Seawater–freshwater mixing and resulting calcite dissolution: an example from a coastal alluvial aquifer in eastern South Korea

Abstract

In order to evaluate groundwater quality and geochemical reactions arising from mixing between seawater and dilute groundwater, we performed a hydrochemical investigation of alluvial groundwater in a limestone-rich coastal area of eastern South Korea. Two sites were chosen for comparison: an upstream site and a downstream site. Data of major ion chemistry and ratios of oxygen-hydrogen isotopes (δ 18 O, δD) revealed different major sources of groundwater salinity: recharge by sea-spray-affected precipitation in the upstream site, and seawater intrusion and diffusion zone fluctuation in the downstream site. The results of geochemical modelling showed that Ca 2+ enrichment in the downstream area is caused by calcite dissolution enhanced by the ionic strength increase, as a result of seawater-groundwater mixing under open system conditions with a constant P CO2 value (about 10 -1.5 atm). The results show that, for coastal alluvial groundwater residing on limestone, significant hydrochemical change (especially increased hardness) due to calcite dissolution enhanced by seawater mixing should be taken into account for better groundwater management. This process can be effectively evaluated using geochemical modelling. Résumé Afin d'évaluer la qualité des eaux souterraines et les réactions géochimiques résultant du mélange d'eau de mer et d'eaux souterraines diluées, nous avons effectué une étude hydrochimique des nappes alluviales dans une zone côtière de l'est de la Corée du Sud riche en calcaire. Deux sites de la zone d'étude (un site en amont et un site en aval) ont été choisis pour la comparaison. Les données de la chimie des ions majeurs et les rapports isotopiques de l'oxygène et de l'hydrogène (δ 18 O, δD) ont révélé différentes sources principales de salinité des eaux souterraines: le sel marin de recharge pour le site amont, l'intrusion d'eau de mer et la fluctuation de la zone de diffusion pour le site aval. Les résultats de la modélisation géochimique ont montré que Ca 2+ dans la zone d'enrichissement en aval provient de la dissolution de la calcite, renforcée par l'augmentation de la force ionique résultant du mélange de l'eau de mer et de l'eau souterraine en système ouvert avec une valeur constante de P CO2 (environ 10 -1,5 atm). Les résultats de cette étude montrent que pour les eaux souterraines côtières alluviales en zone calcaire, les modifications hydrochimiques significatives (en particulier, l'augmentation de la dureté), dues à l'augmentation de la dissolution de la calcite en raison du mélange avec l'eau de mer, doivent être soigneusement prises en considération pour une meilleure gestion des eaux souterraines. La modélisation géochimique permet d'apprécier efficacement ce processus.Mots clefs eaux souterraines littorales peu profondes; mélange avec l'eau de mer; terrain calcaire; dissolution de la calcite; modélisation hydrogéochimique

Effects of Groundwater Abstraction and Desalination Brine Injection on a Middle Miocene Aquifer of the El-Dabaa Area, Northern Coast of Egypt

“…Secondary porosity represents fracturing in the middle Miocene aquifer and is essential for groundwater flow. The seawater intruding into the coastal aquifer's carbonate increases their matrices' dissolution[16].The various vulnerability degrees of contamination and salinization in the El-Dabaa area refer to seawater intrusion, and groundwater over-pumping represent the main threats to the studied aquifers[17]. They (op.…”