Hydrogeochemical investigations of recharge and subsequent salinization processes at Al-Raudhatain depression in Kuwait / Analyses hydrogéochimiques de la recharge et des processus associés de salinisation dans la dépression de Al-Raudhatain au Koweit

Abstract

Fresh groundwater is uniquely present in the northern parts of Kuwait at Al-Raudhatain and Umm Al-Aish depressions, where it occurs in the form of lenses floating on top of Kuwait Group's brackish water. Earlier studies have provided a wealth of data on these depressions. Nonetheless, information on the recharge process is both scarce and scattered among different studies. Based on existing information, chemical and isotopic investigations, and geochemical modelling, a coherent description of the recharge and salinity evolution processes at Al-Raudhatain freshwater lenses is presented. Radioactive isotope (¹⁴C, ¹³C and ³H) results indicate that the groundwater sampled at the depression and its vicinity contain significant portions of recharge from recent (less than 500 years) rainfall events. Furthermore, the results of stable isotopes (¹⁸O and ²H) specify that recharging rainfall events took place during the last three to four decades. Examining the relationship of ¹⁸O/²H along with the Emirates meteoric water line (i.e. the nearest available meteoric water line) reveals that samples are showing sings of insignificant evaporation, which indicates rapid infiltration. Given the established low infiltration rates at the depression and the lack of surface runoff at the wadis, it was concluded that most of the recharge comes from infiltration outside the depression, followed by subsurface runoff to the depression where recharge takes place. Reverse geochemical modelling showed that the main processes controlling the geochemistry of the water in the depression are halite, albite, illite dissolution, as well as K-feldspar weathering and calcite precipitation. These processes take place during infiltration, subsurface runoff and percolation to the groundwater. The contribution of the recharge water in the makeup of the body of the lens versus the regional brackish groundwater was estimated according to their contribution in total dissolved solids concentrations using the salinity stratification and the results of ¹⁸O.

Résumé

L'eau douce souterraine est présente uniquement dans le nord du Koweit, dans les dépressions de Al-Raudhatain et de Umm Al-Aish, où elle apparaît sous la forme de lentilles flottant sur les eaux saumâtres du Groupe du Koweit. De précédentes études ont fourni un jeu de données pour ces dépressions. Cependant, l'information sur les processus de recharge est rare et dispersée entre plusieurs études. Sur la base d'informations existantes, d'analyses chimiques et isotopiques, et d'une modélisation géochimique, une description cohérente des processus de recharge et de l'évolution de la salinité est présentée pour les lentilles d'eau douce de Al-Raudhatain. Les résultats d'isotopie radioactive (¹⁴C, ¹³C and ³H) indiquent que l'eau souterraine échantillonnée dans la dépression et son voisinage contient une proportion significative d'eau rechargée lors d'événements pluvieux récents (moins de 500 ans). De plus, les résultats des isotopes stables (¹⁸O and ²H) montrent que les événements pluvieux qui ont contribué à la recharge ont eu lieu lors des trois à quatre dernières décennies. L'examen de la relation ¹⁸O/²H par rapport à la ligne météorique des Emirats (i.e. la ligne météorique disponible la plus proche) révèle que les échantillons présentent des signes d'une évaporation insignifiante, ce qui témoigne d'une infiltration rapide. Compte tenu des faibles taux d'infiltration dans la dépression et de l'absence d'écoulement de surface dans les oueds, il est conclu que la plupart de la recharge provient d'une infiltration extérieure à la dépression, suivie d'un écoulement de subsurface vers la dépression où a lieu la recharge. Une modélisation géochimique inverse montre que les principaux processus qui contrôlent la géochimie de l'eau dans la dépression sont la dissolution de l'halite, l'albite et l'illite, ainsi que la dégradation du K-feldspath et que la précipitation de la calcite. Ces processus prennent place lors de l'infiltration, l'écoulement de subsurface et la percolation vers l'eau souterraine. La contribution de l'eau de recharge à la forme de la lentille par rapport à la masse régionale d'eau saumâtre a été estimée compte tenu de sa contribution en concentrations en solides dissous, à l'aide de la stratification de la salinité et des résultats de ¹⁸O.

Key words:

• groundwater recharge
• salinization processes
• Al-Raudhatain depression
• subsurface runoff
• freshwater lenses
• calcite precipitation

Mots clefs:

• recharge de l'eau souterraine
• processus de salinisation
• depression de Al-Raudhatain
• écoulement de subsurface
• lentilles d'eau douce
• précipitation de calcite