Sustainability of the Bedrock Aquifer Systems in South-Central Manitoba: Implications for Large-Scale Modelling

Abstract

A three-dimensional density dependent flow and transport model was developed for the Carbonate and Sandstone Aquifers in a 60,000 square-kilometre area of south-central Manitoba. Hydrogeological properties, such as transmissivity, and aquifer response data, were collected for both aquifers. Bayesian Updating was used to determine the heterogeneous transmissivity field of each aquifer. Other parameters were designated based on collected data or typical values from the literature. The resulting model was used to evaluate several water resources scenarios within the Province of Manitoba. The sustainability over 20 years with constant pumping rates was examined. Within both aquifers, hydraulic heads declined in some regions and on average a decline in head was predicted. Model simulations were also conducted to observe the effect of flooding as this is an issue of concern in southern Manitoba. A pseudo-flood was assumed to last for a period of one month. The model was run for a period of 50 years to observe the long-term effects. The solute transport results show a concentration increase in the region south of the City of Winnipeg after one-month, indicating a decline in water quality. Drought simulations were incorporated by reducing recharge rates to the aquifers. The hydraulic heads within the Carbonate Aquifer decline within the Interlake region with a maximum decline within the Sandilands region southeast of the City of Winnipeg. As might be expected, the effects of reduced recharge on the entire aquifer sequence are significant.

Un modèle d'écoulement et de transport, tridimensionnel et dépendant de la densité, a été élaboré pour les aquifères carbonatés et gréseux situés dans une zone de 60 000 kilomètres carrés du Centre-Sud du Manitoba. Les propriétés hydrogéologiques, par exemple la transmissivité, ainsi que des données de réponse de l'aquifère, ont été recueillies pour les deux aquifères. On a fait appel à une mise à jour bayésienne afin de déterminer le champ de transmissivité hétérogène de chaque formation aquifère. D'autres paramètres ont été élaborés en fonction des données recueillies ou des valeurs typiques obtenues grâce à l'analyse documentaire. Le modèle résultant a servi à évaluer plusieurs scénarios de ressources hydriques dans la province du Manitoba. On s'est penché sur la durabilité s'échelonnant sur une période de 20 ans, en fonction de taux de pompage constants. Dans les deux aquifères, les charges hydrauliques ont diminué dans certaines régions et en moyenne une diminution de la charge d'eau a été prédite. Des simulations modélisées ont également été faites pour observer l'effet des crues étant donné que cet aspect revêt beaucoup d'importance pour le Sud du Manitoba. On a supposé qu'une pseudo-inondation durerait un mois. Le modèle a été exécuté sur une période de 50 ans afin d'observer les effets à long terme. Les résultats du transport de soluté révèlent une hausse de la concentration dans la région sud de la ville de Winnipeg après un mois, indiquant une baisse de la qualité de l'eau. Des simulations de sécheresses ont été intégrées au modèle, les taux d'alimentation des formations aquifères ayant été réduits. Les charges hydrauliques à l'intérieur de l'aquifère carbonaté diminuent dans l'interlac avec un déclin maximum dans la région de Sandilands au sud-est de Winnipeg. Comme il fallait s'y attendre, les effets de l'alimentation réduite sur la série d'aquifères toute entière sont considérables.