HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

1

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM

an assignment submitted to Dr.A.P.Pradeepkumar, Reader

Vrindhanath.M.C

3rd semesterMSc Disaster Management School of Environmental SciencesMahatma Gandhi UniversityKottayamKeralaIndia

www.sesmgu.orgwww.disasterresearch.net

Jan 2011

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

INDO­GANGETIC ALLUVIUM

The Indian landmass consists of three physiographic domains; the Himalayas, Indo­Gangetic Plain (IGP), and Peninsular Shield. The Indo­Gangetic Plain is a 400­800 km wide, low relief, east­west zone between the Himalaya in the north and the Peninsula in the south . It is a sinking basin that came into being about 50 Ma ago due to epiorogenic movements of Himalaya and was subsequently filled up by the sediments deposited by northerly and southerly drainage under the influence of climate changes, mainly from the Middle Miocene (Rowley 1996). 

The Indus and Ganges river basins are among the world’s largest and most productive ecosystems. Home to three quarters of a billion people; the combined basin area extends over 2.25 million km2  from the mouth of the Ganges to that of the Indus. The basin provides water for the economic base of agriculture, forestry, fisheries, and livestock, as well as the urban and industrial water requirements of about one billion people. More than 90% of total water use is for agriculture, followed by 8% for domestic use (IGB Brochure, 2003). The Indus­Ganges plains form the largest consolidated area of irrigated food production on the globe with a net cropped area of 114 million ha. Groundwater development (i.e. the percentage of annual net draft to annual available groundwater resources),  has been very rapid  in  the  last   two decades  with development  reaching 77.7% in the Indus and 33.5% in the Ganges part of the combined basin area (Sikka and Gichuki, 2006).

While agricultural technologies and the harnessing of water have proceeded apace, land and water degradation are taking an increasing toll on the basin economy. Future food security in this area, which is the key breadbasket for South Asia, is threatened by a combination of land and water degradation, stagnating productivity, reduced harvested area, and rapidly increasing populations and, concomitantly, food demand .Much of the groundwater use in the basin area is not sustainable. While past development of tube well   irrigation was an important  factor   in   increasing  food production and reducing poverty,   the   basin   is   now   being   confronted   with   major   groundwater   management challenges:  over­exploitation of groundwater  and declining water  tables  in the drier Indus and western Ganges part of the basin, water logging and secondary salinization in high intensity  irrigation command areas,  and rapidly growing pollution of  water resources.

2

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

The Indo­Gangetic  Basin,   though blessed with a vast  network of  dams,  canals,  and strong irrigation bureaucracy, has lost its historical supremacy of the surface irrigation systems  to   the more   informal,  demand­based and equitable  groundwater   irrigation. Most canal commands in the region are shrinking with groundwater taking over the critical role of irrigation provisioning. In large parts of the Indo­Gangetic Basin finding a farmer who either does not have his own pump or does not purchase water from his neighboring pump­owner may be a difficult task (Shah, 2006). The present size of the groundwater economy in the region is substantial, and it is groundwater irrigation that largely   account   for   the   variations   in   the   value   of   agricultural   output   per   hectare. Groundwater irrigation is helping in catalyzing the spread of the green revolution into new areas that were not covered by surface irrigation in the 1970s. Despite this, the development, use, sharing and groundwater markets, and the agricultural production and large social benefits produced by the groundwater resource are not uniform and depend   heavily   upon   the   prevailing   hydrology   and   socioecology   of   the   given region/state   in   the   vast   basin,   albeit   with   very   interesting   twists.   Understanding sustainable  groundwater  management  in the developing world requires  blending of three distinct perspectives: (a) the resource, (b) the user, and (3) the institutional.

GROUND WATER IN SANSKRIT LITERATURE

The study  of  our   scriptures   reveals   that  ancient   Indian   thinkers   such  as  Sarasvatu, Manu with scientific bent were not only interested in exploring the means of storing rain­water   but   also   exploring   the   methods   to   locate   ground   water   sources.   Many Sanskrit   works   like   Brihatsamhita   of   Varahamihira,   Arthasastra   of   Kautilya   etc., describe the interior of the earth to be full of water channels, like the veins in the human body, further subdividing into hundreds and thousands of streams at different levelscausing life of different plants and trees on the earth. These works claim that on the basis of certain plants and trees, ground water resources can be explored in the areas where surface water is not available. There are other methods like smell of soil and character of rocks using which it can also be assessed whether water is sweet, saline, acidic or bitter

The  shastras  warn that deep wells are foolish to dig. At eight arm­lengths depth, the well is manohar, or beautiful. At thirteen arm­lengths, it becomes rudrakupa, a well that causes   fear.   The   excavations   at   Mohenjo­Daro   have   revealed   brick­lined   dug   wells existing as  early  as  3000 B.C.  during   the  Indus  Valley  Civilization.  The  writings  of Vishnu Kautilya (in the reign of Chandragupta Maurya—300 B.C.) indicate that ground 

3

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

water was being used for irrigation purposes at that time. Sinking of wells and a variety of water devices were well known from Vedic times.

