Combined use of geophysical, temperature and geological measurements to characterize the heterogeneous architecture of an inland stream

Kyle Robinson, Christopher Power, James W. Roy, Meghan Vissers, Angelos Almpanis, Uwe Schneidewind, Clare E. Robinson

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: Cette étude combine des levés de tomographieparrésistivité électrique à résolution élevée (ERT) avec la cartographie du gradient de température et des mesures verticales du potentiomanomètre à l’intérieur d’une portée de cours d’eau pour délimiter les variations spatiales des hétérogénéités du lit des cours d’eau et leur lien avec les modèles d’échange eau souterraine-surface. Les patrons qualitatifs de rejet ont d’abord été déterminés en effectuant des cartes des gradients de température pendant les conditions estivales et hivernales, ces cartes indiquant les zones de remontée des eaux souterraines ou de remontée d’eau de surface à l’intérieur de la portée du cours d’eau. Les images tridimensionnelles de résistivité électrique obtenues par les levés ERT ont révélé la composition structurale complexe de la lithologie du cours d’eau. Les zones de résistivité higher,révélatrices de matériaux sableux plus perméables, ont coïncidé avec des zones de remontée d’eau souterraine forte déterminées par des mesures de gradient de température et de gradient hydraulique vertical. À l’inverse, les zones de résistivité inférieure, qui indiquent des matériaux argileux moins perméables, correspondent à des zones où les régimes de remontée d’eau sont plus faibles. Cette étude démontre que l’imagerie géophysique non invasive peut fournir des renseignements précieux sur l’architecture du lit des cours d’eau au besoin afin d’interpréter les modèles hétérogènes d’échange eau souterraine-surface dans les cours d’eau.

ABSTRACT: This study combines high-resolution electrical resistivity tomography (ERT) surveys with temperature gradient mapping and vertical potentio-manometer measurements within a stream reach to delineate spatial variations in streambed heterogeneities and their linkage to groundwater-surface water exchange patterns. Qualitative discharge patterns were first determined by conducting temperature gradient maps during both summer and winter conditions, with these maps indicating areas of either groundwater upwelling or surface water downwelling within the stream reach. Three-dimensional electrical resistivity images obtained by the ERT surveys revealed the complex structural composition of the stream lithology. Areas of higher resistivity, indicative of more permeable, sandy material, coincided with areas of strong groundwater upwelling determined by temperature gradient and vertical hydraulic gradient measurements. Conversely, areas of lower resistivity, which indicate less permeable, clayey material, correspond to areas with weaker downwelling-upwelling patterns. This study demonstrates that non-invasive geophysical imaging can provide valuable information on streambed architecture as needed to interpret heterogeneous groundwater-surface water exchange patterns in streams.

Please include this code when submitting a data update: GEO2021_399

Retrouver cet article:
Les membres de la Société canadienne de géotechnique peuvent accéder à cet article, ainsi qu'à tous les autres articles de la Conférence Géotechnique Canadienne, dans le Espace membre. Les comptes rendus d'articles sont également disponibles dans de nombreuses bibliothèques.

Citer cet article: