Resumen de Origin and modelling of water salinization in a coastal aquifer of the bay of Bengal: The Kaluvelly watershed, Tamil Nadu, India (11 fig., 2 tabl.)
Noémi D'ozouville, Sophie Violette, Nathalie Gassama, Aline Dia, Nathalie Jendrzejewski
- English
Over-pumping of the Vanur sandstone aquifer has led to a lowering of the piezometric surface and degradation of water quality through increased salinization. This aquifer salinization is a good example of many similar problems in India and other parts of the world. The Vanur Formation is the main aquifer of a multilayered system bordered by the sea on the eastern side and partly overlaid by the brackish waters of the Kaluvelly swamp in the north. The origin of the salinity, which apparently is not simply seawater intrusion, and its dynamics are examined, using chemical and isotopic tools together with 1D hydrological modelling of the movement of the seawater/fresh water interface.
The content of major elements and some trace elements as well as isotopic ratios (18O/16O, D/H and 87Sr/86Sr) were measured in groundwater, surface and rainwater during five sampling surveys (January 1999 to October 2001). Available data on rainfall, piezometric and hydrogeologic records were used. We identified human contamination by F, Li in parts of the aquifer, which invalidated their use as tracers.
The chemical composition of water from the Vanur aquifer shows a classical chemical evolution from the recharge area to the deeper confined area, consisting in increased water-rock interaction and a subsequent increase of solute species. However, the range of major compound concentration ratios for some wells does not follow this general trend. The non-consistent points are located in the most depressed area of the aquifer (-20 m amsl in June 2000), except in the north where the brackish water of the Kaluvelly swamps seems to enter the aquifer. In the depressed area, the sulphate signature corresponds to a mixing with a mineralized and sulphate-rich water body, likely to be Ramanathapuram sandstone water. It is due to the upward leakage from this underlying formation. A seasonal evaporation signature recorded by stable isotopes ([sigma]18O, [sigma]D) suggests the addition of return irrigation flow. The 1D hydrodynamical model of the sea-water/fresh water movement was built with the available geological and hydraulic data. Hydrodynamic calculations show that seawater intrusion can be expected to occur within 3 to 20 years after the year 2000, depending on the value of unknown parameters (porosity) or boundary conditions (recharge, pumped volume). But we cannot rule out that a lithologic or tectonic barrier prevent any seawater intrusion inland; future geological investigation has to be done to confirm or infirm this hypothesis.
- français
La sur-exploitation de l'aquifère de grès du Vanur a entraîné une baisse du niveau piezométrique et la dégradation de sa qualité à travers une augmentation de la minéralisation de son eau. Cet exemple de forte minéralisation d'un aquifère est représentatif de nombreux problèmes similaires en Inde et dans d'autres régions du monde. La formation du Vanur est l'aquifère principal d'un système multi-couche. Cet aquifère est délimité à l'est par la mer, et il est en partie recouvert au nord par les eaux saumâtres de l'étang de Kaluvelly. L'origine de la forte minéralisation de ses eaux, qui en apparence n'est pas simplement due à une intrusion saline, et sa dynamique, sont étudiées. Pour ce faire des outils géochimiques et isotopiques ainsi qu'une modélisation hydrologique 1D du mouvement de l'interface eau douce-eau salée sont mis en oeuvre.
Les teneurs en éléments majeurs, certains éléments traces et les rapports isotopiques (18O/16O, D/H et 87Sr/86Sr) ont été mesurés dans les eaux souterraines, les eaux de surface et les eaux de pluies pendant cinq campagnes de prélèvements (janvier 1999 à octobre 2001). Les données de précipitations, de niveaux piezométriques et de chroniques hydrogéologiques ont été utilisées. Nous avons identifié une contamination au F et au Li due à l'activité anthropique, dans certaines parties de l'aquifère, ce qui empêche leur utilisation comme traceur.
La composition chimique des eaux du Vanur montre une évolution chimique classique d'une zone de recharge vers une zone confinée profonde, qui consiste en une augmentation de l'interaction eau-roche et une augmentation des espèces dissoutes. Néanmoins, la gamme des rapports de concentration en éléments majeurs pour certains puits ne suivent pas cette tendance. Les points non-cohérents se situent dans la partie la plus déprimée de l'aquifère (-20 m n.g.i. en juin 2000), sauf dans la partie nord où il semble que l'eau saumâtre de l'étang de Kaluvelly pénètre dans l'aquifère. Dans la partie déprimée, la signature des sulphates correspond à un mélange avec une masse d'eau minéralisée et riche en sulphate, probablement l'aquifère du grès du Ramanathapuram. Le mélange serait du à une remontée verticale par drainance de cette formation sous-jacente. Une signature saisonnière de l'évaporation est enregistrée par les isotopes stables ([sigma]18O, [sigma]D) ce qui suggère un apport des eaux d'irrigations ré-infiltrées. Le modèle hydrodynamique 1D du mouvement de l'interface eau douce / eau salée a été élaboré avec les données géologiques et hydrauliques disponibles. Les calculs hydrodynamiques montrent que l'intrusion de l'eau de mer devrait se produire entre 3 à 20 ans après l'année 2000, malgré les valeurs peu contraintes du paramètre (porosité) et des conditions aux limites (recharge, volume d'extraction). Mais nous ne pouvons pas exclure la possibilité qu'une barrière lithologique ou tectonique empêcherait la migration de l'intrusion saline à l'intérieure des terres. De futurs travaux géologiques sont nécessaires afin de confirmer ou d'infirmer cette hypothèse.
