Spatial variation of infiltration properties in Paria, Oruro, Bolivia

Abstract (Swedish)

Water is necessary for all life and one of the most important natural resources. The water resources problems were the reason why the project Development of the Altiplano area in Bolivia: a collaboration between Lund University (Sweden) and San Andres University in La Paz (Bolivia) was started. In the project PhD students are investigating the groundwater aquifer Challapampa that supplies the city of Oruro with water. Part of the project is performing a water balance on the groundwater aquifer and includes gathering of infiltration data. To collect infiltration data is a tedious activity thus it is important to investigate ways to relate infiltration properties of a soil to other parameters and by that reduce the requirement of infiltration data.
The study addresses the possibilities of decreasing the amount of required infiltration data by investigating relationships between soil parameters e.g. moisture content and hydraulic conductivity. It was realized by studying 91 locations covering an area of around 60 times 60 meters in the village of Paria northeast of the city Oruro, located on the Challapampa aquifer. The study investigates infiltration using a tension disc infiltrometer and soil moisture content at depths of 0-10cm and 10-20cm. The analysis with the tension disc infiltrometer was performed with tensions -100 mm and -50 mm and the data were analyzed using three different methods; developed by Ankeny, et al(1991) and Zhang (1998). In addition the differentiated linearization, developed by Vandervaere et al(2000), was used in conjunction with Zhang (1998). The negative results were discarded because negative results do not have physical meaning according to Vandervaere et al (2000). The data were analyzed in ESRI ArcGIS to produce maps describing the spatial variation of the results. Several different interpolation methods were tested.
The amount of negative, and therefore discarded, results accounted for 22% using the constant infiltration rate method by Ankeny et al(1991), 36% for Zhang (1998) and 38% for Zhang (1998) with differentiated linearization. The hydraulic conductivities at the top section of the soil layers were in the range [10-7-10-5]ms-1 with a mean of [2.0-2.8]10-6ms-1 for tension h=-100mm and a mean of [5.8−5.9]10−6 ms−1 for tension h=-50mm. The soil moisture content was in the range of 0.6-50.7% with a mean of 6.6% for 0-10cm depth and [2.1-13.6]% with a mean of 6.5% for 10-20cm depth. The kriging interpolation method was found to be the most suitable due to very high or low results at the borders using other methods.
No clear relationships between hydraulic conductivity and soil moisture content were found.
Investigation of the physical processes for infiltration should continue so that better instruments or methods could be developed. Also research on substitutes for infiltration should continue because it can create faster measurements with already existing methods and equipment. Furthermore the investigation on the water availability of the Altiplano should continue, including efforts to connect previous studies to new and to make unavailable studies available to the public.

Popular Abstract (Undetermined)

Vattenförsörjningen i världen är under hot av klimatförändringar. Därför utförs forskning för att se vad som händer med vattnet. En del av den forskningen är studier på infiltration av regnvatten. Dessa mätningar tar lång tid och därför har försök gjorts för att hitta olika sätt att förkorta och förenkla mätningarna. Detta har gjorts genom att jämföra olika jordegenskaper och analysmetoder. Tyvärr så hittades inget sätt att förenkla mätningar men ändå har värdefull data av infiltrationen insamlats.
Vatten är världens viktigaste naturresurs och något som vi i Sverige är väldigt bortskämda med. Att man skulle kunna dricka det vatten som finns direkt från kranen är i många länder otänkbart och vi har dessutom förmånen att få detta vatten nästan gratis.
På den bolivianska högplatån är dock förhållandena annorlunda. Största delen av högplatån är halvöken med stora temperaturskillnader mellan dag och natt. Det innebär att det är rätt tort om man ser till den totala vattenmängden. Dock så kommer nästan allt regn på sommaren, vilket leder till översvämningar. Vintrarna är således torra med sandstormar och temperaturen kan stiga ned mot -15 på nätterna. Den totala regnmängden varierar mycket mellan olika år vilket gör området extra känsligt för klimatförändringar eftersom det kan skapa kraftigare torka och översvämningar. På högplatån finns flera städer som mestadels försörjs av brytning av metaller som silver och tenn.
En av dessa städer är Oruro med cirka 300 000 invånare och för att säkerställa vattenförsörjningen finns det ett forskningsprojekt där Lunds universitet samarbetar med Universidad Mayor de san Andrès i La Paz, en av de största städerna i Bolivia. Oruro får sitt vatten från ett stort grundvattenområden där den viktigaste delen är lika stor som halva Malmö kommun. Det här forskningsprojektet behövs eftersom området är relativt outforskat.
En del av forskningsprojektet är att studera hur infiltrationen av regnvattnet ner till grundvattnet varierar. Mätningar av infiltrationen är dock svåra att genomföra och tar väldigt lång tid vilket gör det viktigt att försöka hitta sätt att förkorta och förenkla dessa mätningar, speciellt eftersom området är så stort. För att göra detta studerades ett litet område med en yta av två hockeyrinkar(60x60 meter) mycket detaljerat med 100 mätningar. Där undersöktes sambandet mellan infiltrationen och en del andra jordegenskaper samtidigt som olika mättekniker prövades. Tyvärr hittades inget samband mellan egenskaperna i området och det pekar i samma riktning som en tidigare studie, vilket gör att man kanske ska försöka hitta andra angreppssätt för att minska arbetsbördan när man behöver veta infiltrationen. Något som är bra med denna typ av studie är att den kombinerar en detaljstudie med datainsamling, av infiltration i det här fallet, vilket gör att data finns på åtminstone en plats i grundvattenområdet

• author: Rosén, Martin
• supervisor: Gerhard Barmen
• organization: Division of Water Resources Engineering
• course: VVR820 20151
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• publication/series: TVVR15/5016
• report number: 15/5016
• ISSN: 1101-9824
• language: English
• additional info: Examiner: Ronny Berndtsson
• id: 8411627
• date added to LUP: 2016-01-12 11:24:30
• date last changed: 2020-09-10 09:31:35