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Incorporating surficial aquifer ground-water fluxes into surface-water resource management studies

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Material Information

Title:
Incorporating surficial aquifer ground-water fluxes into surface-water resource management studies
Physical Description:
Book
Language:
English
Creator:
McCary, John
Publisher:
University of South Florida
Place of Publication:
Tampa, Fla.
Publication Date:

Subjects

Subjects / Keywords:
Hydrologic models
Nutrient loading
Parameter estimation
Tmdl
Plrg
Dissertations, Academic -- Civil Engineering -- Masters -- USF   ( lcsh )
Genre:
government publication (state, provincial, terriorial, dependent)   ( marcgt )
bibliography   ( marcgt )
theses   ( marcgt )
non-fiction   ( marcgt )

Notes

Summary:
ABSTRACT: For surface-water resource management studies, it is important to quantify all of the mechanisms that contribute to water quantity and influence water quality. In this regard, various methods have been used to ground-water fluxes in lake systems. These have included physical measurements (e.g., seepage meters), flow-net analyses, water budgets, chemical tracers, ground-water flow models, and statistical analyses. The method developed for this study for calculating ground-water inflow uses a simplified, 1-layer (surficial aquifer) ground-water flow model. The test area was on a set of lakes known as the Winter Haven Chain of Lakes in Polk County, Florida. The technique combines the use of a numerical model (MODFLOW) with an inverse prediction technique (PEST) to determine net surficial recharge rates. Within the model, the lakes were represented as constant-head boundaries.A general, surficial ground water no-flow boundary was delineated around the entire lake system based on the topographic boundaries. The model used annual average lake elevations to create a constant-head boundary for each lake for each year. Annual average elevations of surficial well heads were used as target well data. Model results generally support previous studies in the region, concluding that the lake chain receives significant inflow from the surficial aquifer and leaks to the Floridan aquifer. As a consequence, ground-water quality constituency was found to be of critical importance. One of the most important observations from this study is the need for accurate ground-water concentrations for ridge lake water quality management. The initial measured values used in this study were highly variable, uncertain, and likely underestimated the effect that ground water has on nutrient loading to the Winter Haven Chain of Lakes.
Thesis:
Thesis (M.S.C.E.)--University of South Florida, 2005.
Bibliography:
Includes bibliographical references.
System Details:
System requirements: World Wide Web browser and PDF reader.
System Details:
Mode of access: World Wide Web.
Statement of Responsibility:
by John McCary.
General Note:
Title from PDF of title page.
General Note:
Document formatted into pages; contains 51 pages.

Record Information

Source Institution:
University of South Florida Library
Holding Location:
University of South Florida
Rights Management:
All applicable rights reserved by the source institution and holding location.
Resource Identifier:
aleph - 001681032
oclc - 62705389
usfldc doi - E14-SFE0001095
usfldc handle - e14.1095
System ID:
SFS0025416:00001


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I n c o r p o r a t i n g S u r f i c i a l A q u i f e r G r o u n d W a t e r F l u x e s I n t o S u r f a c e W a t e r R e s o u r c e M a n a g e m e n t S t u d i e s b y J o h n M c C a r y A t h e s i s s u b m i t t e d i n p a r t i a l f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M a s t e r o f S c i e n c e i n C i v i l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f S o u t h F l o r i d a M a j o r P r o f e s s o r : M a r k R o s s P h D M a r k S t e w a r t P h D X i n j i a n C h e n P h D D a t e o f A p p r o v a l : A p r i l 1 3 2 0 0 5 K e y w o r d s : h y d r o l o g i c m o d e l s n u t r i e n t l o a d i n g p a r a m e t e r e s t i m a t i o n T M D L P L R G C o p y r i g h t 2 0 0 5 J o h n M c C a r y

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D E D I C A T I O N T h i s i s d e d i c a t e d t o a l l o f t h o s e w h o h a v e s u p p o r t e d m e i n e v e r y v e n t u r e t h r o u g h o u t m y l i f e I h a v e b e e n e n c o u r a g e d b y m a n y f a m i l y a n d f r i e n d s a n d I w o u l d l i k e t o t h a n k a l l o f t h e m c o l l e c t i v e l y a s I c a n n o t t h a n k a l l o f t h e m i n d i v i d u a l l y I n p a r t i c u l a r t o m y w i f e a n d s o n : f o r b e i n g p a t i e n t t h r o u g h o u t t h i s l o n g a r d u o u s a n d s o m e t i m e s p a i n f u l j o u r n e y a l w a y s e n c o u r a g i n g m e t o f i n i s h ; a n d t o m y f a t h e r : f o r b e i n g a s e l f l e s s f r i e n d p a r e n t a n d r o l e m o d e l a l w a y s l e a d i n g b y e x a m p l e t h r o u g h h a r d w o r k a n d h e l p i n g o t h e r s w h i l e e x p e c t i n g n o t h i n g i n r e t u r n T h a n k y o u a l l a s I c o u l d n o t h a v e c o m p l e t e d t h i s w i t h o u t y o u

