Assessment of groundwater exploitation and land subsidence development in the Toluca aquifer system, Mexico

EbookRegional land subsidence accompanying groundwater abstraction in the Toluca aquifer-system is a challenge for managing groundwater resources and mitigating associated hazards. In order to improve this situation, groundwater management scenarios for the Toluca Valley are examined with a three dimensional groundwater flow model coupled to a one dimensional compaction module. Subsequently, the land subsidence evolution was investigated by integrating SAR interferometry and geological and hydrogeological data to shed insight on the underlying processes governing subsidence. The results indicate that continuing at current rates of water consumption will lead to subsidence of more than 1.6 m over a 40 year period (2010–2050). Completely stopping exports to Mexico City is not the most important factor in controlling subsidence because the pumping system is mostly located in regions with low clay content, where subsidence is lower. However, decreasing exports by half and relocating the pumping centres to low-clay-content areas does have a positive effect on the overall water budget and subsidence. From 2003 to 2016, groundwater level declines of up to 1.6 m/yr, land subsidence up to 77 mm/yr, and major infrastructure damages are observed. Groundwater level data show highly variable seasonal responses according to their connectivity to recharge areas. However, the trend of groundwater levels consistently range from −0.5 to −1.5 m/yr regardless of the well location and depth. By analysing the horizontal gradients of vertical land subsidence, we provide a potential ground fracture map to assist in future urban development planning in the Toluca Valley. The approach taken in this study could be applied to their locations with similar problems in order to determine the most viable option for water supply.CONACyT, Institute for Groundwater Research, University of Guelph UAE

Uso racional y sostenible de los recursos hídricos del acuífero del valle de Toluca

El agua subterránea constituye la principal fuente de agua potable en el valle de Toluca, esto ha inducido a una sobreexplotación del acuífero, así como la extinción de zonas húmedas y una constante degradación de la calidad del agua, por lo cual es necesario adoptar medidas de protección, realizando una evaluación cuantitativa de la evolución del acuífero y sus efectos a partir de estudios detallados en un contexto multidisciplinario y de datos fiables. En un primer paso hacia esta meta, el presente artículo tiene como finalidad plantear estrategias de ordenación de este recurso en el marco de un sistema más integrado y equitativo que conlleve a una explotación adecuada y duradera del recurso hidráulico. En consecuencia, se examinan algunas de las opciones de políticas esenciales en relación con distintos aspectos de la gestión del agua, ya que brindan considerables posibilidades de ser catalizadoras de un proceso más amplio de reforma de las políticas y la gestión de los recursos hídricos. Finalmente se describen los pasos para evolucionar hacia el uso sostenible de las aguas subterráneas en el valle de Toluca, buscando una mejora del conocimiento base en el que se adaptan los enfoques administrativos de ecosistemas y la administración en el manejo de las aguas subterráneas

Prediction of sustainable management and associated land subsidence features in the Toluca aquifer system

EbookRegional land subsidence accompanying groundwater abstraction in the Toluca aquifer-system is a challenge for managing groundwater resources and mitigating associated hazards. In order to improve this situation, groundwater management scenarios for the Toluca Valley are examined with a three dimensional groundwater flow model coupled to a one dimensional compaction module. Subsequently, the land subsidence evolution was investigated by integrating SAR interferometry and geological and hydrogeological data to shed insight on the underlying processes governing subsidence. The results indicate that continuing at current rates of water consumption will lead to subsidence of more than 1.6 m over a 40 year period (2010–2050). Completely stopping exports to Mexico City is not the most important factor in controlling subsidence because the pumping system is mostly located in regions with low clay content, where subsidence is lower. However, decreasing exports by half and relocating the pumping centres to low-clay-content areas does have a positive effect on the overall water budget and subsidence. From 2003 to 2016, groundwater level declines of up to 1.6 m/yr, land subsidence up to 77 mm/yr, and major infrastructure damages are observed. Groundwater level data show highly variable seasonal responses according to their connectivity to recharge areas. However, the trend of groundwater levels consistently range from −0.5 to −1.5 m/yr regardless of the well location and depth. By analysing the horizontal gradients of vertical land subsidence, we provide a potential ground fracture map to assist in future urban development planning in the Toluca Valley. The approach taken in this study could be applied to their locations with similar problems in order to determine the most viable option for water supply.CONACyT UAEM Institute for Groundwater Research, University of Guelp