HYDROGEOLOGY OF THE COUNTRY

The ground water behavior in the Indian sub­continent is highly complicated due to the occurrence   of   diversified   geological   formations   with   considerable   lithological   and chronological variations, complex tectonic framework, climatological dissimilarities and various hydro chemical conditions. Studies carried out over the years have revealed that aquifer groups in alluvial / soft rocks even transcend the surface basin boundaries. Broadly   two   groups   of   rock   formations   have   been   identified   depending   on characteristically different hydraulics of ground water, Porous Formations and Fissured Formations. Porous formations have been further subdivided into Unconsolidated and Semi – consolidated formations.

POROUS FORMATIONS (UNCONSOLIDATED FORMATIONS)

The   areas   covered   by   alluvial   sediments   of   river   basins,   coastal   and   deltaic   tracts constitute the unconsolidated formations. These are by far the most significant ground water   reservoirs   for   large   scale   and   extensive   development.   The   hydrogeological environment and ground water regime in the Indo­Ganga­Brahmaputra basin indicate the   existence   of   potential   aquifers   having   enormous   fresh   ground   water   reserve. Bestowed   with   high   incidence   of   rainfall   and   covered   by   a   thick   pile   of   porous sediments, these ground water reservoirs get replenished every year and are being used heavily.   In   these   areas,   in   addition   to   the   Annual   Replenishable   Ground   Water resources   available   in   the   zone   of   water   level   fluctuation   (Dynamic   Ground  Water Resource), there exists a huge ground water reserve in the deeper passive recharge zone below the zone of fluctuation as well as in the deeper confined aquifers which remains largely  unexplored  as  yet.  Although  the  mode  of  development  of  ground water   is primarily through dug wells, dug cum bore well and cavity wells, thousands of tube wells have been constructed during last few decades.

POROUS (SEMI CONSOLIDATED)

The   semi­consolidated   formations   normally   occur   in   narrow   valleys   or   structurally faulted   basins.   The   Gondwanas,   Lathis,   Tipams,   Cuddalore   sandstones   and   their equivalents are the most extensive productive aquifers in this category. Under favorable situations,   these   formations   give   rise   to   free   flowing   wells.   In   selected   tracts   of 

4

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

northeastern   India,   these  water­bearing  formations  are quite  productive.  The  Upper Gondwanas, which are generally arenaceous, in general, constitute prolific aquifers.

FISSURED FORMATIONS (CONSOLIDATED FORMATIONS)

The   consolidated   formations   occupy   almost   two­thirds   of   the   country.   These formations, except vesicular volcanic rocks have negligible primary porosity. From the hydrogeological  point  of  view,  fissured rocks are broadly  classified into  four  types, Igneous   and   metamorphic   rocks   excluding   volcanic   and   carbonate   rocks,   Volcanic rocks, Consolidated sedimentary rocks and Carbonate rocks.

IGNEOUS AND METAMORPHIC

The most common rock types under this category are granites, gneisses, charnockites, khondalites, quartzites, schists and associated phyllites, slates, etc. These rocks possess negligible primary porosity but attain porosity and permeability due to fracturing and weathering.   Ground   water   yield   also   depends   on   rock   type   and   grade   of metamorphism. Generally, the Granites, Khondalites and Biotite gneisses have better yield potential as compared to Charnockites.

VOLCANIC ROCKS

The predominant types of volcanic rocks are the basaltic lava flows of Deccan Plateau. The highly variable  water  bearing properties  of  different   flow units  control  ground water occurrence in Deccan Traps. The Deccan Traps have usually poor to moderate permeability depending on the presence of primary and secondary fractures.

CONSOLIDATED SEDIMENTARY ROCKS EXCLUDING CARBONATE ROCKS

Consolidated sedimentary rocks occur in Cuddapahs, Vindhyans and their equivalents. The formations consist of conglomerates, sandstones, shales, slates and quartzites. The presence  of  bedding  planes,   joints,  contact  zones  and fractures  controls   the  ground water occurrence, movement and yield potential.

CARBONATE ROCKS

Limestones   in   the  Cuddapah,  Vindhyan and Bijawar  group of   rocks  dominates   the carbonate   rocks   other   than   the   marbles   and   dolomites.   In   carbonate   rocks,   the 

5

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

circulation of water creates solution cavities thereby increasing the permeability of the aquifers. The solution activity leads to widely contrasting permeabilities within short distances.

HYDROGEOLOGY OF THE INDUS­GANGES BASIN

The Great Indian Sedimentary Basin, drained by the Indus—Ganges Brahmaputra river system, is one of the largest and most productive groundwater provinces of the world. It is flanked by the Great Himalaya in the north and the Deccan Shield in the south . The history of development of this basin and its sedimentary units is closely related to the orogenic and geotectonic events of the late and post Himalayan times. The basin runs a length of  over  2400 km from Punjab in the west   to  Assam in the east.   Its  width is variable, the maximum being over 400 km and the minimum as small as 25 km.

