Hydrogeology in the Cordillera Blanca, Peru: significance, pathways and implications for regional water resources

The retreat of the glaciers of Peru's Cordillera Blanca is a potential threat to the human, ecological and economic welfare within the Rio Santa watershed. In a context of increasing stress on regional water resources, the relative contributions of groundwater – a major component of the region's dry-season stream flows - remain poorly characterised and oversimplified in existing hydrological models. By characterising both the variability of the groundwater contribution in space and time, identifying the major relevant hydrogeological processes, and using these data to produce a new mass balance based hydrological model, I investigate to what extent the forecasted loss of volume of the Andean glaciers will affect regional hydrological regimes. The use of hydrochemical, isotopic and hydrological methods shows that groundwater is a major component of the dry-season stream discharge that drains the glacierized valleys of the Cordillera Blanca. This contribution is highly dependent on the preceding two to four years' precipitation. Spatially, it correlates with the watershed glacier cover. Talus slopes are identified as a key component of the groundwater system since they act as buffering units that collect water from areas at higher elevations and release it slowly, allowing connected springs to remain active during the dry season. Integrating the groundwater specific discharge estimated from the groundwater contribution evaluation, the modeling exercise suggests that seven of nine study watersheds have probably crossed a critical transition point and now exhibit a glacier retreat-related decrease in discharge. Once the glaciers completely melt, the annual discharge of the studied watersheds will be lower than present by 2–30% depending on the watershed. The influence of glacier retreat on discharge will be most pronounced during the dry season. At La Balsa, which receives discharge from the entire upper Rio Santa, glacier retreat could lead to a decrease in dry-season average discharge of 30% compared to present. Glacier-related decreases in discharge are not likely to reverse.Le retrait des glaciers de la Cordillère Blanche au Pérou représente une menace potentielle pour les populations, l'économie et l'écologie de la vallée du Rio Santa. Dans un contexte régional de surexploitation de la ressource en eau, la contribution relative des eaux souterraines, une composante majeure des cours d'eau durant la saison sèche, reste mal comprise et sa modélisation hydrologique est souvent trop simplifiée. J'évalue dans quelle mesure le retrait glaciaire affectera le système hydrologique de la vallée du Rio Santa en caractérisant à la fois la variabilité de la contribution des eaux souterraines dans le temps et dans l'espace, en identifiant les processus hydrogéologiques qui y sont liés, puis en utilisant les données dans un nouveau modèle hydrologique. L'application de méthodes hydrochimiques, isotopiques et hydrologiques montre que les eaux souterraines contribuent de façon importante aux eaux de surface de la saison sèche des vallées partiellement englacées de le Cordillère Blanche. Cette contribution varie d'année en année en fonction des précipitations reçues durant les deux à quatre années précédentes. La variation dans l'espace est fortement dépendante de la couverture glaciaire du bassin. Les dépôts de débris rocheux situés au flanc des parois latérales des vallées glaciaires sont identifiés comme des composantes clefs du système hydrogéologique. Ces éléments, constitués de dépôts para-glaciaires et potentiellement de dépôts glaciaires, agissent comme des zones tampons. Ils collectent les eaux de ruissèlement provenant de plus hautes altitudes et les libèrent avec un délai suffisant pour assurer l'approvisionnement de sources même durant la saison sèche. L'exercice de modélisation, qui intègre les débits spécifiques des eaux souterraines résultant des premières phases de la recherche, suggère que sept des neuf bassins versants étudiés ont probablement passé un point de transition critique et sont maintenant dans une phase de réduction du débit de leur cours d'eau principal due au retrait glaciaire. Lorsque les glaciers auront disparu, le débit annuel de ces cours d'eau se situera, selon le bassin, entre -2 et -30 pourcent de leur niveau actuel. L'influence du retrait glaciaire sur l'hydrologie sera plus prononcée lors de la saison sèche que pour le reste de l'année. A La Blasa, station située à l'entrée du canyon Del Pato sur le Rio Santa, le retrait glaciaire pourrait générer une diminution du débit de la saison sèche du fleuve d'environ 30% par rapport à son niveau actuel. Ces baisses de débit des rivières dues au retrait glaciaire sont probablement irréversibles