Estimación de la vulnerabilidad del acuífero del valle de Toluca mediante la combinación de un método paramétrico y el transporte advectivo

Artículo cientificoLa estimación de la vulnerabilidad del agua subterránea es una tarea importante en la administración de los recursos hídricos, que depende de la disponibilidad de datos y complejidad de las condiciones hidrogeológicas. Este estudio, que integra el uso de un enfoque combinado basado en un método de vulnerabilidad (DRASTIC) y el transporte advectivo, permite comprender mejor la susceptibilidad a la contaminación en el acuífero de Toluca. Para estimar el transporte advectivo y el flujo regional del agua subterránea se ha desarrollado un modelo en 3D usando VisualModflow y MODPATH. El mapa de vulnerabilidad demuestra que la aplicación e interpretación del método paramétrico es problemática, presentando una diferencia aproximada del 23% si éste es comparado con el mapa modificado de vulnerabilidad. La vulnerabilidad a la contaminación de los vertederos de residuos sólidos es relativamente alta; aproximadamente el 76% están localizados en áreas que pueden ser susceptibles a la contaminación a través de la infiltración vertical, especialmente aquellos que están ubicados a lo largo del sistema Lerma. Los parques industriales, donde ocurre una extracción continua de agua subterránea y subsidencia del terreno, han sido clasificados como zonas de vulnerabilidad alta, incrementando el riesgo de contaminación de fuentes superficiales que podrían alcanzar el agua subterránea. Con el objeto de entender la susceptibilidad a la contaminación en el acuífero, varios enfoques de vulnerabilidad deben ser adoptados y todos los resultados que permitan una validación entre ellos deben ser considerados, constituyendo una buena estrategia en la definición de diferentes niveles y medidas de protección.Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT, 201800), al Consejo Mexiquense de Ciencia y Tecnología (COMECyT) y a la Universidad Autónoma del Estado de México (UAEM, 3640, 3641, 3642) por el apoyo financiero para el desarrollo de la presente investigación, así como a la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) por el apoyo financiero, la información de base suministrada y la colaboración en los trabajos de campo (Convenio CGPEAYS-UAEM- 07/2013)

A low cost Automated Test Column to estimate Soil Hydraulic Characteristics in Unsaturated Porous Media

Research ArticleThe estimation of soil hydraulic properties in the vadose zone has some issues, such as accuracy, acquisition time, and cost. In this study, an inexpensive automated test column (ATC) was developed to characterize water flowin a homogeneous unsaturated porous medium by the simultaneous estimation of three hydraulic state variables: water content,matric potential, and water flow rates. The ATC includes five electrical resistance probes, two minitensiometers, and a drop counter, which were tested with infiltration tests using theHydrus-1D model. The results show that calibrations of electrical resistance probes reasonably match with similar studies, and the maximumerror of calibration of the tensiometers was 4.6% with respect to the full range.Datameasured by the drop counter installed in theATC exhibited a high consistency with the electrical resistance probes, which provides an independent verification of the model and indicates an evaluation of the water mass balance. The study results show good performance of the model against the infiltration tests, which suggests a robustness of the methodology developed in this study. An extension to the applicability of this system could be successfully used in low-budget projects in large-scale field experiments, which may be correlated with resistivity changes.The authors would like to acknowledge the Minist`ere des Relations Internationales du Qu´ebec, the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnolog´ıa (CONACyT 201800), the Consejo Mexiquense de Ciencia y Tecnolog´ıa (COMECYT), the Universidad Aut´onoma del Estado de M´exico (UAEM), the Institut National de la Recherche Scientifique (INRS-ETE),and the Minist`ere d’´Education du Qu´ebec for providing funding and logistical support for this study. The authors are also grateful for the technical support of the laboratory technicians from the Inter-American Centre of Water Resources (CIRA) in Toluca, Mexico

