Key hydrological processes in the Del Azul Creek basin, sub-humid Pampean Plain

Abstract

Groundwater plays an important role in the economic development of the Chaco-Pampean Plain (Argentina), where industry, agriculture and cattle farming are the main economic activities. The 66% of the country's population lives in this area. The low slopes of this region condition the water movement and the occurrence of physical and chemical processes. The aim of this work is to update the hydrological conceptual model of the Del Azul Creek basin (Buenos Aires Province), a sub-humid and continental plain, using environmental tracers. In total, the study was based on the analysis of 201 samples (stable isotopes) and 184 samples (chemical data) including rainwater, surface water and groundwater. The temporal and spatial variation in the isotopic composition of rainfall and the hydrological physical-processes, evaporation, surface water-groundwater interaction and recharge were studied. Isotopic compositions of rainfall revealed a seasonal variation across the basin. Low δ18O rainfalls occur during the coldest seasons, while high δ18O rainfalls occur during the warmest seasons. The isotopic compositions of rainfall varied only during the cold period in the upper basin. At this time, the lowest δ18O rainfall fell in the upper basin, while in the other areas and during the warmer seasons, no differences were observed. Evaporation was a relevant process in the flatter area of the basin, mainly during the warmest seasons. Samples taken from the wetlands and from the lower section of the Del Azul Creek were strongly evaporated. In the first 30 m depth of the aquifer, groundwater reflected the isotopic composition of rainfall from the warmest seasons, thus revealing seasonal preferential recharge and a good hydraulic connection. This study provides direct evidence showing that both evaporation and the surface water-groundwater interaction are processes that play a key role in the control of the isotopic and chemical composition of water.

El agua subterránea juega un papel importante en el desarrollo económico de la Llanura Chaco-Pampeana (Argentina), donde la industria, la agricultura y la ganadería son las principales actividades económicas. El 66% de la población del país vive en esta zona. Las bajas pendientes de esta región condicionan el movimiento del agua y la ocurrencia de procesos físicos y químicos. El objetivo de este trabajo es actualizar el modelo conceptual hidrológico de la cuenca del Arroyo Del Azul (Provincia de Buenos Aires), una llanura subhúmeda y continental, utilizando trazadores ambientales. En total, el estudio se basó en el análisis de 201 muestras (isótopos estables) y 184 muestras (datos químicos) que incluyen agua de lluvia, agua superficial y agua subterránea. Se estudió la variación temporal y espacial en la composición isotópica de la lluvia y los procesos físicos hidrológicos, la evaporación, la interacción agua superficial-agua subterránea y la recarga. Las composiciones isotópicas de la lluvia revelaron una variación estacional a lo largo de la cuenca. Las precipitaciones bajas de δ18O ocurren durante las estaciones más frías, mientras que las lluvias altas de δ18O ocurren durante las estaciones más cálidas. Las composiciones isotópicas de la lluvia variaron solo durante el período frío en la cuenca alta. En este momento, la menor precipitación de δ18O cayó en la cuenca alta, mientras que en las otras áreas y durante las estaciones más cálidas no se observaron diferencias. La evaporación fue un proceso relevante en la zona más plana de la cuenca, principalmente durante las estaciones más cálidas. Las muestras tomadas de los humedales y de la sección inferior del Arroyo Del Azul se evaporaron fuertemente. En los primeros 30 m de profundidad del acuífero, el agua subterránea reflejó la composición isotópica de las lluvias de las estaciones más cálidas, revelando así una recarga preferencial estacional y una buena conexión hidráulica. Este estudio proporciona evidencia directa que muestra que tanto la evaporación como la interacción agua superficial-agua subterránea son procesos que juegan un papel clave en el control de la composición química e isotópica del agua.