.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
Contact Info
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Product
Resources
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.
