Groundwater potential of pampa aquifers in two glacial watersheds, Cordillera Blanca, Peru

As climate change continues to drive glacier retreat in the Cordillera Blanca, Peru, the fraction of dry season runoff derived from groundwater baseflow is increasing. Therefore, it is necessary to improve our understanding of proglacial hydrogeology to forecast how groundwater can offset decreasing meltwater resources. Unfortunately, little is known about high-elevation groundwater, the physical hydrogeological properties of aquifers, or contributions to stream flows in the Cordillera Blanca, Peru. This thesis addresses these knowledge gaps and presents the results from a groundwater investigation of two glaciated watersheds in the Cordillera Blanca during the July 2012 dry season. Investigative techniques include drilling with a portable drill, slug tests to measure permeability, and hydrochemical mixing model analysis. In the Llanganuco Pampa, glaciofluvial outwash and glacial till aquifers were identified with hydraulic conductivities of 10-4 and 10-5 m/s and groundwater flow velocities of 0.62 and 0.09 m/day, respectively. In the Quilcayhuanca Pampa, a buried talus aquifer was identified with an average hydraulic conductivity of 10-5 m/s and an average groundwater flow velocity of 0.10 m/day. The buried talus aquifer extended across the valley and was hydraulically connected to recent talus slope deposits along the valley side. Talus slopes are ubiquitous features in the Cordillera Blanca and the results presented here show that they are a significant pathway for groundwater recharge of valley aquifers and springs. Tracers from surface water and groundwater samples were used in a binary mixing model to estimate tributary and groundwater contributions to stream flow. Groundwater contributions to stream flow were 18% in the Llanganuco Upper Pampa and 21% in the Quilcayhuanca Pampa. These results suggest that discharge from the studied valley aquifers are a crucial component of dry season stream flow in the Cordillera Blanca. Further research is still needed to identify and quantify the sources of groundwater recharge (i.e. precipitation, glacial meltwater, and/or bedrock fracture flow) to better understand the ability of groundwater to buffer dry season flows in the context of melting glaciers.Pendant que le retrait des glaciers de la Cordillera Blanca, Pérou, se poursuit à cause des changements climatiques, la part des eaux de ruissèlement provenant du débit de base des eaux souterraines augmente durant la saison sèche. Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer nos connaissances en hydrogéologie périglaciaire afin de prévoir comment les eaux souterraines peuvent compenser la diminution des ressources en eaux de fontes. Malheureusement, les propriétés physico-hydrogéologiques des eaux souterraines de hautes altitudes, ainsi que leur contribution à l'écoulement des cours d'eau de la Cordillera Blanca, Pérou, sont très largement incomprises. Cette thèse présente les résultats de l'étude des eaux souterraines dans deux bassins versants de la Cordillera Blanca, menée en juillet 2012 durant la saison sèche. Pour se faire, les techniques d'investigation incluent des forages à la foreuse portative, des essais de perméabilité et des analyses de modèles hydrogéochimiques de mélange. Dans la Pampa Llanganuco, Il a été évalué que les aquifères d'épandages fluvio-glaciaires et de tills glaciaires atteignent respectivement des conductivités hydrauliques de 10-4 et 10-5 m/s et des vitesses d'écoulement d'eaux souterraines de 0.62 et 0.09 m/jour. Dans la Pampa Quilcayhuanca, le système aquifère de talus a été identifié avec, en moyenne, une conductivité hydraulique de 10-5 m\s et une vitesse d'écoulement d'eaux souterraines de 0.10 m/jour. Ce système s'étend à travers la vallée tout en étant hydrauliquement relié aux récents dépôts de débris rocheux le long des flancs. Les résultats présentés ici montrent l'omniprésence des dépôts de débris rocheux dans la Cordillera Blanca ainsi que leur importance dans la recharge des aquifères et des sources de la vallée. Les traceurs dans les échantillons d'eaux de surface et d'eaux souterraines ont été utilisés dans un modèle mixte à deux composantes pour estimer la contribution des affluents et des eaux souterraines dans l'écoulement du cours d'eau principal. La contribution des eaux souterraines à l'écoulement du cours d'eau était de 18% dans la Pampa Llanganuco et 21% dans la Pampa Quilcayhuanca. Ces résultats suggèrent que les eaux souterraines, provenant des aquifères des vallées, représentent une part importante de l'écoulement des cours d'eau durant la saison sèche dans la Cordillera Blanca. De plus amples recherches sont cependant nécessaires pour identifier et quantifier les sources de recharge en eaux souterraines (précipitations, eaux de fontes glaciaires et/ou écoulement dans les fractures du substrat rocheux) afin de mieux comprendre la capacité des eaux souterraines à entretenir l'écoulement des cours d'eau durant la saison sèche dans le contexte de la fonte des glaciers