Geomorphological constraints in groundwater chemistry at a regional recharge area in the Pampean plain, Córdoba, Argentina

Abstract

The El Cano stream basin is located in the Pampean Plain of Argentina, which is one of the most productive agricultural regions in the world. Within this plain, groundwater is the main water source for agriculture, cattle breeding, and industrial and domestic activities. Nonetheless, scarce information is available regarding groundwater quality and distribution, as well as the importance of this basin as a regional groundwater recharge zone. Through hydrochemical, groundwater-flow, and multivariate statistical analyses, this study relates groundwater physico-chemical characteristics with the geological features of the territory. Results show that waters are alkaline, dominantly of the bicarbonate type, and fresh to brackish, with electrical conductivity ranging between 461 and 2,945 μS cm−1. Four main geomorphological units are recognized in the basin: the Mountain Range (MR), the Piedmont Belt (PB), the Alluvial Plains (AP), and the Fluvio-Eolian Plains (FEP). Groundwater from the MR and AP show better quality than the PB and FEP. Furthermore, the FEP display the basin’s highest concentrations of fluoride and arsenic. The influence of (1) local precipitation, (2) infiltration of surficial water, and (3) the lithology, mineralogy, and grain size of the materials constituting the aquifer (which are highly variable among the different geomorphological units), are interpreted to be the main features determining the physico-chemical characteristics of the groundwater.

埃尔卡诺河流域位于阿根廷潘彭平原，是世界上最高产的农业区之一。地下水是区内农业、畜牧业、工业和生活用水的主要水源。然而，关于地下水的质量和分布，以及该流域作为区域地下水补给区的重要性，目前还缺乏相关资料。本研究通过水化学、地下水流和多元统计分析，将地下水理化特征与区域的地质特征联系起来。结果表明，水体呈碱性，水化学类型以重碳酸型为主，主要为淡水至微咸水，电导率介于461 ~ 2,945 μS·cm−1之间。流域内共识别出4个主要地貌单元:山脉(MR)、山前带(PB)、冲积平原(AP)和冲积平原(FEP)。MR和AP的地下水质量优于PB和FEP。此外，流域内FEP的地下水氟化物和砷浓度最高。决定地下水物理化学特征的主要影响因素包括:(1)当地降水；(2)地表水入渗；(3)在不同的地貌单元之间高度非均质性的含水层性质(岩性、矿物学和粒度)。

Le bassin de la rivière El Cano est. situé dans la plaine de la Pampa en Argentine, qui est. une des régions agricoles la plus productive au monde. Dans cette plaine, les eaux souterraines sont la principale source pour l’irrigation, l’élevage, les activités industrielles et domestiques. Toutefois, peu d’information est. disponible sur la qualité des eaux souterraines et sa variabilité spatiale de même que sur l’importance de cette région comme zone de recharge régionale. Grâce à des analyses hydrochimiques, d’écoulement des eaux souterraines et une analyse statistique multivariée, cette étude décrit les caractéristiques physico-chimiques des eaux souterraines en relation avec le contexte géologique du territoire. Les résultats montrent que les eaux sont alcalines, de type bicarbonaté dominant, de douce à saumâtre avec une conductivité électrique comprise entre 461 et 2,945 μS cm−1. Quatre unités géomorphologiques principales sont connues dans ce bassin: la chaine montagneuse (MR), la ceinture de piémont (PB), la plaine alluviale (AP), et la plaine fluvio-éolienne (FEP). Les eaux souterraines de MR et AP montrent une meilleure qualité que PB et FEP. De plus, FEP montre les plus fortes concentrations en fluor et arsenic. L’influence (1) des pluies locales, (2) de l’infiltration des eaux de surface, (3) de la lithologie, minéralogie et taille des grains du matériel constituant l’aquifère (qui sont très différents selon les unités géomorphologiques) est. considérée comme les principaux facteurs déterminant les caractéristiques physico-chimiques des eaux souterraines.

A bacia do córrego El Cano está localizada na Planície Pampeana da Argentina, que é uma das regiões agrícolas mais produtivas do mundo. Dentro desta planície, as águas subterrâneas são a principal fonte de água para a agricultura, pecuária e atividades industriais e domésticas. No entanto, existe pouca informação disponível sobre a qualidade e distribuição das águas subterrâneas, bem como sobre a importância desta bacia como zona regional de recarga de águas subterrâneas. Por meio de análises estatísticas hidroquímicas, de vazões subterrâneas e multivariadas, este estudo relaciona as características físico-químicas das águas subterrâneas com as feições geológicas do território. Os resultados mostram que as águas são alcalinas, predominantemente do tipo bicarbonatadas, doces a salobras, com condutividade elétrica variando entre 461 e 2,945 μS cm−1. Quatro unidades geomorfológicas principais são reconhecidas na bacia: a Cadeia Montanhosa (CM), o Cinturão Piemonte (CP), as Planícies Aluviais (PA) e as Planícies Flúvio-Eólicas (PFE). As águas subterrâneas da CM e da PA apresentam melhor qualidade do que o CP e a PFE. Além disso, a PFE exibe as maiores concentrações de flúor e arsênico da bacia. A influência de (2) precipitação local, (2) infiltração de água superficial e (3) litologia, mineralogia e tamanho de grão dos materiais que constituem o aquífero (que são altamente variáveis entre as diferentes unidades geomorfológicas) são interpretadas como ser os principais determinantes das características físico-químicas das águas subterrâneas.

La cuenca del arroyo El Cano se encuentra principalmente desarrollada en la Llanura Pampeana de Argentina, que es una de las regiones agrícolas más productivas del mundo. Dentro de esta llanura, el agua subterránea es la principal fuente de agua para la agricultura, la cría de ganado y las actividades industriales y domésticas. Sin embargo, hay escasa información disponible sobre la calidad y distribución del agua subterránea, así como sobre la importancia de esta cuenca como zona de recarga regional de aguas subterráneas. A través de análisis hidroquímicos, de flujo de agua subterránea y de análisis estadístico multivariado, este estudio relaciona las características fisicoquímicas del agua subterránea con las características geológicas del paisaje. Los resultados muestran que las aguas son alcalinas, predominantemente del tipo bicarbonatadas y son dulces a salobres, con conductividad eléctrica que varía entre 461 y 2,945 μS cm−1. Se reconocieron cuatro unidades geomorfológicas principales: la Sierra (MR), la Faja Pedemontana (PB), las Llanuras Aluviales (AP) y las Llanuras Fluvio-Eólicas (FEP). El agua subterránea de Sierra y las Llanuras Aluviales muestra mejor calidad que el sector de Piedemonte y las Llanuras Fluvio-Eólicas. Además, las Llanuras Fluvio-Eólicas presentan las concentraciones más altas de fluoruro y arsénico en la cuenca. Se interpreta que (1) la precipitación local, (2) la infiltración de agua superficial y (3) la litología, mineralogía y tamaño de grano de los materiales que constituyen el acuífero (que son altamente variables en las diferentes unidades geomorfológicas), son las principales características que condicionan las características fisicoquímicas del agua subterránea.