Numerical analysis of the hydrogeologic controls in a layered coastal aquifer system, Oahu, Hawaii, USA

Abstract

 The coastal aquifer system of southern Oahu, Hawaii, USA, consists of highly permeable volcanic aquifers overlain by weathered volcanic rocks and interbedded marine and terrestrial sediments of both high and low permeability. The weathered volcanic rocks and sediments are collectively known as caprock, because they impede the free discharge of groundwater from the underlying volcanic aquifers. A cross-sectional groundwater flow and transport model was used to evaluate the hydrogeologic controls on the regional flow system in southwestern Oahu. Controls considered were: (a) overall caprock hydraulic conductivity; and (b) stratigraphic variations of hydraulic conductivity in the caprock. Within the caprock, variations in hydraulic conductivity, caused by stratigraphy or discontinuities of the stratigraphic units, are a major control on the direction of groundwater flow and the distribution of water levels and salinity. Results of cross-sectional modeling confirm the general groundwater flow pattern that would be expected in a layered coastal system. Groundwater flow is: (a) predominantly upward in the low-permeability sedimentary units; and (b) predominantly horizontal in the high-permeability sedimentary units.

Résumé

Le système aquifère littoral du sud d'Oahu (Hawaii, États-Unis) est constitué par des aquifères de terrains volcaniques très perméables, recouverts par des roches volcaniques altérées, et interstratifiés avec des sédiments marins et continentaux de perméabilité aussi bien forte que faible. Les roches volcaniques altérées et les sédiments sont globalement considérés comme une couverture, parce qu'ils s'opposent à l'écoulement de l'eau souterraine provenant des aquifères volcaniques sous-jacents. Les contrôles hydrogéologiques sur le système aquifère régional du sud-ouest d'Oahu ont étéévaluées au moyen d'un modèle d'écoulement et de transport sur une section transversale. Ces contrôles prennent en compte la conductivité hydraulique de la couverture dans son ensemble et les variations de la conductivité hydraulique liées à la stratigraphie de la couverture. A l'intérieur de la couverture, les variations de la conductivité hydraulique, dues à la stratigraphie ou à des discontinuités entre les unités stratigraphiques, sont le contrôle principal de la direction d'écoulement et de la répartition des niveaux et de la salinité de l'eau. La modélisation sur une section transversale a donné des résultats qui confirment l'organisation générale des directions d'écoulement, telle qu'elle pouvait être envisagée dans un aquifère littoral multicouche. L'écoulement souterrain est essentiellement vertical vers le haut dans les unités sédimentaires à faible perméabilité, et essentiellement horizontal dans les unités sédimentaires à forte perméabilité.

Resumen

El sistema acuífero costero de la zona sur de Oahu, en Hawaii, está formado por acuíferos volcánicos de alta permeabilidad, subyacentes a rocas volcánicas alteradas, con inclusiones de sedimentos marinos y terrestres, tanto de alta como de baja permeabilidad. Al conjunto de rocas volcánicas alteradas y sedimentos se le conoce por "tapón de roca", ya que impide la descarga libre de las aguas subterráneas del acuífero volcánico subyacente. Se usó un modelo de flujo de agua subterránea y transporte de solutos en sección vertical para evaluar los aspectos hidrogeológicos que controlan el flujo regional en la zona sudoeste de Oahu. Se consideraron: (a) la conductividad hidráulica global del tapón; y (b) las variaciones estratigráficas de la conductividad hidráulica. En el tapón de roca, las variaciones de la conductividad hidráulica, causadas por la estratigrafía o por discontinuidades en las unidades estratigráficas, son las que controlan la dirección del flujo subterráneo y la distribución de niveles piezométricos y salinidad. Los resultados del modelo en sección transversal confirman la distribución del flujo subterráneo que cabría esperar en un sistema costero estratificado. El flujo de aguas subterráneas es: (a) predominantemente vertical hacia arriba en las unidades sedimentarias de baja permeabilidad; y (b) predominantemente horizontal en las unidades sedimentarias de alta permeabilidad.