| Abstract |
A catchment-scale multivariate statistical analysis of hydrochemistry enabled assessment of interactions between alluvial groundwater and Cressbrook Creek, an intermittent drainage system in southeast Queensland, Australia. Hierarchical cluster analyses and principal component analysis were applied to time-series data to evaluate the hydrochemical evolution of groundwater during periods of extreme drought and severe flooding. A simple three-dimensional geological model was developed to conceptualise the catchment morphology and the stratigraphic framework of the alluvium. The alluvium forms a two-layer system with a basal coarse-grained layer overlain by a clay-rich low-permeability unit. In the upper and middle catchment, alluvial groundwater is chemically similar to streamwater, particularly near the creek (reflected by high HCO$_{3}$/Cl and K/Na ratios and low salinities), indicating a high degree of connectivity. In the lower catchment, groundwater is more saline with lower HCO$_{3}$/Cl and K/Na ratios, notably during dry periods. Groundwater salinity substantially decreased following severe flooding in 2011, notably in the lower catchment, confirming that flooding is an important mechanism for both recharge and maintaining groundwater quality. The integrated approach used in this study enabled effective interpretation of hydrological processes and can be applied to a variety of hydrological settings to synthesise and evaluate large hydrochemical datasets.Une analyse géochimique statistique multi variables à l’échelle du bassin versant a permis un diagnostic des interactions entre une nappe alluviale et Cressbrook Creek, un système de drainage intermittent en Queensland du Sud-Est, Australie. L’analyse des groupes hiérarchisés et l’analyse par composante principale ont été appliquées à des séries chronologiques de données pour évaluer l’évolution géochimique de la nappe souterraine durant des périodes de sécheresse extrême et d’inondations importantes. Un modèle géologique tridimensionnel simple été développé pour conceptualiser la morphologie du bassin versant et le cadre stratigraphique de l’alluvium. L’alluvium forme un système à deux couches avec un niveau basal à grains grossiers surmonté par un niveau riche en argile à faible perméabilité. Dans les parties supérieures et médianes du bassin versant, l’eau de l’aquifère est chimiquement similaire à l’eau de surface, particulièrement près du cours d’eau (similarité marquée par des ratios HCO$_{3}$/Cl and K/Na élevés et des basses salinités), indiquant un degré de connectivité élevé. Dans la partie inférieure du bassin versant, l’eau de l’aquifère est plus saline avec des ratios HCO$_{3}$/Cl and K/Na plus faibles, notamment durant les périodes de sècheresse. La salinité de la nappe a décru de façon substantielle à la suite de la crue sévère de 2011, particulièrement dans le bassin inférieur, confirmant que le ruissellement est un mécanisme important, à la fois pour la recharge et pour le maintien de la qualité de la nappe. L’approche intégrée effectuée dans cette étude a rendu possible une interprétation efficiente du processus hydrogéologique et peut être appliquée à une variété de configurations pour synthétiser et évaluer de larges ensembles de donnés hydrochimiques.Un análisis estadístico multivariado a escala de cuenca de la hidroquímica permitió la evaluación de las interacciones entre el agua subterránea aluvial y el arroyo Cressbrook, un sistema de drenaje intermitente en el sudeste de Queensland, Australia. Se aplicaron análisis de cluster jerárquico y análisis de componentes principales a series temporales de datos para evaluar la evolución hidroquímica del agua subterránea durante períodos de extremas sequías y severas inundaciones. Se desarrolló un modelo geológico tridimensional simple para conceptualizar la morfología de la cuenca y el marco estratigráfico del aluvio. El aluvio forma un sistema de dos capas con una capa basal de grano grueso cubierta por una unidad rica en arcilla de baja permeabilidad. En la cuenca superior y media, el agua subterránea aluvial es químicamente similar al agua de la corriente, particularmente cerca del arroyo (reflejado por una alta relación y una baja salinidad), indicando un alto grado de conectividad. En la cuenca inferior el agua subterránea es más salino con relaciones HCO$_{3}$/Cl y K/Na más bajas, sobretodo durante períodos secos. La salinidad del agua subterránea decreció sustancialmente posteriormente a la severa inundación del 2011, sobre todo en la cuenca inferior, confirmando que la inundación es un mecanismo importante tanto para la recarga como para el mantenimiento de la calidad del agua subterránea. El enfoque integrado usado en este estudio permitió la efectiva interpretación de los procesos hidrológicos y puede ser aplicado a una variedad de configuraciones hidrológicas para sintetizar y evaluar grandes conjuntos de datos hidroquímicos.本文基于水化学成分的多元统计分析, 研究地表水系与其下覆冲积含水层之间的水力联系. 采用聚类分析和主成分分析法了解极端天气(干旱及洪涝)影响下的地下水水化学成分演化规律. 研究区位于澳大利昆士兰洲东南部的Cressbrook 流域. 其地貌及地质特征被概化为三维地质模型:冲积含水层下部为粗颗粒的基岩层, 上覆泥质低渗透性岩层. 研究表明:流域的上中游, 地下水矿化度偏低, 其水化学成分表现为HCO$_{3}$/Cl及K/Na 比值较高. 该特征与地表水水化学特征吻合, 反映了地表水及地下水之间的强水力联系. 流域的下游, 地下水矿化度较其上游区域偏大, HCO$_{3}$/Cl 和 K/Na 比值偏低, 该特征于旱季尤为显著. 受2011年特大洪水的影响, 地下水的矿化度明显降低, 特别是下游区域. 这证明了洪水过程对地下水补给及其水化学成分的影响. 本文所采用的方法可有效且广泛地应用于水文过程调查研究.Uma análise estatística multivariada de parâmetros hidroquímicos à escala de bacia permitiu deduzir as interações entre a água subterrânea aluvial e o Ribeiro de Cressbrook, um sistema de drenagem intermitente no sudeste de Queensland, Austrália. As análises grupais hierárquicas e as análises de componentes principais foram aplicadas a dados temporais sequenciais para avaliar a evolução hidroquímica da água subterrânea durante períodos de secas e inundações severas. Foi desenvolvido um modelo geológico tridimensional simples para concetualizar a morfologia da bacia e a estrutura estratigráfica da aluvião. A aluvião forma um sistema de duas camadas, com uma camada basal de granulometria grosseira coberta por uma unidade de baixa permeabilidade rica em argila. Na parte superior e intermédia da bacia a água subterrânea é quimicamente semelhante à água do curso de água superficial, particularmente nas proximidades do ribeiro (refletido pelas elevadas relações HCO$_{3}$/Cl e K/Na e baixas salinidades), indicando um elevado grau de conetividade. Na parte inferior da bacia, a água subterrânea é mais salina, com relações HCO$_{3}$/Cl e K/Na mais reduzidas, nomeadamente durante períodos secos. A salinidade da água subterrânea decresceu no seguimento da inundação severa de 2011, principalmente na parte mais baixa da bacia, confirmando que as inundações são um importante mecanismo tanto para a recarga como para a manutenção da qualidade da água subterrânea. A metodologia integrada usada neste estudo permitiu uma interpretação efetiva dos processos hidrológicos e pode ser aplicada a uma variedade de ambientes hidrológicos para sintetizar e avaliar grandes conjuntos de dados hidroquímicos. |