Quaternary alluvial deposits form a major component of the surface geology on non­peninsular India, covering about half the land area. Alluvium occupies major parts of Gujarat and Rajasthan, most of Uttar Pradesh, Haryana, Punjab and West Bengal, as well   as   northern   Bihar   and   northern   Assam.  Hydrogeologically,   the   Indo­Gangetic basin from north to south is divisible into six regions, namely, the Himalayan region, sub­Himalayan   region,   Bhabar   zone,   Tarai   zone,   Central   Ganga   Plains   (CGP)   and marginal alluvial plains. The Himalayan Region confined between the Siwalik range in the   south   and   the   Zaskar   range   in   the   north   represents   hilly   and   rugged   terrain consisting   of   a   variety   of   rock   formations,   which   are   continuously   undergoing disintegration through glacio­fluvial action. Larger part of this region remains under snow cover throughout the year. The Great Himalayas are the gathering grounds which feed a multitude of glaciers, some of which are among the largest in the world outside the  Polar  circles   (Wadia,  1990).  The   Indus  basin  has   the   largest  number  of  glaciers (3,538), followed by the Ganga basin (1,020) and the Brahmaputra (662) (WWF, 2005). The inter­granular pore spaces, openings, fissures, fractures, Joints and bedding planes developed promote the infiltration of rainwater which reappears down slope as spring and seepage (Valdiya and Bartarya, 1989). Here groundwater occurs in the secondary porosity of the formation and is unconfined. 

The sub­Himalayan region lies to the south of the Himalayan zone and is occupied by the Siwalik ranges. They forma system of low foothills with an average height of 900–1,500m   (Wadia,   1990).   The   groundwater   here   mostly   is   unconfined   and   sometimes semi­confined. The depth to the water table ranges between 10 and 20 m below ground level (bgl).  The tube wells are reported to be capable of yielding 50 to 80 m3/hr in 

6

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

Siwaliks of Uttarakhand and 100 to 120 m3/hr in the inter­montane valleys in Himachal Pradesh   (CGWB,   2008).   The   coefficient   of   permeability   varies   between   15   and   250 m/day.   The   northern   belt   of   the   Indo­Gangetic   alluvial   tract   (near   the   Himalayan foothills) is characterized by coarse materials (principally boulder­gravel) forming the piedmont terrain. It is referred to as Bhabar in Uttar Pradesh and Kandi in Jammu & Kashmir and Punjab. This formation has been formed by lateral coalescence of alluvial cone and fan deposits brought down by innumerable streams (Wadia, 1990). The rivers crossing Bhabar lose large quantity of flow to the gravels. Groundwater is unconfined and the water table is deep (30mor more). The groundwater has a hydraulic gradient of around 3 m/km. The hydraulic  conductivity  ranges between 25 to 250 m/day.  The Bhabars are capable of yielding about 100–300 m3/hr of water (CGWB, 2008).

The Bhabar belt is overlain by the Terai belt of stratified bands of dominantly coarsesediments with clay. This occupies a narrow belt and its contact with the Bhabar is wellmarked by a spring line. The presence of highly porous and permeable fan deposits ensures large supplies of groundwater from the Terai belt for agricultural and industrial use. The Terai has an upper unconfined aquifer and a lower interconnected system of confined aquifers. Between the Bhabar and the confined aquifers of the Terai belt is a vast   zone   where   recharge   is   encouraged   by   high   rainfall   and   hilly   streams.   The piezometric  head  of   the  aquifer   ranges  between  6   to  9  m above ground  level.  The coefficient of permeability ranges between 17 and 108 m/day. The yield of tubewells tapping the Terai zones ranges between 50–200 m3/hr (CGWB, 2008).

The Central Ganga plain forms one of the richest aquifers  of the world. The typical channel deposit of the Ganga River, from the bottom upward, comprises coarse sand mixed with gravel, medium­to fine—grained sand to silt and a capping of thin clay. This clay cap and some fine sand layers are washed away during the flood period, and a fresh body of sand with a fining upward sequence is deposited again each year during the   flood,   thus   building   up   a   thick   terrigenous   clastic   deposit   until   the   river   next changes   its  course.   In   the  Central  Ganga Plains,   extensive  exploratory  studies  have indicated   the   presence   of   four   aquifer   groups   within   a   depth   of   700   m   bgl.   The individual aquifers vary in thickness from a few meters up to 300 m. Although locally separated, aquifers are hydraulically connected at a regional scale (Karanth, 1987). The range   of   aquifer   parameters   in   the   Central   Ganga   Plains   is   shown   in   Table   1. Groundwater occurs under water table conditions in the shallow aquifers, and is semi­confined to confined in the deeper aquifers. The yield of tubewells in this area ranges between 90–200 m3/hr (CGWB, 2008).

7

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

Groundwater Availability 

Groundwater resources can be classified as static and dynamic. The static resource is the amount of groundwater available in the permeable portion of the aquifer below the zone of water level fluctuation. The dynamic resource is the amount of groundwater available in the zone of water level fluctuation. Sustainable groundwater development requires that only the dynamic resources are tapped. Exploitation of static groundwater resources   could   be   considered   during   extreme   conditions,   but   only   for   essential purposes. The static fresh groundwater resource of the Indus and Ganga basin are listed below.

River basin      Alluvium/ Unconsolidated rocks   Hard rocks       Total 

Indus                1,334.9                                                  3.3                 1,338.2Ganga              7,769.1                                                  65                 7,834.1

Groundwater resources in the Ganga basin are nearly six times that of the Indus basin. The Ganga basin falls under ‘safe’ category on (GWdevelopment <70%) compared to the   Indus   basin   (over­exploited   category)   based   their   status   of   groundwater development.  This   implies   that   annual  groundwater  consumption   is  more   than   the annual groundwater available in the Indus basin.

