Coastal groundwater systems: mapping chloride distribution from borehole and geophysical data

Abstract

Information on chloride (Cl) distribution in aquifers is essential for planning and management of coastal zone groundwater resources as well as for simulation and validation of density-driven groundwater models. We developed a method to derive chloride concentrations from borehole information and helicopter-borne electromagnetic (HEM) data for the coastal aquifer in the Elbe-Weser region where observed chloride and electrical conductivity data reveal that the horizontal distribution of salinity is not uniform and does not correlate with the coastline. The integrated approach uses HEM resistivity data, borehole petrography information, grain size analysis of borehole samples as well as observed chloride and electrical conductivity to estimate Cl distribution. The approch is not straightforward due to the complex nature of the geology where clay and silt are present. Possible errors and uncertainties involved at different steps of the method are discussed. Informationen zur Chloridverteilung im Grundwasserleiter sind für Planung und Management von Grundwasserressourcen in Küstengebieten sowie für die Simulation und Validierung von dichtegesteuerten Grundwassermodellen von wesentlicher Bedeutung. Es wurde eine Methode zur Ableitung der Chloridkonzentration aus Bohrungen und hubschrauber-elektromagnetischen Daten (HEM) entwickelt und für den Küstengrundwasserleiter des Elbe-Weser-Dreiecks eingesetzt. Die dort beobachteten Chloriddaten und elektrischen Leitfähigkeitsdaten zeigen eine ungleichmäßige horizontale Verteilung des Salzgehalts, die nicht mit der Küstenlinie korreliert. Der integrierte Ansatz verwendet HEM-Daten des spezifischen elektrischen Widerstands, Bohrloch-Petrographie-Informationen, Korngrößenanalysen von Bohrlochproben sowie beobachtete Chlorid- und elektrische Leitfähigkeitswerte, um die Chlorid-Verteilung abzuschätzen. Mögliche Fehler und Unsicherheiten bei den verschiedenen Schritten des Verfahrens werden diskutiert.