Stratigraphic sequence map for groundwater assessment and protection of unconsolidated aquifers: A case example in the Abitibi-Témiscamingue region, Québec, Canada

Abstract

Quantifying water resources at various scales is crucial for ensuring safe access to potable water for present and future generations. Fitting into this framework, this study presents a GIS-based approach aimed at allowing the evaluation of available groundwater resources within unconsolidated aquifers set in vast and heterogeneous shield regions. The approach was developed in a 19,397 km² region located in Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada) where unconsolidated aquifers are set in an irregular geologic framework owing to the rugged Canadian Shield topography and to the diversity of glacial and post-glacial events that shaped the landscape. Sparse and unevenly distributed stratigraphic borehole data were used for constructing a GIS-based model representing the total overburden thickness (unconsolidated sediments covering the bedrock), as well as the thickness and extent of the fine-grained deep-water sediments (silt-clay) of the Barlow-Ojibway proglacial Lake on a 100 m × 100 m mesh at the regional scale. The study suggests a new set of functions to map drift thickness in areas of highly discontinuous drift cover, using GIS tools. These data were used jointly with surficial deposits maps in order to develop a regional-scale two-dimensional model where 15 distinct stratigraphic sequences allow representation of the architecture of unconsolidated geological units. The approach allows simplifying data representation and ensuring the consistency between various regional-scale hydrogeological maps. The data is used to produce a stratigraphic sequence map for representing the architecture of aquifer– aquitard systems at the regional scale in a manner that is intelligible to non-specialists. The map and related data are first discussed for documenting the extent and volume of regional aquifers. The stratigraphic sequence map is subsequently discussed as a tool for supporting political decision makers dealing with issues related to groundwater resource assessment, protection and sustainable development.

La quantification des ressources hydriques est cruciale pour assurer un accès à l’eau potable pour les générations actuelles et futures. S’insérant dans ce contexte, cette étude présente une approche visant l’évaluation des ressources en eaux souterraines au sein d’aquifères non consolidés. L’approche a été développée pour une région de 19 397 km² située en Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada), dans un secteur où les aquifères non consolidés présentent une architecture irrégulière en raison de la topographie accidentée du Bouclier Canadien et de la diversité des événements glaciaires et postglaciaires ayant façonné le paysage. Des données de forages éparses et distribuées de façon hétérogène ont été utilisées pour la construction d’un modèle représentant l’épaisseur des dépôts meubles et des sédiments d’eau profonde (silt-argile) du lac proglaciaire Barlow-Ojibway sur un maillage de 100 m × 100 m. L’étude suggère de nouvelles fonctions pour cartographier à l’aide des SIG l’épaisseur de dépôts meubles dans des secteurs où la couverture est discontinue. Ces données ont été utilisées conjointement avec la cartographie des dépôts de surface afin de développer un modèle régional permettant la représentation à deux dimensions de l’architecture des unités géologiques non consolidées grâce à 15 séquences stratigraphiques. L’approche permet de simplifier la représentation des données et d’assurer la cohérence entre les différentes cartes hydrogéologiques régionales. Les données sont utilisées pour produire une carte des séquences stratigraphiques représentant l’architecture des systèmes aquifères–aquitards d’une manière intelligible pour les non-spécialistes. La carte et les données associées sont d’abord utilisées pour évaluer les limites et le volume des aquifères régionaux et ensuite présentées comme des outils permettant de soutenir les décideurs politiques qui traitent de questions liées à l’évaluation, à la protection et au développement durable des ressources en eau souterraine.

Acknowledgements

This research was supported by the partners of a regional initiative for sustainable development of groundwater in Abitibi-Témiscamingue, including the Government of Québec (Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques; Ministère de l’Économie, de l’Innovation et des Exportations; Ministère des Affaires municipales et de l’Occupation du territoire), and the Regional Conference of Elected Officials of Abitibi-Témiscamingue (CRÉAT). We acknowledge the Québec Ministry of Natural Resources (Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles) for their contribution during field work. The authors also acknowledge the financial contribution of the Québec Ministry of the Environment (Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques) through the Groundwater Knowledge Acquisition Program (PACES program), with significant contributions from regional partners involved in the PACES program, including the Regional County Municipalities (Abitibi, Vallée-de-l’Or, Abitibi-Ouest, Ville de Rouyn-Noranda, Témiscamingue) and the CRÉAT. The authors thank Magalie Roy, Daniel Blanchette, Pierre-Luc Dallaire and Dr. Jean Veillette for their extensive scientific advice for improving the approaches presented herein. The authors kindly thank Dr. Martin Ross and one anonymous reviewer for numerous constructive comments that greatly contributed to improving this manuscript.