Validation of vulnerability mapping methods by field investigations and numerical modelling

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.