The best­yielding aquifers of northern India are the Quaternary alluvial deposits of the Gangetic plain. These constitute a major source of water supply. Good groundwater yields   are   also   found   in   many   of   the   Tertiary   sediments.   Groundwater   storage   in crystalline  basement   rocks   is   restricted   to   the   fractures  and groundwater  yields  are determined by  fracture  density.  This  can be  significant   in  some areas:  groundwater yields of around 10–50 m3/day were reported from dug wells in fractured basement rocks of the Gambhir River Basin of Rajasthan for example (Umar and Absar, 2003). 

In the arid regions of northern India, groundwater is often the only source of available drinking water. Overexploitation of aquifers in some areas has resulted in falling water levels. Singh and Singh (2002) reported decreases in groundwater levels of 1–2 m/year in some boreholes. At the same time as a result of irrigation, some canal levels have been rising at a rate of 1 m/year. Experiments in some areas are being conducted to assess  the  feasibility of  aquifer  storage and recovery to alleviate   the water  shortage problem.

Ground water exploration in Indo­Gangetic plains has shown existence of potential

8

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

aquifers down to 1000 m. or more. Annual replenishable ground water resources of this region are ~200 BCM which is more than 45% of the country. Besides, it also has vast in­storage ground water resources down to the depth of 450 m. Deeper confined aquifers get their recharge from distant recharge zone and have ground water of varying ages. In some of the areas, the deeper aquifers are under auto­flow conditions. The quality of ground water   in these aquifers   is  also good.  These aquifers  can support   large scale development through both shallow and deep tubewells.   In the states of Punjab and Haryana, the stage of ground water development is very high ranges from 103 to 145 %. The eastern and north eastern parts of the country mainly in the states of Assam, Bihar, West   Bengal   and   UP   have   huge   ground   water   resources   both   in   unconfined   and confined aquifers. The annual replenishable resources of 165 BCM has been assessed in these   states.   The   ground   water   draft   is   ~77   BCM   and   stage   of   ground   water development is ~47 %.

STATE WISE DISTRIBUTION OF GROUND WATER

BIHARThe major part of the state is covered with indogangetic alluvium besides consolidated formations  in the southern parts.  Groundwater  development  in the phreatic  zone is generally through dug wells and shallow tube wells. The yield of these wells generally ranges from 1­3lps. The annual replenishible ground water resource of the state has been estimated as 29.19 bcm and the net  ground water  availability  is  27.42bcm. the annual   ground   water   draft   for   all   uses   is   10.77bcm   and   stage   of   ground   water development of the state is 39%. Besides the ground water of the phreatic zone, there exists   a   huge   ground   water   potential   at   deeper   depth.   The   wells   tapping   deeper aquifiers   in   alluvial   areas   yield   between   30­70   lps   whereas   in   the   consolidated formation, yield varies from 3­15 lps.HARYANAMajor   part  of   the   state   is   occupied   by   alluvium.  The   southern   part  of   the   state   is underlain by consolidated formation of Delhi system and in the northern part, Siwaliks are present.  The ground water development  of   the phreatic  zone is  mainly through shallow tube wells and dug wells in the alluvial areas, the yield of wells at places go upto   10   lps.   Annual   replenishible   ground   water   resources   of   the   state   have   been estimated as 9.31 bcm and the net ground water availability is 8.63 bcm. The annual ground water draft is 9.45 bcm and the stage of ground water development is 109 %. The dynamic fresh ground water resource is being exhaustively utilized.  However the exploration carried out in the deeper aquifer indicate huge ground water potential. The tube wells tapping deeper aquifers have been found to yield between 10­40 lps.

9

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

DELHIDelhi region is a part of Indo Gangetic plain. Geologically the Delhi state is occupied by quartzite of Delhi system and alluvial deposit classified into older and newer alluvium. In the flood plains of Yamuna, in general, fresh water aquifers exist down to 30­45m. The phreatic aquifer is mainly exploited through shallow tube wells. The yield of wells in alluvial areas varies from 2­5 lps. Annual replenishible ground water resource of the state has been estimated as 0.30 bcm and net annual ground water availability is 0.28 bcm.   The   annual   ground   water   draft   is   0.48   bcm   and   the   stage   of   ground   water development is 170 %. The deeper aquifer explored through bore wells in the quartzite areas recorded yield of 1­5lps. The wells tapping deeper aquifer in the older alluvium yield from2­10 lps.

PUNJABThe state is mainly underlain by quarternary alluvium of considerable thickness which abuts against the semi consolidated formation of siwalik system towards northeast. The development of phreatic aquifer is through shallow tube wells, filter points and dug wells. The yield of these well goes upto 10 lps. The annual replenishible ground water resources of the state have been assessed as 23.78 bcm and the net annual ground water availability is 21.44 bcm. The annual ground water draft is 31.16 bcm and the stage of ground   water   development   is   145%   leaving   little   scope   of   further   development   of dynamic resource except a few pockets.  The deeper aquifer are yet to be developed optimally,   the   exploration   data   indicates   that   the   deeper   aquifers   are   capable   of sustaining heavy duty tube wells with yield of 15­45 lps.

UTTAR PRADESHThe state of UP is characterized with three distinct hydrogeological units­ bhabar, terai and central ganga plains. Bhabar is mainly the recharge zone having the deeper water levels. The ground water development in the phreatic aquifer is through hand pumps, dug wells, dug cum bore wells and shallow tube wells. The yield from these wells has been found upto 40 lps. The annual replenishible ground water resource of the state has been assessed as 76.35 bcm and the net annual ground water availability is 70.18 bcm. The annual ground water draft is 48.78 bcm and the stage of ground water development is 70%. The exploration carried out in the deeper zones indicates the ample scope for ground water development. The tube wells tapping areas in bhabar and terai zones, the yield ranges from 30­60 lps, whereas the tube wells tapping the central ganga plains, the yield ranges from 25­75 lps.

