A multi-method study of regional groundwater circulation in the Ordos Plateau, NW China

Abstract

The Ordos Basin is one of the most intensively studied groundwater basins in China. The Ordos Plateau, located in the north part of the Ordos Basin, is ideal to study the pattern of regional groundwater circulation induced by water-table undulations due to the wavy topography and the relatively simple aquifer systems with macroscopically homogeneous sandstone. In catchments located near the first-order divide, the water table is found to be a subdued replica of the topography, and the nonclosed water-table contours in topographic highs of a catchment are indicative of regional groundwater outflow to other catchments. In topographic lows, groundwater-fed lakes/rivers, topography-driven flowing wells, water-loving and/or salt-tolerant vegetation, and soap holes are all indicative of discharge areas. In discharge areas, although groundwater inflow from recharge areas is relatively stable, seasonal variations in groundwater recharge and evapotranspiration lead to significant seasonal fluctuations in the water table, which can be used to estimate groundwater inflow and evapotranspiration rates based on water balance at different stages of water-table change. In the lowest reaches of a complex basin, superposition of local flow systems on regional flow systems has been identified based on groundwater samples collected from wells with different depths and geophysical measurements of apparent resistivity, both of which can be used for characterizing groundwater flow systems. This study enhances understanding of the pattern of regional groundwater circulation in the Ordos Plateau, and also tests the  effectiveness of methods for groundwater flow-system characterization.

Résumé

Le Bassin de l’Ordos est. un des bassins aquifères le plus intensément étudiés en Chine. Le Plateau d’Ordos, localisé dans la partie septentrionale du Bassin de l’Ordos, est. idéal pour étudier les modalités de circulation régionale des eaux souterraines induites par les ondulations de la nappe phréatique dues à la topographie ondulée et à la présence de systèmes aquifères relativement simples constitués de grès homogènes à l’échelle macroscopique. Dans les bassins versants situés à proximité de la ligne de partage des eaux de premier ordre, la nappe phréatique est. une réplique de la topographie, et les contours non fermés de la nappe phréatique dans les points hauts topographiques du bassin versant sont des indications d’un transfert régional d’eaux souterraines vers d’autres bassins versants. Dans les zones basses du point de vue topographique, des lacs/rivières alimentés par les eaux souterraines, des puits dont l’écoulement est. conditionné par la topographie, de la végétation hydrophile et/ou tolérante à la salinité, et des orifices à bouillonnement sont tous des indications de l’existence ce zones de décharge. Dans les zones de décharge, bien que les eaux souterraines provenant des zones de recharge soient relativement stables, les variations saisonnières de la recharge des eaux souterraines et de l’évapotranspiration entraînent des fluctuations saisonnières importantes de la nappe phréatique, qui peuvent être utilisées pour estimer l’apport en eaux souterraines et le taux d’évapotranspiration à partir du bilan hydrique pour différents stades de changement de la nappe phréatique. Dans les régions les plus basses d’un bassin complexe, la superposition des systèmes d’écoulement locaux sur les systèmes d’écoulements régionaux a été identifiée à partir d’échantillonnage d’eaux souterraines dans des forages de différentes profondeurs et de mesures géophysiques de la résistivité apparente, toutes deux pouvant être utilisé pour caractériser les systèmes d’écoulement d’eaux souterraines. Cette étude améliore la compréhension des modalités de la circulation régionale des eaux souterraines au sein du Plateau de l’Ordos, et permet de tester également des méthodes efficaces de caractérisation du système d’écoulement des eaux souterraines.

