Tracing the hydrochemical water types and salinization mechanisms in the great Maputo area as a function of groundwater recharge, hydrogeological properties and human activities

Guilherme Emidio Horta Nogueira

Key information

Authors:

Guilherme Emidio Horta Nogueira (Guilherme Emidio Horta Nogueira)

Supervisors:

Tibor Stigter; Maria Teresa Condesso de Melo (Maria Teresa Condesso de Melo)

Published in

September 11, 2017

Abstract

Salinidades elevadas, escassez de recursos de água superficiais, rede pública de distribuição ineficaz e o crescimento populacional colocam uma pressão constante nos recursos de água subterrânea de Maputo. Uma metodologia utilizando sistemas de informação geográfica (SIGs) permitiu classificar diferentes zonas de recarga potencial, com base na análise das propriedades hidrogeológicas e do uso/ cobertura do solo. A taxa de recarga foi calculada pelo método do balanço hídrico na zona da raiz das plantas e mostrou que cerca de 30% da precipitação se destina a recarga das águas subterrâneas. As maiores taxas de recarga ocorrem nos sedimentos eólicos cobertos por arbustos; menores taxas ocorrem nas áreas agrícolas, devido principalmente à elevada evapotranspiração. A análise de dados hidroquímicos e isotópicos permitiu a classificação de seis grupos de águas desde doces a salobras/ salgadas. A análise de dados de isótopos estáveis δ2 H e δ18O em conjunto com razões iónicas de Na/Cl e SO4/Cl sugere que os processos de evaporação e mistura com a água do mar são os mais determinantes para a salinidade da área de estudo, seguidos pelas interações água-rocha. A razão δ18O/Cl das águas salobras/ salgadas subterrâneas e superficiais (~ -4,0 ‰ e ~ -0,5 ‰, respectivamente) sugerem que: 1) as águas subterrâneas salobres/ salinas resultam da mistura entre águas doces e água do mar, alojada desde o último período de transgressão marinha e permanecendo como lentículas nos níveis aquitardos; 2) águas superficiais salobras/ salgadas resultam da descarga de águas subterrâneas salobras/ salgadas sob evaporação, portanto aumentando a salinidade e δ18O. A origem marinha da salinidade, ao contrário da dissolução de halite, é corroborada por razões de Br/Cl de amostras de água salobra/ salgada ligeiramente abaixo da proporção da água do mar (1,2x10-3 ~ 1,4x10-3). High salinities, scarce surface water, poor public network supply and increasing population growth place constant pressure on Maputo groundwater resources. A GIS approach was used to classify different recharge potentials zones, based on hydrogeological properties and land use/cover, while calculated recharge rate through a root zone water balance method showed that 30% of precipitation goes to groundwater recharge. Higher recharge occurs within aeolian sediments covered by shrubland; lower rates occur in agricultural areas, largely due to high evapotranspiration. Hydro chemical and isotopic data analysis allowed clustering of six water groups, from fresh to brackish/salt waters. Analysis of stable isotopes δ2 H and δ18O together with Na/Cl and SO4/Cl ratios suggest that evaporation and mixing with seawater are major processes determining salinity in the area, followed by water rock interactions. δ18O/Cl of brackish/salt groundwater and surface waters (~ -4.0‰, ~ -0.5‰, respectively) suggest that: 1) inland brackish/salt groundwaters result from mixing between fresh waters and entrapped seawater, emplaced during last transgression period and remaining as lenses within aquitard units; and 2) surface brackish/salt waters result of brackish/salt groundwater seepage undergoing evaporation, hence increasing salinity and δ18O values. Seawater salinity origin, rather than halite dissolution is corroborated by Br/Cl ratios of brackish/salt water samples (1.2x10-3 ~ 1.4x10-3) slightly below ocean ratio.