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Age and origin of groundwater resources in the Ararat Valley, Armenia: a baseline study applying hydrogeochemistry and environmental tracers

Schubert, Michael ; Michelsen, Nils ; Schmidt, Axel ; Eichenauer, Laura ; Knoeller, Kay ; Arakelyan, Alexander ; Harutyunyan, Lilith ; Schüth, Christoph (2024)
Age and origin of groundwater resources in the Ararat Valley, Armenia: a baseline study applying hydrogeochemistry and environmental tracers.
In: Hydrogeology Journal, 2021, 29 (7)
doi: 10.26083/tuprints-00023474
Article, Secondary publication, Publisher's Version

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Item Type: Article
Type of entry: Secondary publication
Title: Age and origin of groundwater resources in the Ararat Valley, Armenia: a baseline study applying hydrogeochemistry and environmental tracers
Language: English
Date: 26 March 2024
Place of Publication: Darmstadt
Year of primary publication: November 2021
Place of primary publication: Berlin ; Heidelberg
Publisher: Springer
Journal or Publication Title: Hydrogeology Journal
Volume of the journal: 29
Issue Number: 7
DOI: 10.26083/tuprints-00023474
Corresponding Links:
Origin: Secondary publication DeepGreen
Abstract:

Within the Ararat Valley (Armenia), a continuously growing water demand (for irrigation and fish farming) and a simultaneous decline in groundwater recharge (due to climate change) result in increasing stress on the local groundwater resources. This detrimental development is reflected by groundwater-level drops and an associated reduction of the area with artesian conditions in the valley centre. This situation calls for increasing efforts aimed at more sustainable water resources management. The aim of this baseline study was the collection of data that allows for study on the origin and age distribution of the Ararat Valley groundwater based on environmental tracers, namely stable (δ²H, δ¹⁸O) and radioactive (³⁵S, ³H) isotopes, as well as physical-chemical indicators. The results show that the Ararat Valley receives modern recharge, despite its (semi-)arid climate. While subannual groundwater residence times could be disproved (³⁵S), the detected ³H pattern suggests groundwater ages of several decades, with the oldest waters being recharged around 60 years ago. The differing groundwater ages are reflected by varying scatter of stable isotope and hydrochemical signatures. The presence of young groundwater (i.e., younger that the 1970s), some containing nitrate, indicates groundwater vulnerability and underscores the importance of increased efforts to achieve sustainable management of this natural resource. Since stable isotope signatures indicate the recharge areas to be located in the mountains surrounding the valley, these efforts must not be limited to the central part of the valley where most of the abstraction wells are located.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Dans la vallée de l’Ararat (Arménie), une demande en eau en constante augmentation (pour l’irrigation et la pisciculture) et une diminution simultanée de la recharge des nappes phréatiques (en raison du changement climatique) entraînent un stress croissant sur les ressources locales en eau souterraine. Cette évolution préjudiciable se traduit par une baisse du niveau des eaux souterraines et une réduction connexe de la zone présentant des conditions artésiennes dans le centre de la vallée. Cette situation exige des efforts accrus en vue d’une gestion plus durable des ressources en eau. L’objectif de cette étude pour établir un référentiel était la collecte de données permettant d’étudier l’origine et la distribution de l’âge des eaux souterraines de la vallée de l’Ararat sur la base de traceurs environnementaux, à savoir les isotopes stables (δ²H, δ¹⁸O) et radioactifs (³⁵S, ³H), ainsi que des indicateurs physico-chimiques. Les résultats montrent que la vallée de l’Ararat reçoit une recharge moderne, malgré son climat (semi-)aride. Alors que les temps de résidence subannuels des eaux souterraines ont pu être réfutés (³⁵S), le modèle ³H détecté suggère des âges des eaux souterraines de plusieurs décennies, les eaux les plus anciennes ayant été rechargées il y a environ 60 ans. Les différents âges des eaux souterraines sont reflétés par une dispersion variable des signatures isotopiques stables et hydrochimiques. La présence d’eaux souterraines jeunes (c’est-à-dire plus jeunes que les années 1970), dont certaines contiennent des nitrates, indique la vulnérabilité des eaux souterraines et souligne l’importance d’efforts accrus pour parvenir à une gestion durable de cette ressource naturelle. Puisque les signatures d’isotopes stables indiquent que les zones de recharge sont situées dans les montagnes entourant la vallée, ces efforts ne doivent pas être limités à la partie centrale de la vallée où se trouvent la plupart des puits de captage.