10

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

WEST BENGALNearly two third of the state is occupied by unconsolidated sediments, the western part of the state is partly occupied by hard rocks. The phreatic aquifer is generally developed through dug well, dug cum bore well and shallow tube wells. The yield of these wells varies from 1­5 lps. The annual replenishible ground water resources of the state has been estimated as 30.36 bcm  and the net annual ground water availability is 27.46 bcm. The annual ground water draft is 11.65 bcm and the stage of ground water development is 42%. The ground water exploration has indicated potential  aquifers  in the deeper zones. Wells tapping fracture zones in hard rock areas yield from 2­5 lps, whereas in unconsolidated sediments, the yield varies from 10­30 lps.

ASSAMMajor   area   of   the   state   is  underlain  by  unconsolidated   formations   in  Brahmaputra valley  other   than  consolidated  and   semi­consolidated   formations   in   the  hilly  areas. Shallow   tube   wells   constructed   in   alluvial   areas   yield   upto   25   lps.   The   annual replenishible ground water resources of the state has been estimated as 27.23 bcm  and the net annual ground water availability is 24.89 bcm. The annual ground water draft is 5.44 bcm and the stage of ground water development is 22%. All the districts have been categorized as been safe. Besides the dynamic  ground water resource, there is scope for ground water development from the deeper aquifers in bhramaputra valley. The deep wells tapping bhabar area yield fom 7 to 16 lps, in Terai and plain areas, the yield varies from 20 to 60 lps.

RAJASTHANNearly 40% of the state area is occupied by the hard rocks. Unconsolidated and semi consolidated   formations   occupy   major   part   of   the   state.   Windblown   sands   form moderately potential aquifer at places in the western Rajasthan. The dug wells tapping yield is upto 10 lps. The annual replenishible ground water resource in the state is 11.56 bcm and the net annual ground water availability is 10.38 bcm. Annual ground water drift is 12.99 bcm and stage of ground water development is 125 % leaving little scope for further development of dynamic ground water resources except in a few pockets. The Aeolian sediments form the potential deeper aquifers with yield of 25­40 lps. Wells tapping the semi consolidated formation; yield varies from 10­40 lps. The wells tapping the Deccan traps and carbonate rocks yield from 5­10 lps. Whereas in the wells tapping igneous and metamorphic formations, the yield is limited to 5 lps. GUJARATMajor   part   of   the   state   is   underlain   by   hard   rocks   comprising   of   gneisses,   schists, phyllites,   sandstones   and   basalts.   Remaining   area   in   north   and   central   Gujarat   is 

11

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

occupied by soft rocks including coastal alluvium. The development of groundwater from phreatic zone is mainly through dug wells and shallow tube wells. The yield from dug wells varies from 1­5 lps. The annual replenishable ground water resource of the state has been estimated as 15.81 bcm and net annual ground water availability is 15.02 bcm.   The   annual   ground   water   drift   is   11.49   bcm   and   the   stage   of   ground   water development   is  76%.  Besides  above,  deeper  aquifers  have  also  been   found as  good water yielding. The yield of the well tapping the consolidated formations rages between 1­3 lps, and those tapping semi­consolidated and alluvium ranges between 10­50 lps. 

Groundwater Quality

Groundwater  quality   is  highly dependent  on  the nature  of   the aquifers  and on  the ambient  climatic  conditions.  Ground waters  of   calcium bicarbonate   type  with  near­neutral pH values typify the wetter regions of the north and north­east of the region where alluvial sediments constitute the most important aquifer. 

Salinity is a notable problem in the most arid areas, exacerbated by salinization related to irrigation. In many arid areas, evaporate salts are observed as surface encrustations (Umar and Absar, 2003). Soil and groundwater salinization as a result of irrigation has been documented in Haryana, Rajasthan and Punjab states in particular (Kamra et al., 2002; Khan, 2001). Salinity can also be a problem in some of the low­lying coastal areas as a result of saline intrusion. 

Pollutant inputs related to farming, domestic wastes (including latrines) and industry have   had   an   impact   on   water   quality   throughout   many   parts   of   northern   India. Discussion of pollution impacts from organic compounds and pathogenic organisms is beyond the scope of this report, but of the inorganic constituents, nitrate is an important manifestation of such pollutant inputs. High concentrations of nitrate have been found in some ground waters. 

In   addition,   fluoride   and   arsenic   have   become   increasingly   recognized   as   problem elements in a number of groundwater sources,  though they rarely occur together in high concentrations under the hydrogeological conditions pertaining in the region. An estimated  62   million  people  nationwide   are  believed   to   suffer   from  problems   with fluorosis (dental or skeletal) as a result of long­term exposure to high­fluoride drinking water (Susheela, 1999). These are principally in the arid and semi­arid regions though some have recently, somewhat surprisingly, also been identified in the wetter state of Assam (Chakraborti et al., 2000). An estimated 5 million people are likely to be drinking water  with  concentrations  of  arsenic  greater   than  the  national  standard  of  50  μg/l, 

12

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

principally   in   West   Bengal   (PHED/UNICEF,   1999).   The   numbers   diagnosed   with arsenicosis problems have been estimated at around 200,000 (Das et al., 1996). A large amount  of   survey,  patient   identification and mitigation work has  been  going on  in recent years in West Bengal to alleviate the arsenic problems.

