Groundwater recharge and chemical evolution in the southern High Plains of Texas, USA

• Published in: Hydrogeology journal Vol. 9; no. 6; pp. 522 - 542
• Main Authors: Fryar, A E, Mullican, W F, Macko, SA
• Format: Journal Article
• Language: English; French; Spanish
• Published: 01.12.2001
• Subjects: USA, Southern High Plains; USA, Texas
• ISSN: 1431-2174; 1435-0157
• DOI: 10.1007/s10040-001-161-9

The unconfined High Plains (Ogallala) aquifer is the largest aquifer in the USA and the primary water supply for the semiarid southern High Plains of Texas and New Mexico. Analyses of water and soils northeast of Amarillo, Texas, together with data from other regional studies, indicate that processes during recharge control the composition of unconfined groundwater in the northern half of the southern High Plains. Solute and isotopic data are consistent with a sequence of episodic precipitation, concentration of solutes in upland soils by evapotranspiration, runoff, and infiltration beneath playas and ditches (modified locally by return flow of wastewater and irrigation tailwater). Plausible reactions during recharge include oxidation of organic matter, dissolution and exsolution of CO sub(2), dissolution of CaCO sub(3), silicate weathering, and cation exchange. Si and super(14)C data suggest leakage from perched aquifers to the High Plains aquifer. Plausible mass-balance models for the High Plains aquifer include scenarios of flow with leakage but not reactions, flow with reactions but not leakage, and flow with neither reactions nor leakage. Mechanisms of recharge and chemical evolution delineated in this study agree with those noted for other aquifers in the south-central and southwestern USA.Original Abstract: L'aquifere libre des Hautes Plaines (Ogallala) est le plus vaste aquifere des etats-Unis et la ressource de base pour l'eau potable de la region semi- aride du sud des Hautes Plaines du Texas et du Nouveau-Mexique. Des analyses de l'eau et des sols preleves au nord-est d'Amarillo (Texas), associees a des donnees provenant d'autres etudes dans cette region, indiquent que des processus intervenant au cours de l'infiltration controlent la composition de l'eau de la nappe libre dans la moitie septentrionale du sud des Hautes Plaines. Les donnees chimiques et isotopiques sont compatibles avec une sequence de precipitation episodique, avec la reconcentration en solutes dans les sols des hautes terres par evapotranspiration, avec le ruissellement et l'infiltration dans les playas et les fosses (modifiee localement par l'ecoulement en retour des eaux usees et des laisses d'irrigation). Des reactions probables intervenant au cours de la recharge sont l'oxydation de la matiere organique, la dissolution et le degazage du CO sub(2), la dissolution du CaCO sub(3), l'alteration des silicates et l'echange de cations. Les donnees concernant Si et super(14)C laissent penser qu'il existe une drainance descendante a partir d'aquiferes perches vers l'aquifere des Hautes Plaines. Des modeles vraisemblables de bilan de matiere pour l'aquifere des Hautes Plaines prennent en compte des scenarios d'ecoulement avec drainance mais sans reactions, des ecoulements avec reactions mais sans drainance et des ecoulements sans reactions ni drainance. Les mecanismes de recharge et d'evolution chimique determines dans cette etude sont en accord avec ceux mis en evidence dans d'autres aquiferes du centre sud et du sud-ouest des etats-Unis. Additional abstract: el acuifero libre de High Plains (Ogallala) es el mayor de los Estados Unidos y supone la fuente principal de abastecimiento en la region semiarida del sur de High Plains (Texas) y de Nuevo Mexico. Los analisis de agua y suelos realizados al nordeste de Amarillo (Texas), junto con los datos de otros estudios regionales, indican que los procesos que tienen lugar durante la recarga del acuifero controlan la composicion de las aguas subterraneas en la mitad septentrional de los High Plains del Sur. Los datos isotopicos y hidroquimicos son coherentes con una secuencia de episodios de precipitacion, concentracion de solutos en la parte superior del suelo por evapotranspiracion, escorrentia, e infiltracion a traves de 'playas' y zanjas (modificadas localmente por los flujos de retorno de aguas residuales y de excedentes de riego).