French

En el valle del Ararat (Armenia), el aumento continuo de la demanda de agua (para el riego y la piscicultura) y la disminución simultánea de la recarga de las aguas subterráneas (debido al cambio climático) dan lugar a un aumento de la presión sobre los recursos hídricos subterráneos locales. Este desarrollo perjudicial se refleja en el descenso del nivel de las aguas subterráneas y en la reducción asociada de la zona con condiciones artesianas en el centro del valle. Esta situación exige que se redoblen los esfuerzos encaminados a una gestión más sostenible de los recursos hídricos. El objetivo de este estudio de referencia era la recopilación de datos que permitieran estudiar el origen y la distribución de la edad de las aguas subterráneas del valle del Ararat a partir de trazadores ambientales, concretamente isótopos estables (δ²H, δ¹⁸O) y radiactivos (³⁵S, ³H), así como indicadores físico-químicos. Los resultados muestran que el valle del Ararat recibe una recarga moderna, a pesar de su clima (semi)árido. Mientras que los tiempos de residencia de las aguas subterráneas subanuales pudieron ser refutados (³⁵S), el patrón ³H detectado sugiere edades de las aguas subterráneas de varias décadas, con las aguas más antiguas recargadas hace unos 60 años. Las diferentes edades de las aguas subterráneas se reflejan en la diferente dispersión de las firmas hidroquímicas y de isótopos estables. La presencia de aguas subterráneas jóvenes (es decir, más jóvenes que la década de 1970), algunas de las cuales contienen nitrato, indica la vulnerabilidad de las aguas subterráneas y subraya la importancia de aumentar los esfuerzos para lograr una gestión sostenible de este recurso natural. Dado que las firmas de isótopos estables indican que las zonas de recarga se encuentran en las zonas montañosas que rodean el valle, estos esfuerzos no deben limitarse a la parte central del valle, donde se encuentran la mayoría de los pozos de extracción.

Español

在亚美尼亚Ararat峡谷, 不断增长的水需求(用于灌溉和渔业)和地下水补给同时下降(由于气候变化)导致当地地下水资源面临越来越大的压力。这种不利的发展表现在地下水位的下降以及峡谷中心与自流区面积的减少。因此需要加大力度以实现更可持续的水资源管理。本次基线研究的目的是收集数据, 以便根据环境示踪剂, 即稳定(δ²H, δ¹⁸O)和放射性(³⁵S, ³H)同位素, 以及理化指标对Ararat峡谷地下水的来源和年龄分布进行研究。结果表明, 尽管处于(半)干旱气候, Ararat峡谷仍能获得现代补给。虽然次年地下水滞留时间可能被否定(³⁵S), 但检测到的 ³H表明地下水年龄有几十年, 最古老的水在大约 60 年前补给。不同的地下水年龄由稳定同位素和水化学特征反映。年轻地下水的存在(即比 1970 年更年轻), 其中一些含有硝酸盐, 表明地下水的脆弱性, 并强调了加大力度实现对自然资源可持续管理的重要性。稳定同位素特征表明补给区位于峡谷周围的山脉, 因此管理工作不能仅限于大部分开采井所在的峡谷中心区域。

Chinese

No Vale do Ararat (Armênia), uma demanda crescente de água (para irrigação e piscicultura) e um declínio simultâneo na recarga de água subterrânea (devido às mudanças climáticas) resultam no aumento do estresse sobre os aquíferos locais. Este desenvolvimento prejudicial é refletido por quedas do nível d’água e uma associada redução da área com condições artesianas no centro do vale. Esta situação exige esforços crescentes com vista a uma gestão mais sustentável dos recursos hídricos. O objetivo deste estudo de base foi coletar dados que permitam o estudo da origem e distribuição da idade das águas subterrâneas do Vale do Ararat com base em traçadores ambientais, nomeadamente isótopos estáveis (δ²H, δ¹⁸O) e radioativos (³⁵S, ³H), bem como indicadores físico-químicos. Os resultados mostram que o Vale do Ararat recebe recargas modernas, apesar de seu clima (semi) árido. Enquanto tempos subanuais de residência da água subterrânea pudem ser refutados (³⁵S), o padrão de ³H detectado sugere idades das águas subterrâneas de várias décadas, com as águas mais antigas sendo recarregadas há cerca de 60 anos. As diferentes idades da água subterrânea são refletidas pela dispersão variável de isótopos estáveis e assinaturas hidroquímicas. A presença de água subterrânea jovem (ou seja, mais jovem que na década de 1970), algumas contendo nitrato, indica a vulnerabilidade da água subterrânea e ressalta a importância de maiores esforços para alcançar o manejo sustentável desse recurso natural. Uma vez que assinaturas de isótopos estáveis indicam as áreas de recarga localizadas nas montanhas ao redor do vale, esses esforços não devem ser limitados à parte central do vale, onde a maioria dos poços de abstração estão localizados.

Portuguese
Uncontrolled Keywords: Groundwater residence time, Tritium, Radiosulphur, Stable isotopes, Armenia
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-234746
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 550 Earth sciences and geology
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science > Hydrogeology
Date Deposited: 26 Mar 2024 14:10
Last Modified: 22 Apr 2024 09:42
SWORD Depositor: Deep Green
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/23474
PPN: 517268213
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