NITROGEN SPECIES

Nitrate   in   groundwater   may   be   produced   by   inputs   from   surface   pollutants   (e.g. fertilizers,   domestic   wastes).   Concentrations   may   also   be   increased   by   evaporation under hot, arid conditions. Concentrations of nitrate in the range 0.5–29 mg/l (as NO3­N) were reported by Umar and Absar (2003) for groundwater from alluvial sediments of the Gambhir River Basin of Rajasthan. The WHO guideline value of nitrate is 11.3 mg/l for drinking water. High concentrations of nitrate (up to 44 mg/l as NO3­N) were also   reported   by   Handa   (1975)   for   ground   waters   from   Rajasthan.   The   high concentrations   were   accompanied   by   high   salinity   and   may   reflect   evaporative concentration   processes   rather   than   pollutant   inputs.   Low   or   undetectable concentrations of nitrate are expected in the anaerobic ground waters of the alluvial and deltaic aquifers of West Bengal, Assam and Bihar. 

 High concentrations of ammonium (>1 mg/l as NH4­N) are a feature of the anaerobic groundwater   conditions   in   West   Bengal,   but   these   are   believed   to   be   a   natural phenomenon related  to  breakdown of  organic  matter   in   the aquifers  rather   than  to pollution. 

SALINITY

Arid   regions   of   north­central   India   (notably   Rajasthan,   Haryana)   commonly   have ground waters with high salinity values, affecting their acceptability for drinking and irrigation purposes. Kamra et al. (2002) reported variable electrical conductance values, in the range 100–3000 μS/cm (equivalent to a  total­dissolved­solids concentration of around   100–1800   mg/l),   for   groundwater   from   Haryana   state   in   areas   affected   by irrigation­induced salinization.. Chloride concentrations were in the range 40–335 mg/l and sulphate in the range 53–256 mg/l. The high salinity reflects naturally high rates of evapotranspiration   as   well   as   salinity   changes   resulting   from   long­term   irrigation. Uptake of surface evaporate salts contributes to the salinization process. Khan (2001) also found electrical conductance values of 1000–2000 μS/cm in groundwater from the Bandi River area of Rajasthan, though this was considered by the authors to be linked to industrial pollutants recharged to the aquifer via the river. 

13

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

In the wetter regions of north and eastern India, salinity of groundwater is much lower, except in coastal regions (e.g. 24 North and South Parganas, West Bengal) where it is affected by saline intrusion. Adyalkar et al. (1981) for instance described ground waters of dominantly sodium­chloride type (electrical conductance values up to 4500 μS/cm) from alluvial aquifers in 24 South Parganas of West Bengal. 

FLUORIDE

Fluoride has long been recognised as one of the most significant natural groundwater­quality problems affecting arid and semi­arid regions of India. 

High fluoride concentrations in groundwater have been reported in many states, the worst­affected northern states being Rajasthan, Haryana and Gujarat. Many exceed the WHO guideline value of 1.5 mg/l. Meenakshi et al. (2004) found fluoride concentrations in the range 0.3–6.9 mg/l in groundwater from Jind district, Haryana and reported that this area has unacceptably high fluoride concentrations for drinking purposes. Though many of   the fluoride occurrences  are  linked to crystalline basement  rocks  including granites, some sedimentary aquifers also appear affected. 

IRON & MANGANEESE 

Surprisingly little information is available on the concentrations of iron and manganese in   northern   Indian   groundwater.   High   concentrations   are   expected   in   anaerobic groundwater conditions and under strongly acidic conditions. Anaerobic conditions are known to be a feature of the confined and semi­confined alluvial and deltaic aquifers of West Bengal and concentrations of iron and manganese commonly exceed 1 mg/l in these ground waters (PHED, 1991; CGWB, 1999). Das et al. (2003) also reported high concentrations  of   iron   (range  0.01–4.23  mg/l)   in  groundwater   from Guwahati  City, Assam in similar alluvial deposits. High concentrations of iron and manganese may be expected in other parts of the alluvial plain where anaerobic conditions exist. Although iron in drinking water is not considered a health hazard at the concentrations usually observed, it may give rise to acceptability problems through adverse taste and colour. High concentrations of manganese are believed to have detrimental health effects and may be problematic if present at concentrations significantly above the WHO guideline value of 0.5 mg/l. 

ARSENIC 

Problems with arsenic in groundwater are severe and most prevalent in the state of West   Bengal.   Arsenic­related   diseases   were   first   identified   there   during   the   1980s, although they have only been appreciated internationally since the mid 1990s (e.g. Das 

14

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

et   al.,   1996).   Concentrations   of   <10–3200   μg/l   have   been   reported   (CGWB,   1999). Arsenic occurs predominantly in groundwater from the youngest, Holocene, alluvial deposits.   These   aquifers   have   variable   thicknesses   but   where   high   arsenic concentrations occur they tend to be in boreholes with depth ranges of around 10–80 m (CGWB, 1999). Groundwater from older (deeper) Pleistocene deposits appears to have low   arsenic   concentrations.   Ground   waters   from   the   laterite   upland   of   western Bangladesh  and   the   older   Barind  and   Ilambazar   formations  also   tend   to  have   low arsenic concentrations (PHED, 1991). Several studies have also reported generally low concentrations (<50 μg/l) in groundwater from dug wells, presumably because these are relatively oxic compared to groundwater from drilled boreholes. 

