Multiple-method estimation of recharge rates at diverse locations in the North Carolina Coastal Plain, USA |
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Authors: | A L Coes T B Spruill M J Thomasson |
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Institution: | (1) US Geological Survey, 520 North Park Avenue, Suite 221, Tucson, AZ 85719, USA;(2) US Geological Survey, 3916 Sunset Ridge Road, Raleigh, NC 27607, USA;(3) Errol L. Montgomery & Associates, Inc., 1550 East Prince Road, Tucson, AZ 85719, USA |
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Abstract: | Recharge rates determined at diverse study sites in a shallow, unconfined aquifer differed from one another depending on the
analytical method used and on each method’s applicability and limitations. Total recharge was quantified with saturated-zone
methods using water-table fluctuations at seven sites in North Carolina, USA and using groundwater-age dating at three of
the seven sites; at two of the sites, potential recharge was quantified with an unsaturated-zone method using Darcy’s law;
and at five of the sites, net recharge was quantified with a stream hydrograph-separation method using streamflow-recession
curves. Historical mean net recharge was 25 to 69% of the historical total recharge rates. The large disparity is attributed
to groundwater losses between recharge and discharge areas, primarily by evapotranspiration and seepage to underlying aquifers.
The spatial distribution of historical mean annual total recharge did not vary between landscape units, as suggested in a
previous study. Similarly, total recharge did not correlate significantly with mean annual rainfall, mean annual water table
depth, or the surficial soil properties of percent clay and bulk density. Total recharge did correlate significantly with
the surficial soil properties of percent sand and percent silt.
Résumé Les taux de recharge déterminés sur divers sites d’études dans un aquifère phréatique libre, varient les uns par rapport aux
autres selon la méthode analytique utilisée et les limites et l’applicabilité de chaque méthode. La recharge totale a été
quantifiée avec des méthodes en zone saturée utilisant les fluctuations des nappes sur sept sites de la Caroline du Nord,
USA, et en utilisant les datations des eaux souterraines sur trois des sept sites ; sur deux des sites, la recharge potentielle
a été quantifiée avec une méthode en zone non-saturée utilisant la loi de Darcy, et sur deux sites, la recharge nette a été
quantifiée suivant une méthode de séparation des hydrographes de cours d’eau utilisant les courbes de récession du débit.
La moyenne historique de la recharge nette est comprise entre 25 et 69% des taux historiques de recharge totale. L’importante
disparité est attribuée aux pertes en eaux souterraines entre les zones de recharge et les zones d’exutoire, d’abord par évapotranspiration
et ensuite par infiltration vers les aquifères sous-jacents. La distribution spatiale de la recharge historique moyenne annuelle
et totale ne varie pas selon les unités paysagères, comme cela était suggéré dans une étude antérieure. De même, la recharge
totale n’est pas corrélée significativement avec la moyenne annuelle des précipitations, la moyenne annuelle de la profondeur
de la nappe, ou les propriétés de surface des sols que sont le pourcentage d’argile ou la densité apparente. La recharge totale
est corrélée significativement avec les propriétés de surface du sol et les teneurs en sable et en silt.
Resumen Las tasas de recarga determinadas en diversos sitios de estudio en un acuífero somero no confinado difieren entre sí dependiendo
del método analítico usado y de las limitaciones y aplicabilidad de cada método. Se cuantificó la recarga total con métodos
de zona saturada usando fluctuaciones del nivel freático en siete sitios en Carolina del Norte, Estados Unidos, y usando datación
de edades de agua subterránea en tres de los siete sitios; en dos de los sitios se cuantificó la recarga potencial con un
método de zona no saturada usando la Ley de Darcy y en cinco de los sitios se cuantificó la recarga neta con el método de
separación hidrográfica usando curvas de recesión de flujo en arroyos. La recarga neta media histórica varió entre 25 y 69%
de las tasas de recarga total histórica. La diferencia tan grande se atribuye a pérdidas de agua subterránea entre áreas de
descarga y recarga, principalmente por evapotranspiración y escurrimiento hacia acuíferos subyacentes. La distribución espacial
de la recarga total anual media histórica no varió entre las unidades de paisaje, como ya se había sugerido en un estudio
previo. De modo similar, la recarga total no guarda correlación significativa con la lluvia media anual, la profundidad media
anual del nivel freático, o las propiedades superficiales del suelo, particularmente porcentaje de arcilla y densidad volumétrica.
La recarga total si tuvo una correlación significativa con las propiedades superficiales del suelo tal como porcentaje de
arena y porcentaje de limo.
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Keywords: | Groundwater recharge Coastal aquifers Atlantic Coastal Plain USA Unsaturated zone Groundwater age |
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