Resumen

La cuenca de Ordos es una de las cuencas de agua subterránea más intensamente estudiadas en China. La meseta de Ordos, ubicada en la parte norte de la cuenca de Ordos, es ideal para estudiar el patrón del flujo regional del agua subterránea inducida por ondulaciones de la capa freática debido a la topografía ondulada y a los sistemas acuíferos de arenisca relativamente simples y macroscópicamente homogéneos. En cuencas situadas cerca de la divisoria de primer orden, el nivel freático es una réplica suave de la topografía, y las líneas de contornos no cerradas de la capa freática en los puntos altos topográficos de una cuenca son indicativos del flujo regional de agua subterránea hacia otras cuencas. En los bajos topográficos, el agua subterránea alimenta a lagos/ríos, la topografía conduce el flujo hacia los pozos, la vegetación es compatible con agua y/o es tolerante a la sal y los pantanos son indicativos de áreas de descarga. En las áreas de descarga, aunque la afluencia de agua subterránea de las áreas de recarga son relativamente estables, las variaciones estacionales en la recarga de agua subterránea y la evapotranspiración producen fluctuaciones estacionales significativas en el nivel freático, que pueden utilizarse para estimar el flujo de agua subterránea y las tasas de evapotranspiración basado en el balance hídrico en las diferentes etapas de cambios en la capa freática. En los tramos más bajos de una cuenca compleja, se ha identificado la superposición de sistemas de flujo local con sistemas de flujo regional basados ​​en muestras de aguas subterráneas de pozos con diferentes profundidades y mediciones geofísicas de resistividad aparente, que pueden utilizarse para caracterizar sistemas de flujo de agua subterránea. Este estudio mejora la comprensión del patrón de flujo regional del agua subterránea en la meseta de Ordos y también prueba métodos efectivos para la caracterización del sistema de flujo de agua subterránea.

摘要

鄂尔多斯盆地是中国地下水研究较为深入的地区之一。鄂尔多斯高原位于鄂尔多斯盆地北部,具有波状起伏的地形和宏观上均质的砂岩组成的含水层系统,是研究由潜水面起伏控制的区域地下水循环的理想区域。在区域性分水岭附近的小流域,潜水面形态与地表起伏相似,位于地形高处、在小流域内部不闭合的潜水高程等值线指示了地下水的跨流域流动现象。在地形低洼处,地下水维系的湖泊、河流,地形控制的自流井,喜水、耐盐植被,以及肥皂洞等现象均指示了地下水的排泄。在排泄区,虽然补给区流入的水量相对稳定,但地下水补给量和蒸散发量的季节性变化仍导致潜水面具有显著的季节性波动。基于潜水面在不同变化阶段的水均衡状况,可估算出蒸散发量和补给区流入量。在复杂盆地地势最低的流域,通过采集不同深度水井的水样,以及地球物理视电阻率测量,可以识别出局部流动系统和区域流动系统的重叠,因此这两种方法均可用于地下水流系统的刻画。本研究增强了对鄂尔多斯高原区域地下水循环模式的理解,同时表明了地下水流动系统多种刻画方法的有效性。

Resumo

A Bacia de Ordos é uma das bacias de águas subterrâneas mais estudadas da China. O Planalto de Ordos, localizado na parte norte da Bacia de Ordos, é ideal para se estudar o padrão de circulação regional das águas subterrâneas induzido pelas ondulações do lençol freático atribuídas a uma topografia ondulada e a um sistema aquífero relativamente simples com arenitos macroscópicos homogêneos. Nas bacias hidrográficas localizadas perto de divisores de primeira ordem, o lençol freático é considerado uma réplica moderada da topografia, e os contornos não fechados do lençol freático em altos topográficos da bacia são indicativos da saída regional de águas subterrâneas para outras bacias hidrográficas. Em baixos topográficos, lagos/rios alimentados por águas subterrâneas, fontes surgentes derivadas da topografia, vegetação que absorve água e/ou tolerante a salinidade, e buracos de sabão (soap holes) são todos indicativos de áreas de descarga. Nas áreas de descarga, embora o fluxo das águas subterrâneas das áreas de recarga seja relativamente estável, as variações sazonais na recarga das águas subterrâneas e evapotranspiração levam a flutuações sazonais significativas no lençol freático, que podem ser usadas para estimar as taxas de entrada de águas subterrâneas e evapotranspiração com base no balanço hídrico em diferentes estágios de mudança do lençol freático. Nas extensões mais baixas de uma bacia complexa, a superposição de sistemas de fluxo local em sistemas de fluxo regional foi identificada com base em amostras de águas subterrâneas coletadas de poços com profundidades diferentes e medidas geofísicas de resistividade aparente, que podem ser usadas para caracterizar os sistemas de fluxo de águas subterrâneas. Este estudo melhora a compreensão do padrão de circulação regional das águas subterrâneas no Planalto de Ordos e também testa métodos eficazes para a caracterização do sistema de fluxo de águas subterrâneas.