Up to eight districts   in West  Bengal  have recognised high­arsenic  groundwater,   the worst­affected  being  Malda,  Murshidabad,  Nadia,  24  North  Parganas  and 24 South Paraganas . These lie to the east of the Bhagirathi–Hugli river system, along the border with Bangladesh. More than 100,000 arsenic analyses are said to have been carried out on groundwater samples from West Bengal, though maps of point­source data showing the spatial distribution of arsenic are lacking. Arsenic concentrations are highly variable from well  to well  even within the same village, as is  typical of high­arsenic ground waters elsewhere. Prediction of arsenic concentrations at the village scale is therefore difficult or impossible. More recent reports have also documented arsenic problems in Quaternary aquifers in Bihar, Tripura, and eastern Uttar Pradesh (Mahalanobis, 2004). Arsenic­related health problems in the village of Semria Ojha Patti in Bihar prompted a recent groundwater survey.. This showed a severe problem in the village but to date, the documentation for arsenic occurrence more widely in Bihar, as well as in Tripura and Uttar Pradesh,   is  poor and the scale of  the problem in these states  is   therefore unclear. 

Kamra et al. (2002) reported high concentrations of arsenic (along with lead, cadmium and nickel)   in  groundwater   from the  alluvial  plains  of  Haryana state,  although the quality of the chemical analyses from the study is uncertain and further investigation would be warranted to verify the concentrations reported. 

 IODINE

Few analyses are available for iodine in groundwater in northern India. Concentrations are likely to reflect climatic conditions, with higher concentrations likely in more saline ground waters   from arid  areas.   In   the  wetter  alluvial  plains  of  north­eastern   India, iodine­deficient ground waters (typically containing just a few μg/l) may occur and may give an inadequate  iodine  intake to populations without supplementary  iodine from food sources. 

15

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

SELENIUM

High   concentrations   of   selenium   have   been   reported   in   some   arid   areas   of   north­western India though this is not thought to be widespread. Selenium is toxic to humans and the WHO guideline value for selenium in drinking water is 10 μg/l. Some 1000 ha of seleniferous soils have been described in north­eastern Punjab (Dhillon and Dhillon, 2003).  High concentrations  of  groundwater   selenium are  commonly associated with high salinity and with water logging and soil salinization related to irrigation practices. Concentrations were found to be higher in the shallow boreholes (24–36 m) compared to deeper boreholes (up to 76 m). This is most likely related to evaporation processes, although if conditions become increasingly reducing with depth, this may also have an effect as selenium is typically most soluble under oxic conditions. The ground waters from the seleniferous region were alkaline (pH 7.8–8.8) with sodium and bicarbonate as the dominant ions. 

OTHER TRACE ELEMENTS

URANIUM 

The concentrations of uranium in groundwater of Indian aquifers are largely unknown. The current WHO guideline value for uranium in drinking water is 2 μg/l though this is   likely   to   increase   to   9   μg/l   in   the   revised   (3rd   edition,   2004)   guidelines.   High concentrations of uranium (12–114 μg/l) were reported for groundwater in Bathinda district   of   Punjab   state   (Singh   et   al.,   1995),   with   concentrations   up   to   20   μg/l   in Amritsar.   Singh  et   al.   (1994)   also   found concentrations  up   to  21  μg/l   in  Himachal Pradesh. It  is  possible that uranium concentrations close to or above the new WHO guideline value occur elsewhere  in the shallow ground waters  from the Quaternary alluvial aquifers,  although data are so far lacking to substantiate this. High uranium concentrations have been found in groundwater from geologically similar aquifers in neighbouring  Bangladesh   (BGS and DPHE,  2001),   especially   from dug wells  where concentrations up to 42 μg/l were found. 

RADON

There   have   also   been   a   number   of   reports   of   the   presence   of   dissolved   radon   in groundwater from northern India. Radon is a radioactive gas known to be a carcinogen. Despite its known health effects, no WHO guideline value exists for radon in drinking water  because  of   the  difficulties   in  defining  a  regionally­applicable  value  given  the relative importance of inhalation compared to ingestion from drinking water.  Radon concentrations   in   groundwater   also   change   significantly   on   abstraction,   aeration, storage and boiling. Radon is a radioactive decay product of uranium and high radon 

16

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

concentrations  are   frequently   found  in  groundwater  and air   in  buildings  associated with uraniferous rocks. These include granites and some limestones. The concentrations of radon in groundwater can vary typically between around 3 and tens of thousands of Bq/l. Virk et al. (2001) found concentrations of radon in groundwater from tubewells in Bathinda and Gurdaspur districts of Punjab, India in the range 3.0–8.8 Bq/l. These are not unusually high though they are higher than values reported in the same study for surface waters. The concentrations were found to be slightly higher in Gurdapur where the geology comprises Siwalik Himalayan sediments compared to the alluvial Punjab plains of Batala. Although likely to be derived from uranium decay in the rocks, no association with dissolved uranium was observed in the water samples. This probably reflects   the differing transport  behaviour of   the two elements   in water,  one (radon) being a dissolved gas and the other (uranium) a redox­sensitive solute. Relatively high concentrations   of   radon   (25–92   Bq/l)   were   reported   by   Choubey   et   al.   (2003)   for groundwater from Quaternary alluvial gravels associated with uranium­rich sediments in the Doon Valley of the Outer Himalaya. Although probably not a health hazard at the   observed   concentrations,   high   concentrations   of   radon   may   be   an   indicator   of possible high concentrations of uranium in groundwater, though for reasons outlined above, the correlations may be weak.Few data exist for the concentrations of other potentially detrimental  trace elements such as lead, nickel, cadmium and chromium. Lack of information on such potentially toxic trace elements does not necessarily mean that these elements will be uniformly low and hence not problematic. However, there is likewise no evidence to suggest that they   will   be   present   in   the   groundwater   in   potentially   detrimental   concentrations. Water testing would be required to clarify the situation.