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A C K N O W L E D G M E N T S I a m v e r y g r a t e f u l t o t h e S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t f o r p r o v i d i n g f u n d i n g t h r o u g h t h e W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s P o l l u t a n t L o a d R e d u c t i o n G o a l s t u d y I w o u l d l i k e t o t h a n k a l l o f m y c o m m i t t e e m e m b e r s w h o w e r e e s p e c i a l l y h e l p f u l i n e x p e d i t i n g t h e f i n a l c o m p l e t i o n o f m y w o r k a n d p r o v i d i n g t h e t e c h n i c a l i n p u t n e e d e d f o r m y m a n u s c r i p t T o D r M a r k R o s s : t h a n k y o u f o r g u i d i n g m y r e s e a r c h a n d p r o v i d i n g f o c u s o n w h a t n e e d e d t o b e a d d r e s s e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f m y m e t h o d s T o D r M a r k S t e w a r t : t h a n k y o u f o r h e l p i n g w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f t h e g r o u n d w a t e r m o d e l s a n d t h e l i t e r a t u r e r e v i e w n e e d e d t o s u p p o r t a n d d e f e n d m y m e t h o d s T o D r X i n j i a n C h e n : t h a n k y o u f o r h e l p i n g w i t h t h e d a t a a c q u i s i t i o n f r o m t h e S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t a n d f o r d e f i n i n g t h e a r e a s o f m y w o r k t h a t n e e d e d t o i m p r o v e d I w o u l d a l s o l i k e t o t h a n k J i m J e f f e r s f o r p r o v i d i n g t e c h n i c a l r e v i e w a n d f o r a l l o w i n g m e t o t a k e t h e n e c e s s a r y t i m e t o c o m p l e t e m y w o r k

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i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i i L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i i i A B S T R A C T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i v C H A P T E R 1 : I N T R O D U C T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 S t a t e m e n t o f t h e P r o b l e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 2 B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 C H A P T E R 2 : M E T H O D S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 1 I n c o r p o r a t i n g G r o u n d W a t e r V o l u m e F l u x e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 2 2 I n c o r p o r a t i n g G r o u n d W a t e r N u t r i e n t F l u x e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 3 A n a l y z i n g S p a t i a l V a r i a b i l i t y i n G r o u n d W a t e r N u t r i e n t C o n c e n t r a t i o n s . . . . . . 2 6 C H A P T E R 3 : R E S U L T S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 1 R e s u l t s o f G r o u n d W a t e r V o l u m e F l u x A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 2 R e s u l t s o f G r o u n d W a t e r N u t r i e n t F l u x A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 3 3 R e s u l t s o f S p a t i a l V a r i a b i l i t y A n a l y s i s o f N u t r i e n t C o n c e n t r a t i o n s . . . . . . . . . . . 3 1 C H A P T E R 4 : D I S C U S S I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 C H A P T E R 5 : C O N C L U S I O N S A N D R E C O M M E N D A T I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 R E F E R E N C E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1

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i i L I S T O F T A B L E S T a b l e 1 : W i n t e r H a v e n C h a i n L a k e A r e a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 T a b l e 2 : A n n u a l A v e r a g e L a k e S t a g e s a n d S u r f i c i a l A q u i f e r W e l l H e a d s . . . . . . . . . . . 2 5 T a b l e 3 : S u r f i c i a l G r o u n d W a t e r V o l u m e L o a d i n g t o t h e W H C L . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 T a b l e 4 : S u r f i c i a l G r o u n d W a t e r N u t r i e n t L o a d i n g t o t h e W H C L . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 T a b l e 5 : S u r f i c i a l A q u i f e r P h o s p h o r u s C o n c e n t r a t i o n s ( m g / L ) b y L a n d U s e . . . . . . . . 3 1 T a b l e 6 : S u r f i c i a l A q u i f e r N i t r o g e n C o n c e n t r a t i o n s ( m g / L ) b y L a n d U s e . . . . . . . . . . . 3 2

