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Using water stable isotopes for tracing surface and groundwater flow systems in the Barlow-Ojibway Clay Belt, Quebec, Canada.

Rey, Nathalie; Rosa, Eric; Cloutier, Vincent; Lefebvre, René (9999). Using water stable isotopes for tracing surface and groundwater flow systems in the Barlow-Ojibway Clay Belt, Quebec, Canada. Canadian Water Resources Journal / Revue canadienne des ressources hydriques . p. 1-22. DOI: 10.1080/07011784.2017.1403960. (Sous Presse)

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Résumé

Cette étude vise à mieux comprendre les systèmes d’écoulement dans une région de 19 549 km² au sein de la ceinture argileuse Barlow-Ojibway (ouest du Québec, Canada). La base de données contient 645 échantillons analysés pour les isotopes stables de l’eau (δ²H-δ¹⁸O) et inclue les précipitations, la neige au sol, les eaux de surface, les eaux souterraines et les sources alors que 98 échantillons d’eau souterraine et de sources ont été analysés pour l’activité tritium. La composition isotopique des précipitations présente un cycle saisonnier dépendant de la température et définissant une droite locale des eaux météoriques (DLEM) sans tendance δ²H-δ¹⁸O reliée à la latitude. Les données de neige au sol tombent sur la DLEM, ce qui suggère que le couvert nival préserve sa composition isotopique en hiver, avant la fonte des neiges printanières. Les échantillons d’eau de surface définissent une droite évaporatoire locale (DEL) et les rapports de l’évaporation sur les flux intrants variant entre 0 et 36 % à l’échelle régionale. Les données d’eau souterraine et de sources suggèrent que les processus d’évaporation sont limités avant l’infiltration et que les eaux de surface contribuent peu à la recharge. Les aquifères à nappe libre peu profonds présentent une plus grande variabilité isotopique par rapport aux aquifères à nappe captive situés en aval le long des lignes d’écoulement, ce qui suggère une atténuation de la variabilité isotopique issue de la recharge le long des systèmes régionaux. Un bilan géochimique appuyé sur les données isotopiques et de conductivité électrique de l’eau permet de quantifier ces mélanges. L’interprétation des données isotopiques permet de contraindre des modèles conceptuels représentant les systèmes d’écoulement régionaux et de documenter les processus de recharge, d’évaporation, de mélange et de résurgence.

Abstract

This study aims to improve the understanding of surface and groundwater flow systems based on water stable isotope data in a 19,549 km² region of the Barlow-Ojibway Clay Belt, in western Quebec, Canada. The available geochemical database contains 645 samples including precipitation, snow cores, surface waters, groundwater and springs. All samples were analyzed for water stable isotopes (δ²H-δ¹⁸O) and complementary tritium analyses were conducted on 98 groundwater and spring samples. Precipitations depict a clear temperature-dependent seasonal pattern and define a local meteoric water line (LMWL) without a latitudinal trend in δ²H-δ¹⁸O. Samples collected from the snowpack plot on the LMWL, suggesting that the bulk snowpack preserves the isotopic composition of precipitation throughout the frozen period, prior to the spring snowmelt. Surface water samples define a local evaporation line (LEL), and evaporation over inflow (E/I) ratios range between 0 and 36%. Groundwater and spring samples are evenly distributed around the LMWL, suggesting that evaporation processes are limited prior to infiltration and that surface waters do not significantly contribute to groundwater recharge. Shallow unconfined aquifers present a greater variability in δ²H-δ¹⁸O compared to confined aquifers located farther down gradient, suggesting the mixing of varied recharge waters along the regional groundwater flow system. A three-component mixing model based on isotopic and specific electrical conductivity data allows the quantification of such mixing processes. The interpretation of isotopic data constrains a regional-scale conceptual model of groundwater flow systems and describes processes related to the timing of recharge, evaporation, mixing and discharge.

Type de document: Article
Mots-clés libres: Water stable isotopes; groundwater; surface waters; precipitation; boreal region
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 12 févr. 2018 20:39
Dernière modification: 12 févr. 2018 20:39
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6593

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