地域のカルスト帯水層システムのシミュレーションと、プエルトリコのマナティベガバハの地下水資源の評価

島で最も生産的な帯水層であるプエルトリコの北海岸カルスト帯水層システムは、飲料水と地元の生態系にとって重要な水源です。高い淡水需要は、島の人口と沿岸生態系の両方に影響を与える沿岸地下水システムを変えます。このシステムが降雨イベントと高いポンピング需要にどのように反応するかを予測するために、同等の多孔質媒体（EPM）技術を使用して3次元地下水流モデルを開発し、水文地質学的パラメーターを推定し、マナティベガバジャの地下水リソースを評価しますカルスト帯水層。このアプローチは、単純化されたEPMアプローチがこの複雑なカルスト環境で地下水の流体力学を再現するという仮説に基づいています。定常状態モデルは、1995年の観測された地下水表を使用して、試行錯誤およびパラメーター推定方法で較正されました（r = 0.86、p <0.0001、n = 39）。大規模なシミュレーションは、地下水の流れが標高勾配にほぼ従うことを示唆しました[つまり、南から北）。較正された油圧導電率は0.5〜86 m/dの範囲ですが、水性地理的データは、調査地域の中央カルストセクションでより高い透過性を強く示唆しています。過渡モデルは、1980年から2014年までの降雨イベントに応じて観測された地下水の変動を適切に推定します。一時的な結果は、概念モデルの精度が-0.132 mの平均誤差（ME）、平均絶対誤差（MAE）でより受け入れられることを示しています。0.542 mおよび根平均平方根（RMSE）誤差0.365 m。水予算シミュレーションの結果は、総充電が過去の総地下水離脱率を満たしていることを示していますが、より多くの汚染された井戸の継続的な閉鎖により、地下水位が将来上昇します。結果は、EPMアプローチの適用可能性の仮定が調査地域の測定データによって維持およびサポートされていることを示しています。将来の水の需要を考慮に入れて、このモデルをさらに適用して、さまざまな搾取シナリオの下で地下水レベルと塊バランスの変化を予測することができます。

The North Coast karst aquifer system of Puerto Rico, the most productive aquifer of the island, is a vital water source for drinking water and local ecosystems. High freshwater demands alter the coastal groundwater system that impacts both human populations and coastal ecosystems of the island. To predict how this system might respond to rainfall events and high pumping demands, we used the equivalent porous medium (EPM) technique to develop a three-dimensional ground-water flow model to estimate hydrogeological parameters and assess groundwater resources in the Manatí-Vega Baja karst aquifer. The approach is based on the hypothesis that the simplified EPM approach will reproduce groundwater hydrodynamics in this complex karst environment. The steady-state model was calibrated with trial and error and parameter estimation methods using an observed groundwater table of 1995 (r = 0.86, p < 0.0001, n = 39). The large-scale simulation suggested that groundwater flow roughly follows the elevation slope [i.e. south to north). Calibrated hydraulic conductivities range from 0.5 to 86 m/d, whereas the hydro-geologic data strongly suggest higher permeability in the middle karst section of the study area. The transient model adequately estimates the observed groundwater fluctuations in response to rainfall events from 1980 until 2014. The transient results indicate that the conceptual model accuracy is more acceptable with a mean error (ME) of -0.132 m, mean absolute error (MAE) of 0.542 m and root mean square (RMSE) error of 0.365 m. The results of water budget simulation show that the total recharge satisfies the total groundwater withdrawal rate in the past, but continuous closure of more contaminated wells causes groundwater levels to increase in the future. The results indicate that the assumption of applicability of EPM approach is sustained and supported by measured data in the study area. Taking future water demands into account, this model could be applied further to predict the changes of groundwater levels and mass balance under different exploitation scenarios.