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i i i L I S T O F F I G U R E S F i g u r e 1 : W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 F i g u r e 2 : L a k e H o w a r d S t a g e v s T i m e ( R e p r e s e n t i n g t h e S o u t h e r n C h a i n L a k e s ) . . . . 1 9 F i g u r e 3 : L a k e C o n i n e S t a g e v s T i m e ( R e p r e s e n t i n g t h e N o r t h e r n C h a i n L a k e s ) . . . . 2 0 F i g u r e 4 : L a k e B l u e S t a g e v s T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 F i g u r e 5 : L a k e M a r i a n a S t a g e v s T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 F i g u r e 6 : L a k e F a n n i e S t a g e v s T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 F i g u r e 7 : W e l l H e a d s v s T i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 F i g u r e 8 : W e l l L o c a t i o n s w i t h i n t h e W H C L B a s i n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3

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i v I N C O R P O R A T I N G S U R F I C I A L A Q U I F E R G R O U N D W A T E R F L U X E S I N T O S U R F A C E W A T E R R E S O U R C E M A N A G E M E N T S T U D I E S J o h n M c C a r y A B S T R A C T F o r s u r f a c e w a t e r r e s o u r c e m a n a g e m e n t s t u d i e s i t i s i m p o r t a n t t o q u a n t i f y a l l o f t h e m e c h a n i s m s t h a t c o n t r i b u t e t o w a t e r q u a n t i t y a n d i n f l u e n c e w a t e r q u a l i t y I n t h i s r e g a r d v a r i o u s m e t h o d s h a v e b e e n u s e d t o g r o u n d w a t e r f l u x e s i n l a k e s y s t e m s T h e s e h a v e i n c l u d e d p h y s i c a l m e a s u r e m e n t s ( e g s e e p a g e m e t e r s ) f l o w n e t a n a l y s e s w a t e r b u d g e t s c h e m i c a l t r a c e r s g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l s a n d s t a t i s t i c a l a n a l y s e s T h e m e t h o d d e v e l o p e d f o r t h i s s t u d y f o r c a l c u l a t i n g g r o u n d w a t e r i n f l o w u s e s a s i m p l i f i e d 1 l a y e r ( s u r f i c i a l a q u i f e r ) g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l T h e t e s t a r e a w a s o n a s e t o f l a k e s k n o w n a s t h e W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s i n P o l k C o u n t y F l o r i d a T h e t e c h n i q u e c o m b i n e s t h e u s e o f a n u m e r i c a l m o d e l ( M O D F L O W ) w i t h a n i n v e r s e p r e d i c t i o n t e c h n i q u e ( P E S T ) t o d e t e r m i n e n e t s u r f i c i a l r e c h a r g e r a t e s W i t h i n t h e m o d e l t h e l a k e s w e r e r e p r e s e n t e d a s c o n s t a n t h e a d b o u n d a r i e s A g e n e r a l s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r n o f l o w b o u n d a r y w a s d e l i n e a t e d a r o u n d t h e e n t i r e l a k e s y s t e m b a s e d o n t h e t o p o g r a p h i c

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v b o u n d a r i e s T h e m o d e l u s e d a n n u a l a v e r a g e l a k e e l e v a t i o n s t o c r e a t e a c o n s t a n t h e a d b o u n d a r y f o r e a c h l a k e f o r e a c h y e a r A n n u a l a v e r a g e e l e v a t i o n s o f s u r f i c i a l w e l l h e a d s w e r e u s e d a s t a r g e t w e l l d a t a M o d e l r e s u l t s g e n e r a l l y s u p p o r t p r e v i o u s s t u d i e s i n t h e r e g i o n c o n c l u d i n g t h a t t h e l a k e c h a i n r e c e i v e s s i g n i f i c a n t i n f l o w f r o m t h e s u r f i c i a l a q u i f e r a n d l e a k s t o t h e F l o r i d a n a q u i f e r A s a c o n s e q u e n c e g r o u n d w a t e r q u a l i t y c o n s t i t u e n c y w a s f o u n d t o b e o f c r i t i c a l i m p o r t a n c e O n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t o b s e r v a t i o n s f r o m t h i s s t u d y i s t h e n e e d f o r a c c u r a t e g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s f o r r i d g e l a k e w a t e r q u a l i t y m a n a g e m e n t T h e i n i t i a l m e a s u r e d v a l u e s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e h i g h l y v a r i a b l e u n c e r t a i n a n d l i k e l y u n d e r e s t i m a t e d t h e e f f e c t t h a t g r o u n d w a t e r h a s o n n u t r i e n t l o a d i n g t o t h e W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s A m o r e a c c u r a t e s p a t i a l r e p r e s e n t a t i o n o f g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s i s n e e d e d t o b e t t e r a p p r o x i m a t e t h e e f f e c t t h a t g r o u n d w a t e r l o a d i n g h a s o n t h e s y s t e m T h e t e c h n i q u e u s e d i n t h i s s t u d y w h e r e b y l a n d u s e b a s e d g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s w e r e d e v e l o p e d f r o m a d d i t i o n a l m e a s u r e d d a t a a p p e a r s t o g i v e a b e t t e r r e p r e s e n t a t i o n o f o v e r a l l g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s