Aparato y método para cuantificar y almacenar un líquido infiltrado en el suelo y transmitir sus mediciones a través de Internet

Patente de un dispositivo para determinar la cantidad de un líquido que se infiltra en el suelo con la opción de programar en forma presencial, en el sitio de instalación, o de forma remota, a través de Internet, los intervalos de muestreo para almacenar muestras simples y compuestas del agua infiltrada. Además, posee la capacidad de transferir los datos medidos a través de Internet.El lisímetro inventado es un dispositivo para determinar la cantidad de un líquido que se infiltra en el suelo con la opción de programar en forma presencial, en el sitio de instalación, o de forma remota, a través de Internet, los intervalos de muestreo para almacenar muestras simples y compuestas del agua infiltrada. Además, posee la capacidad de transferir los datos medidos a través de Internet. Otra característica que lo distingue de otros lisímetros es su sistema de medición de un líquido infiltrado en el suelo basado en el conteo de gotas infiltradas, el cual se calibra por el mismo aparato mediante la comparación del conteo de las gotas con un volumen conocido. También posee un sistema para extraer la muestra de agua infiltrada desde la superficie del suelo sin la necesidad de remover el lisímetro de su sitio de instalación.Consejo Mexiquense de Ciencia y Tecnología (COMECyT

Assessment of vulnerability and control measures to protect the Salbarua ecosystem from hypothetical spill sites

Salburua ecosystem . Numerical modeling . Risk pollution . Travel time-related capture zone . Control measures . MODFLOW .MODPATH . Particle trackingPopulation pressure, urbanization, and industrial developments, among other factors, have resulted in severe degradation of environmental resources such as wetlands. Thus, a groundwater model (MODFLOW) was integrated with a particle tracking MODPATH model to simulate the hydrodynamic flow head field and to analyze the vulnerability of the Salburua ecosystem and propose control measures to protect the riparian area. The simulations show that pathways of particle tracking originating at potential contaminant sources will tend to migrate downwards towards the sensitive ecosystem, which suggests that the quality of the hydrological ecosystem is likely to deteriorate in the future. Variation in exit points of particles indicates that the time-related capture areas are affected by changes of the hydraulic gradients. Two control measures of potential sources of pollutants in the vicinity of the Salbarua ecosystem were analyzed. The study results suggest that the travel time-related capture zone with a funnel-and-gate system is much smaller than without the control alternative, which indicates that the gate configuration has an effect on capture zone size and shape and on the residence time with a better attenuation performance. It is also shown that a leakage-proof barrier is less effective for point-source containment, assuming that hydraulic control performance and cost-efficiency are the criteria for pollution control effectiveness. Instead, a program of monitoring wells would effectively characterize water quality in the aquifer and provide a decision support system. This approach may be used in helping water managers to develop more physically based and quantitative protection strategiesComisión Nacional del Agua (CONAGUA

Trazadores ambientales para detectar el impacto urbano en la recarga de agua subterránea

Trazadores ambientales para detectar el impacto urbano en la recarga de agua subterráneaLas características químicas e isotópicas del acuífero urbano de San Salvador, y de los sistemas de agua potable (SAP) y aguas residuales (SAR) fueron evaluadas en un área de 362 km2 para detectar si las fugas en dichos sistemas están recargando el acuífero y modificando su calidad natural. Un total de 37 sitios de muestreo en pozos y manantiales, así como dos sistemas de importación que complementan el suministro de agua del Área Metropolitana de San Salvador (AMSS) fueron muestreados en 2007, 2009 y 2017.CONACy

Influencia potencial de las fallas en el flujo de agua subterránea de un acuífero volcánico conformado por materiales porosos y fracturados.

Influencia potencial de las fallas en el flujo de agua subterránea de un acuífero volcánico conformado por materiales porosos y fracturadosLa distribución de los materiales geológicos en un Modelo Hidroestratigráfico Tridimensional (THM) y la geología estructural han sido integradas para evaluar la influencia de las fallas en el flujo de agua subterránea del acuífero volcánico de San Salvador.CONACy