Ground water  plays  an  important  role   in  meeting   the  water   requirements  of agriculture, industrial and domestic sectors in our country. Its importance as a precious natural resource can be gauged for the fact that more than 85% of India’s rural sector water requirements, 50% of its urban sectors water requirements and more than 50% of its irrigation requirements are being met fromground water resources. It is also a key buffer against drought and abnormal variations in   rainfall.   The   highly   diversified   occurrence   and   considerable   variations   in   the availability   and   the   use   of   ground   water   in   the   country   makes   its   management   a challenging task. 

The Central Ground Water Board (CGWB) is entrusted with the responsibilities of scientific  management studies,  exploration monitoring,  assessment,  augmentation, and regulation  of  ground water  resources  of   the  country.  The  data  generated   from 

17

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

various studies provide a scientific base for user agencies for water resources planning. CGWB   has   taken   initiatives   to   identify   various   key   issues   for   ground   water management.   In   the   demand   side   management,   socioeconomic   aspects   play   an important role to arrest the decline in ground levels. The measures for demand side management   can   be   successfully   implemented   only   with   people’s   participation. Therefore,   the   masses   should   be   educated   on   the   needs   and   ways   for   regulation, conservation and augmentation of ground water resources.

REFERRENCES

• Amrita Malik, Dinesh Mohan, Kunwar.P.Singh, Sarita Singh, Vinod K Singh, Evaluation of    ground water quality in northern Indo­gangetic alluvium region. www.springerlink.com/index/f74632v2m6902137.pdf  (accessed on 22­10­2010)

• J.Hu, S.K.Jain, M.Jin, V.Kumar, Y.Luo, S.P. Rai, B.R.Sharma, D. Sharma, J.L. Shrestha, A.Zahid, A comparative analysis of the hydrogeology of the Indus­Gangetic and Yellow River basins.

• M.Bardhan, Evolution of the regional hydrogeologic units of the great Indian sedimentary basin in relation to prevailing tectonic movements.

        www.iahs.info/redbooks/a120/iahs_120_0286.pdf (accessed on 18­10­2010)

• Sanjay Kumar, Strategies for ground water management.

www.wbgov.com/BanglarMukh/Download?FilePath=/ (accessed on 22­10­2010)

• CGWB, Dynamic ground water resources of India www   .cgwb   .gov.in/   GroundWater   /GW_assessment.htm    (accessed on 22­10­2010)

18

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

• British Geological Survey, Water Aid, Ground water Quality: Northern India www.wateraid.org/other/startdownload.asp?DocumentID=54 (accessed on 22­10­2010)

• CPCB, Status of ground water quality in India, Part1 &2 www.cpcb.nic.in/upload/.../NewItem_50_notification.pdf (accessed on 18­10­2010)

• H.S, Saini, Climate Change and its Future Impact on the Indo­Gangetic Plain (IGP)www.earthscienceindia.info/PDF/ESI_Vol_I_08/.../Saini.pdf (accessed on 18­10­                                2010)

• CGWB, Faridabad 2010, Ground water quality in shallow aquifers of India

www.cgwb   .gov.in/     (accessed on 18­10­2010)

• CGWB, Faridabad 2007, Ground water Scenario India 

www.cgwb   .gov.in/     (accessed on 18­10­2010)

• Bharat.R.Sharma, Upali A Amarasinghe, Alok Sikka, Indo­Gangetic River Basins: Summary Situation Analysis

www.   cpwfbfp.pbworks.com/f/IGB_   situation   _  analysis   .PDF    (accessed on 22­10­2010)

• B.M.Jha, S.K.Sinha CGWB,  Towards Better Management of Ground Water Resources in Indiawww.cgwb.gov.in/documents/papers/.../Paper%201­B.M.Jha.pdf (accessed on 22­10­2010)

• Bharat Sharma, Aditi Mukherjee, Ravish Chandra, Adlul Islam, Bhaskar Dass, 

Md. Razu Ahmed, Groundwater Governance in the Indo­Gangetic Basin: an Interplay of Hydrology and Socio­ecology

www.ifwf2.org/addons/download_presentation.php?fid=1003  (accessed on 22­10­2010)

19

HYDROGEOLOGY of the INDO­GANGETIC ALLUVIUM                                                        Vrindhanath.M.C

• Sunderrajan Krishnan, Tushaar Shah, Indo­Gangetic Basin in India: Groundwater Issues Groundwater Governance Project, February 2006

www.waterandfood.org/.../   India   /   india   %20trip%20report_final   %20_260406.pdf (accessed on 18­10­2010)

20