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1 C H A P T E R 1 : I N T R O D U C T I O N C h a r a c t e r i z i n g t h e e x c h a n g e o f g r o u n d w a t e r w i t h l a k e s i s a n i m p o r t a n t c o n c e r n i n w a t e r q u a l i t y m a n a g e m e n t o f s u r f a c e w a t e r f e a t u r e s I n F l o r i d a f o r e x a m p l e i n t e r a c t i o n b e t w e e n s u r f a c e w a t e r a n d g r o u n d w a t e r i s a n i m p o r t a n t p a r t o f t h e h y d r o l o g i c c y c l e A r e c e n t s t u d y o f t h e W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s ( W H C L ) i n F l o r i d a s h o w s t h e n e e d t o a c c o u n t f o r b o t h v o l u m e a n d n u t r i e n t l o a d i n g f r o m t h e s u r f i c i a l a q u i f e r t o t h e l a k e s ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) T h i s m a n u s c r i p t d e s c r i b e s a p r o c e s s u s e d t o a c c o u n t f o r s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r l o a d s t o a s u r f a c e w a t e r b o d y c o n s i d e r i n g t h e W H C L a s a c a s e s t u d y I n c o r p o r a t e d i n t o t h i s s t u d y i s t h e i m p o r t a n c e o f a c c o u n t i n g f o r t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y i n g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s T h e W H C L s h o w n i n F i g u r e 1 c o n s i s t s o f 2 1 i n t e r c o n n e c t e d l a k e s w i t h i n a n d a r o u n d t h e C i t y o f W i n t e r H a v e n i n n o r t h c e n t r a l P o l k C o u n t y F l o r i d a T h e W H C L i s s p l i t i n t o t w o r e g i o n s t h e S o u t h e r n C h a i n a n d t h e N o r t h e r n C h a i n T h e S o u t h e r n C h a i n c o n s i s t s o f 1 6 l a k e s : W i n t e r s e t E l o i s e S u m m i t L u l u R o y S h i p p M a y H o w a r d C a n n o n B l u e M i r r o r S p r i n g I d y l w i l d J e s s i e M a r i a n a a n d H a r t r i d g e T h e N o r t h e r n C h a i n c o n s i s t s o f 5 l a k e s : C o n i n e R o c h e l l e H a i n e s S m a r t a n d F a n n i e T h e s e l a k e s c o n s t i t u t e a c o m b i n e d s u r f a c e w a t e r a r e a o f o v e r 7 0 0 0 a c r e s ( r e f e r t o T a b l e 1 ) o r 1 1 s q u a r e m i l e s a n d a w a t e r s h e d a r e a o f a p p r o x i m a t e l y 3 2 s q u a r e m i l e s ( P o l k C o u n t y

