Validation of vulnerability mapping methods by field investigations and numerical modelling |
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Authors: | Christoph Neukum Heinz Hötzl Thomas Himmelsbach |
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Institution: | (1) Department of Engineering Geology and Hydrogeology, RWTH Aachen, Lochnerstr. 4-20, 52064 Aachen, Germany;(2) Department of Applied Geology, University of Karlsruhe, Kaiserstr. 12, 76128 Karlsruhe, Germany;(3) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, 30655 Hannover, Germany |
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Abstract: | Vulnerability maps illustrate the potential threat of contaminants to groundwater and can be considered as important tools
for land-use planning and related legislation. For karst areas with characteristic preferential infiltration conditions, vulnerability
maps are also excellent tools for source and resource protection. However, the resulting qualitative maps are often inconsistent
and even contradictive and thus might lead to inconclusive vulnerability assessments. The results of a validation of vulnerability
maps produced using four different methods, DRASTIC, GLA, PI and EPIK, are reported for a karst area in southwest Germany.
By means of measured hydraulic and transport parameters of the geological sequence, numerical simulations were used based
on a conceptual model for the area under study. The mean transit time through the unsaturated zone (resource protection) was
used as the validation parameter. The study demonstrates that the highest level of accuracy is achieved with the GLA- and
PI methods. Both DRASTIC and EPIK are not able to incorporate highly variable distributions and thickness of cover sediments
and their protective properties in the respective mapping procedure. Thus, vulnerability maps produced with DRASTIC, EPIK,
and related methods should be used with care when employed in vulnerability assessments for land use planning and related
decision-making.
Résumé Les cartes de vulnérabilité illustrent la menace potentielle des contaminants envers les eaux souterraines, et peuvent être
considérées comme des outils importants en matière d'aménagement foncier et de réglementation associée. Sur les domaines karstiques,
caractérisés par des conditions d'infiltration préférentielle, ces cartes sont également d'excellents outils de protection
des sources et des ressources. Cependant, les cartes qualitatives résultantes sont généralement incohérentes voire contradictoires,
et peuvent par là-même mener à des évaluations de vulnérabilité peu concluantes. La présente étude expose les résultats de
validation de cartes de vulnérabilité produites selon quatre méthodes différentes (DRASTIC, GLA, PI et EPIK), dans le cas
d'un domaine karstique du sud-est de l'Allemagne. Par le biais des paramètres de transport et hydrauliques mesurés sur la
séquence géologique, des simulations numériques basées sur un modèle conceptuel du secteur d'étude ont été utilisées. Les
temps de transit moyens à travers la zone non saturée (protection de la ressource) ont été utilisés comme paramètres de validation.
L'étude démontre que le niveau maximum de précision est obtenu par les méthodes GLA et PI. Dans la phase de cartographie,
les méthodes EPIK et DRASTIC sont incapables d'intégrer une forte variabilité dans les distributions et les épaisseurs de
sédiments de couverture, ainsi que dans leurs potentiels de protection. Aussi, les cartes de vulnérabilité produites par les
méthodes DRASTIC et EPIK doivent être utilisées avec précaution dans le cadre des évaluations de vulnérabilité à but décisionnaire
pour les aménagements fonciers.
Resumen Los mapas de vulnerabilidad ilustran la amenaza potencial de contaminantes para el agua subterránea y pueden ser considerados
herramientas importantes para planeamiento del uso de la tierra y legislación relacionada. Para áreas cársticas con sus características
condiciones de infiltración preferencial, los mapas de vulnerabilidad son también excelentes herramientas para protección
de fuentes y recursos. Sin embargo, los mapas cualitativos resultantes son frecuentemente inconsistentes y hasta contradictorios
y por lo tanto podrían conducir a evaluaciones de vulnerabilidad no concluyentes. Los resultados de una validación de mapas
de vulnerabilidad producidos usando cuatro métodos diferentes, DRASTIC, GLA, PI y EPIK, son presentados aquí para un área
cárstica en Alemania suroccidental. Se usaron simulaciones numéricas usando parámetros hidráulicos y de transporte medidos
de la secuencia geológica y basándose en un modelo conceptual del área en estudio. El tiempo promedio de tránsito a través
de la zona no saturada (protección del recurso) fue utilizado como el parámetro de validación. El estudio demuestra que el
máximo nivel de precisión es alcanzado con los métodos GLA y PI. DRASTIC y EPIK no fueron capaces de incorporar distribuciones
altamente variables ni espesor de sedimentos de cubierta y sus propiedades protectivas en el respectivo procedimiento de elaboración
de mapas. Por lo tanto los mapas de vulnerabilidad producidos con DRASTIC, EPIK y métodos relacionados deberían ser usados
con cuidado cuando se usen en evaluaciones de vulnerabilidad para planeamiento del uso de tierra y toma de decisiones relacionadas.
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Keywords: | Vulnerability mapping Groundwater management Groundwater protection Karst |
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