Water mixing processes in a complex multi-layer hydrosystem in southwestern Madagascar: a combined isotopic and piezometry approach | Procesos de mezcla del agua en un complejo hídrico multicapa del suroeste de Madagascar: un enfoque basado en la combinación de isotopía y piezometría | Processus de mélange de l’eau dans un hydrosystème multi-couches complexe du Sud Ouest de Madagascar : une approche combinée isotopique et piézométrique Orocessus | Processos de mistura de água em hidrossistema complexo no sudoeste de Madagascar: combinação de métodos isotópicos abordagem combinada isotópica e piezometria

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Inglés. Abstract Water transfers through a multilayered aquifer system are difficult to characterize. This study explores whether the conceptual model of water mixing at depth can be extrapolated over a hydrosystem extended across several tens of kilometers and including multiple aquifer layers. The processes are investigated using a combination of isotope tracers and piezometric monitoring over 10 years. The goal of this approach is to better understand how water transfer occurs throughout a complex and poorly documented hydrosystem of the Mahafaly Plateau in southwestern Madagascar. The results show a clear smoothing of isotopic variability with depth, associated with a smoothing of the recharge peaks. Isotopic values are strongly variable in the near surface (from -6.8 to -2.5‰ 18 O) and stabilize at a critical depth (near 20 m) at around -4.7‰ 18 O. These results indicate high vertical flows through the aquifer system, where there is neither obvious dominant recharge via preferential pathways nor lateral mixing. Such a strong smoothing effect on groundwater isotopic variability with depth has been rarely observed so clearly over a large spatial scale. These results provide information on a remote groundwater flow system at a scale pertinent to groundwater resource assessment. The results also indicate that the Neogene aquifers of the Mahafaly Plateau are poorly connected with other water resources (rivers, old sedimentary formations) except for the percolation of water towards the deep Eocene karst. This means that groundwater resources in the Ankazomanga Basin are limited and that it is essential to understand and quantify recharge for sustainable groundwater management.

Español; castellano. Resumen Las transferencias de agua a través de un sistema acuífero multicapa son difíciles de caracterizar. Este estudio explora si el modelo conceptual de mezcla de agua en profundidad puede extrapolarse a un sistema hidrológico extendido a lo largo de varias decenas de kilómetros y que incluye múltiples capas acuíferas. Los procesos se investigan utilizando una combinación de trazadores isotópicos y monitoreo piezométrico a lo largo de 10 años. El objetivo de este procedimiento es comprender mejor cómo se produce la transferencia de agua a través de un sistema hidrológico complejo y poco documentado de la meseta de Mahafaly, en el suroeste de Madagascar. Los resultados muestran una evidente atenuación de la variabilidad isotópica con la profundidad, asociada a los picos de recarga. Los valores isotópicos son fuertemente variables en la superficie cercana (de -6.8 a -2.5‰ 18 O) y se estabilizan a una profundidad crítica (cerca de 20 m) en torno a -4.7‰ 18 O. Estos resultados indican elevados flujos verticales a través del sistema acuífero, donde no hay ni recarga dominante manifiesta a través de trayectorias preferenciales ni mezcla lateral. Rara vez se ha observado tan claramente a gran escala espacial un efecto de atenuación tan fuerte en la variabilidad isotópica de las aguas subterráneas con la profundidad. Estos resultados proporcionan información sobre un sistema remoto de flujo de aguas subterráneas a una escala pertinente para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos. Los resultados también indican que los acuíferos neógenos de la meseta de Mahafaly están escasamente conectados con otros recursos hídricos (ríos, formaciones sedimentarias antiguas), excepto por la percolación de agua hacia el karst profundo del Eoceno. Esto significa que los recursos hídricos subterráneos de la cuenca de Ankazomanga son limitados y que es esencial comprender y cuantificar la recarga para una gestión sostenible de las aguas subterráneas.

Francés. Résumé Les transferts d’eau dans un système aquifère muti-couches sont difficiles à caractériser. La présente étude examine si le modèle conceptuel de mélange des eaux en profondeur peut être extrapolé à un hydrosystème s’étendant sur plusieurs dizaines de kilomètres et incluant des couches aquifères multiples. Les processus sont explorés en combinant des traçages isotopiques et un contrôle piézométrique sur une période de 10 ans. Le but de cette approche est de mieux comprendre comment le transfert d’eau a lieu à travers l’hydrosystème complexe et peu documenté du Plateau de Mahafaly dans le Sud Ouest de Madagascar. Les résultats montrent un net lissage de la variabilité isotopique avec la profondeur, associé à un lissage des pics de recharge. Les valeurs isotopiques sont fortement variables près de la surface (de -6.8 à -2.5‰ 18 O) et se stabilisent à la profondeur critique (près de 20 m) autour de 4.7‰ 18 O. Ces résultats indiquent de forts flux verticaux à travers le système aquifère, où il n’y a ni recharge dominante évidente par un cheminement préférentiel ni mélange latéral. Un tel effet de fort lissage sur la variation isotopique des eaux souterraines avec la profondeur a été rarement observé aussi clairement à une échelle spatiale importante. Ces résultats livrent une information sur le système d’écoulement distant des eaux souterraines à une échelle pertinente pour l’évaluation de leur resource. .Les résultats indiquent aussi que les aquifres néogènes du Plateau de Mahafaly sont faiblement connectés à d’autres ressources en eau (rivières, formations sédimentaires anciennes) excepté en ce qui concerne la percolation de l’eau vers l’Eocène karstique profond. Ce qui signifie que les resssources en eaux souterraines du Bassin d’Ankazomanga sont limitées et qu’il est esssentiel de comprendre et de quantifier la recharge en vue d’une gestion durable de ces eaux.

Portugués. Resumo As transferências de água através de um sistema aquífero multicamadas são difíceis de caracterizar. Este estudo explora se o modelo conceitual de mistura de água em profundidade pode ser extrapolado para um hidrossistema que se estende por várias dezenas de quilômetros e inclui aquíferos multicamadas. Os processos são investigados usando uma combinação de traçadores de isótopos e monitoramento piezométrico ao longo de 10 anos. O objetivo desta abordagem é compreender melhor a transferência de água através de um hidrossistema complexo e pouco documentado do Planalto Mahafaly, no sudoeste de Madagascar. Os resultados mostram uma clara suavização da variabilidade isotópica em profundidade, associada a uma suavização dos picos de recarga. Os valores isotópicos são fortemente variáveis na superfície próxima (de -6.8 a -2.5‰ 18 O) e se estabilizam em uma profundidade crítica (perto de 20 m) em torno de -4.7‰ 18 O. Esses resultados indicam elevados fluxos verticais através do sistema aquífero, onde não há nem recarga dominante óbvia via caminhos preferenciais nem mistura lateral. Esse forte efeito de suavização na variabilidade isotópica das águas subterrâneas com a profundidade raramente foi observado tão claramente em grande escala espacial. Esses resultados fornecem informações sobre um sistema remoto de fluxo de águas subterrâneas em uma escala pertinente à avaliação de recursos de águas subterrâneas. Os resultados também indicam que os aquíferos neógenos do Planalto Mahafaly são pouco conectados com outros recursos hídricos (rios, antigas formações sedimentares), exceto pela percolação da água em direção ao carste profundo do Eoceno. Isso significa que os recursos hídricos subterrâneos na Bacia Ankazomanga são limitados e que é essencial entender e quantificar a recarga para o gerenciamento sustentável das águas subterrâneas.