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2 2 0 0 2 ) T h e W H C L e x i s t o n a r i d g e i n w e s t c e n t r a l F l o r i d a k n o w n a s t h e W i n t e r H a v e n R i d g e w h i c h i s i n t h e s a n d h i l l s a n d r i d g e s o f F l o r i d a ’ s C e n t r a l L a k e s D i s t r i c t ( B r o o k s 1 9 8 1 ) I n t h e s e r i d g e s r a i n f a l l q u i c k l y p e r c o l a t e s t h r o u g h t h e p e r m e a b l e s a n d s t o t h e w a t e r t a b l e f a v o r i n g g r o u n d w a t e r f l o w o v e r s u r f a c e w a t e r f l o w i n p e r v i o u s a r e a s L i k e m a n y o f F l o r i d a ’ s l a k e s t h e W H C L a r e s i t u a t e d i n a l a y e r o f s a n d a n d c l a y t h a t b l a n k e t s a n e x t e n s i v e a n d h i g h l y p r o d u c t i v e l i m e s t o n e a q u i f e r t h e U p p e r F l o r i d a n ( L e e 2 0 0 2 ) I n t h e 1 9 2 0 s a n d 1 9 3 0 s a s e r i e s o f c a n a l s w e r e e x c a v a t e d i n t h e W H C L i n o r d e r t o c o n n e c t t h e l a k e s w i t h n a v i g a b l e w a t e r w a y s T h i s s u b s t a n t i a l l y c h a n g e d t h e n a t u r a l h y d r o l o g y a n d w a t e r q u a l i t y o f t h e l a k e s ( S W F W M D 1 9 9 8 ) P r i o r t o t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e c a n a l s m a n y o f t h e l a k e s i n t h e W H C L h a d s m a l l i s o l a t e d d r a i n a g e b a s i n s D u r i n g t h i s p e r i o d t h e y w e r e m o s t l i k e l y o n e o f t h e m a n y s e e p a g e l a k e s i n t h e s t a t e o f F l o r i d a C u r r e n t l y a b o u t 7 0 p e r c e n t o f F l o r i d a ’ s 7 8 0 0 l a k e s a r e s e e p a g e l a k e s h a v i n g n o s i g n i f i c a n t n a t u r a l s u r f a c e f l o w i n t o o r o u t o f t h e m ( P a l m e r 1 9 8 4 ; S a c k s e t a l 1 9 9 8 ) H e a v y u r b a n i z a t i o n c o n t i n u e d i n t h e w a t e r s h e d s a n d t h e r e s u l t w a s a d e t e r i o r a t i o n o f l a k e w a t e r q u a l i t y O n e o f t h e a r e a s o f p a r t i c u l a r c o n c e r n t o t h e W H C L i s t h e c o n t r i b u t i o n o f g r o u n d w a t e r b o t h i n v o l u m e a n d n u t r i e n t l o a d i n g C i t r u s a n d p h o s p h a t e i n d u s t r i e s a r e c o m m o n i n t h e a r e a m a k i n g t h e q u a n t i f i c a t i o n o f g r o u n d w a t e r i n f l o w i m p o r t a n t i n a r e a s w h e r e n u t r i e n t r i c h g r o u n d w a t e r c a n f l o w t o t h e l a k e s T h e n e e d t o a c c o u n t f o r t h e g r o u n d w a t e r l o a d i n g s t o t h e s e l a k e s i s t h e d r i v i n g f o r c e b e h i n d t h e d e v e l o p m e n t o f t h e p r o c e s s d i s c u s s e d i n t h i s m a n u s c r i p t a n d t h e c o n s i d e r a t i o n o f t h e W H C L a s a c a s e s t u d y

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3 F i g u r e 1 : W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s

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4 T a b l e 1 : W i n t e r H a v e n C h a i n L a k e A r e a s L a k e N a m e A r e a ( a c ) W i n t e r s e t 5 4 8 E l o i s e 1 1 6 3 S u m m i t 6 4 L u l u 3 0 7 R o y 7 4 S h i p p 2 7 7 M a y 5 2 H o w a r d 6 2 5 C a n n o n 3 2 8 B l u e 5 4 M i r r o r 1 2 6 S p r i n g 2 3 I d y l w i l d 9 3 J e s s i e 1 8 6 M a r i a n a 5 1 1 H a r t r i d g e 4 1 5 C o n i n e 2 3 3 R o c h e l l e 5 7 3 H a i n e s 6 8 9 S m a r t 2 7 4 F a n n i e 7 3 8 T o t a l 7 3 5 1 1 1 S t a t e m e n t o f t h e P r o b l e m F o r l a k e / s u r f a c e w a t e r r e s o u r c e m a n a g e m e n t s t u d i e s i t i s e s s e n t i a l t o q u a n t i f y a l l o f t h e m e c h a n i s m s t h a t g e n e r a t e w a t e r q u a n t i t y a n d i n f l u e n c e w a t e r q u a l i t y T r a d i t i o n a l l y m a n y h y d r o l o g i c m o d e l i n g a p p l i c a t i o n s t o n u t r i e n t l o a d i n g s t u d i e s f o r s u r f a c e w a t e r b o d i e s h a v e a t t r i b u t e d l i t t l e i n f l u e n c e t o g r o u n d w a t e r f l u x e s w h i c h h a s b e e n s h o w n i n s e v e r a l t o t a l m a x i m u m d a i l y l o a d ( T M D L ) s t u d i e s ( V i e u x a n d M o r e d a 2 0 0 3 ; V o n d r a c e k e t a l 2 0 0 3 ; D a l z e l l e t a l 2 0 0 4 ) a n d m a y b e a n a c c u r a t e a s s e s s m e n t i n s o m e g e o l o g i c a n d h y d r o l o g i c c o n d i t i o n s I n t h e W H C L a r e a t h e r e h a v e b e e n s e v e r a l s t u d i e s w i t h c o n f l i c t i n g a s s u m p t i o n s a b o u t t h e i n f l u e n c e o f g r o u n d w a t e r ( D a m e s &

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5 M o o r e 1 9 9 4 ; P B S & J 2 0 0 4 ) I f g r o u n d w a t e r i s a s s u m e d t o b e n e g l i g i b l e w h e n i t i s i n f a c t s i g n i f i c a n t o t h e r f a c t o r s t h a t i n f l u e n c e w a t e r q u a n t i t y a n d q u a l i t y w i l l b e c a l c u l a t e d i n c o r r e c t l y i n o r d e r t o c o m p e n s a t e f o r t h e l a c k o f g r o u n d w a t e r F r o m a s u r f a c e w a t e r m o d e l i n g s t a n d p o i n t t h i s u s u a l l y i n v o l v e s i n c r e a s i n g t h e i m p e r v i o u s a r e a a n d / o r d e c r e a s i n g t h e s o i l i n f i l t r a t i o n v a l u e s t o u n r e a s o n a b l e n u m b e r s t o g e n e r a t e s u f f i c i e n t w a t e r q u a n t i t y l o a d i n g v i a r u n o f f W a t e r q u a l i t y i s t h e n a c c o u n t e d f o r b y a d j u s t i n g r u n o f f c o n c e n t r a t i o n v a l u e s w i t h i n c e r t a i n l a n d u s e t y p e s o r r e g i o n s t o m e e t t h e l o a d i n g r e q u i r e m e n t s n e c e s s a r y t o m a t c h t h e o b s e r v e d s u r f a c e w a t e r q u a l i t y W h i l e “ c a l i b r a t e d ” m o d e l r e s u l t s m a y a p p e a r t o g i v e v a l u e s t h a t a r e s i m i l a r t o t h e a c t u a l s y s t e m a l l o f t h e m e c h a n i s m s t h a t i n f l u e n c e t h e s y s t e m a r e n o t a c c o u n t e d f o r a n d t h o s e t h a t a r e a c c o u n t e d f o r a r e i n c o r r e c t l y q u a n t i f i e d T h e m o d e l r e l i a b i l i t y a s a p r e d i c t i v e t o o l b e c o m e s p o o r T h i s m a k e s i t d i f f i c u l t o r i m p o s s i b l e t o p r o p e r l y m a n a g e w a t e r q u a l i t y f r o m r u n o f f m e c h a n i s m s a l o n e i n r e g i o n s h e a v i l y i n f l u e n c e d b y g r o u n d w a t e r f l u x e s I n w e s t c e n t r a l F l o r i d a i t i s a l s o p o s s i b l e f o r e v a p o r a t i o n l o s s e s t o e x c e e d p r e c i p i t a t i o n B e c a u s e o f t h i s n e t g r o u n d w a t e r f l o w ( i n f l o w – o u t f l o w ) c a n b e v e r y i m p o r t a n t f o r s u s t a i n i n g o r d e p l e t i n g l a k e s t a g e ( S w a n c a r e t a l 2 0 0 0 ; L e e 2 0 0 2 ) P r o p e r l y a c c o u n t i n g f o r g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t i o n s i s a n e s s e n t i a l s t e p i n r i d g e l a k e m a n a g e m e n t s t u d i e s E v e n w h e n g r o u n d w a t e r d o e s n o t h a v e a s i g n i f i c a n t c o n t r i b u t i o n t o a l a k e ’ s w a t e r b u d g e t i t c a n s t i l l h e a v i l y i n f l u e n c e w a t e r q u a l i t y S o l u t e s t h a t o r i g i n a t e i n t h e s h a l l o w g r o u n d w a t e r s y s t e m c a n o c c u r n a t u r a l l y f r o m g e o l o g i c o r a t m o s p h e r i c s o u r c e s ( S t a u f f e r 1 9 8 5 ; B a k e r e t a l 1 9 8 6 ; P o l l m a n e t a l 1 9 9 1 ) o r c a n b e d e r i v e d f r o m a n t h r o p o g e n i c s o u r c e s s u c h a s s e p t i c t a n k l e a c h a t e o r f e r t i l i z e r s ( F e l l o w s a n d B r e z o n i k 1 9 8 1 ; S t a u f f e r 1 9 9 1 ; T i h a n s k y a n d S a c k s 1 9 9 7 ) I n w e s t c e n t r a l F l o r i d a f o r e x a m p l e m a n y o f t h e l a k e

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6 b a s i n s h a v e b e e n d e v e l o p e d a n d i t i s p o s s i b l e f o r g r o u n d w a t e r t o b e c o m e e n r i c h e d i n m a j o r i o n s a n d n u t r i e n t s b e c a u s e o f a n t h r o p o g e n i c s o u r c e s I f t h i s e n r i c h e d g r o u n d w a t e r f l o w s i n t o a l a k e i t c a n h a v e a s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e w a t e r q u a l i t y o f t h e l a k e I t i s t h e r e f o r e n e c e s s a r y t o q u a n t i f y b o t h t h e g r o u n d w a t e r v o l u m e f l u x a n d n u t r i e n t f l u x i n o r d e r t o a c c u r a t e l y d e t e r m i n e l a k e w a t e r b u d g e t s a n d m a s s b a l a n c e s ( S a c k s e t a l 1 9 9 8 ) R e c e n t s t u d i e s h a v e f o c u s e d o n n e w t e c h n i q u e s f o r e s t i m a t i n g g r o u n d w a t e r i n f l o w s t o s u r f a c e w a t e r b o d i e s M a n y o f t h e s e i n v o l v e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h e s t h a t u s e v a r i o u s e n v i r o n m e n t a l c h e m i c a l t r a c e r s W h i l e t h e s e s t u d i e s h a v e s h o w n p r o m i s e f o r t h e f u t u r e t h e h i s t o r i c a l d a t a a r e n o t a l w a y s a v a i l a b l e a n d t h e a c c u r a c y o f t h e r e s u l t s i s o f t e n h i g h l y v a r i a b l e T r a d i t i o n a l m e t h o d s i n c l u d i n g d e t a i l e d m u l t i l a y e r f l o w m o d e l s a n d d e t a i l e d w a t e r b u d g e t s c a n i n v o l v e l a r g e a m o u n t s o f t i m e a n d m o n e y I n b o t h t h e n e w a n d t r a d i t i o n a l t e c h n i q u e s u n r e a s o n a b l e o r u n j u s t i f i e d a s s u m p t i o n s c a n o f t e n s t i l l b e m a d e a b o u t t h e p h y s i c a l s y s t e m i n o r d e r t o d e v e l o p r e s u l t s T h e r e i s a n e e d f o r a t e c h n i q u e t o a p p r o x i m a t e g r o u n d w a t e r i n f l o w s t o s u r f a c e w a t e r b o d i e s u s i n g t r a d i t i o n a l l y c o l l e c t e d w e l l d a t a a n d a q u i f e r p a r a m e t e r s a s w e l l a s a m e t h o d t o a c c o u n t f o r t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y i n g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s i n o r d e r t o b e u s e d i n d e t e r m i n i n g g r o u n d w a t e r l o a d i n g 1 2 B a c k g r o u n d B e c a u s e o f t h e n e e d t o a c c o u n t f o r g r o u n d w a t e r f l u x e s i n m a n y l a k e s y s t e m s v a r i o u s m e t h o d s h a v e b e e n u s e d T h e s e h a v e i n c l u d e d p h y s i c a l m e a s u r e m e n t s ( e g

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7 s e e p a g e m e t e r s ) f l o w n e t a n a l y s e s w a t e r b u d g e t a n d m a s s b a l a n c e a p p r o x i m a t i o n s c h e m i c a l t r a c e r s g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l s a n d s t a t i s t i c a l a n a l y s e s A l l o f t h e s e m e t h o d s m u s t a l s o i n c o r p o r a t e s o m e t e c h n i q u e t o d e t e r m i n e a c c u r a t e n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s i n o r d e r t o a p p r o x i m a t e n u t r i e n t l o a d i n g s I n t h e p a s t s e e p a g e m e t e r s w e r e u s e d f o r l o c a l i z e d d a t a n e e d s b e c a u s e t h e y m e a s u r e t h e a m o u n t o f i n f l o w o r s e e p a g e a t a g i v e n p o i n t o v e r t i m e H o w e v e r r e c e n t s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e y t o n o t p r o v i d e a c c u r a t e r e s u l t s T h e y a l s o c a n n o t b e u s e d f o r l a r g e r a r e a s b e c a u s e t h e y r e l y o n p o i n t m e a s u r e m e n t s a n d t h e s e m e a s u r e m e n t s m u s t b e e x t r a p o l a t e d s p a t i a l l y a n d t e m p o r a l l y i n o r d e r t o r e p r e s e n t a l a r g e r a r e a ( F e l l o w s a n d B r e z o n i k 1 9 8 0 ; B e l a n g e r a n d M o n t g o m e r y 1 9 9 2 ) I n a d d i t i o n t h e y a r e o n l y u s e d t o d e t e r m i n e i n f l o w s I f a s y s t e m d o e s n o t r e c e i v e a n y g r o u n d w a t e r i n f l o w t h e n a n a l t e r n a t i v e t e c h n i q u e w o u l d g i v e m o r e i n f o r m a t i o n s u c h a s d e t e r m i n i n g n e t g r o u n d w a t e r f l o w s t h r o u g h a w a t e r b u d g e t o r a u s i n g a s i m p l i f i e d g r o u n d w a t e r m o d e l t h a t c o u l d s t i l l g i v e a n a p p r o x i m a t i o n o f g r o u n d w a t e r o u t f l o w A f l o w n e t i s a s i m p l i f i e d g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l t h a t e s t i m a t e s o r a p p r o x i m a t e s s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s i n o r d e r t o d e t e r m i n e g r o u n d w a t e r f l o w s t o a s u r f a c e w a t e r b o d y I n g e n e r a l a f l o w n e t i s s e t u p a s a t w o d i m e n s i o n a l t r a n s e c t t h a t r e p r e s e n t s a f l o w p a t h f r o m a g r o u n d w a t e r f l o w d i v i d e t o a c o n s t a n t h e a d b o u n d a r y s u c h a s a l a k e I n a d d i t i o n t o a c o n s t a n t h e a d b o u n d a r y a n d a g r o u n d w a t e r f l o w d i v i d e a f l o w n e t a n a l y s i s r e q u i r e s t h e a q u i f e r p a r a m e t e r s n e e d e d f o r t h e s i m u l a t i o n o f s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s w h i c h a r e t h e d e p t h o f t h e f l o w f i e l d a n d t h e l a t e r a l h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y b u t i t d o e s n o t r e q u i r e t h e a q u i f e r p a r a m e t e r s t h a t a r e n e e d e d f o r v o l u m e s t o r a g e / c h a n g e u s e d i n t r a n s i e n t m o d e l s w h i c h a r e t h e p o r o s i t y a n d t h e s p e c i f i c y i e l d

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8 T h i s t y p e o f a n a l y s i s c a n b e b e n e f i c i a l i f l i m i t e d a q u i f e r d a t a a r e k n o w n p a r t i c u l a r l y i f t h e l i m i t e d d a t a i n c l u d e s e s t i m a t e s o f a q u i f e r d e p t h a n d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y I t i s a l s o b e n e f i c i a l b e c a u s e i t d o e s n o t d i r e c t l y n e e d t o a c c o u n t f o r o t h e r h y d r o l o g i c p r o c e s s e s s u c h a s s u r f a c e w a t e r f l o w s t h a t c o u l d i n f l u e n c e a t r a n s i e n t m o d e l i n c a s e s w h e r e v o l u m e a n d e l e v a t i o n c h a n g e s i n t h e l a k e n e e d t o b e c o n s i d e r e d T h i s t e c h n i q u e y i e l d s g o o d r e s u l t s w h e n h e a d d a t a a r e r e p r e s e n t a t i v e o f t h e e n t i r e s t u d y p e r i o d s i n c e i t u s e s a s t e a d y s t a t e a p p r o x i m a t i o n w i t h n o c h a n g e i n v o l u m e F o r t h i s r e a s o n t h i s i s n o t a t e c h n i q u e u s e d t o a c c o u n t f o r h i g h l y t r a n s i e n t v a r i a b l e s s u c h a s t h e w a t e r t a b l e I n a d d i t i o n t o t h e l i m i t s i m p o s e d b y t h e s t e a d y s t a t e a p p r o x i m a t i o n a n o t h e r l i m i t o f u s i n g f l o w n e t s i n v o l v e s t h e a c c u r a t e d e l i n e a t i o n o f t h e g r o u n d w a t e r f l o w b a s i n w h i c h c a n b e d i f f i c u l t f o r s y s t e m s t h a t h a v e i r r e g u l a r s h a p e d b a s i n b o u n d a r i e s a n d / o r p o s s i b l e f l o w t h r u r e g i o n s w i t h i n t h e l a k e ’ s g r o u n d w a t e r f l o w b a s i n W a t e r b u d g e t s h a v e b e e n u s e d e x t e n s i v e l y t o a c c o u n t f o r n e t g r o u n d w a t e r f l o w s T h e y a r e t y p i c a l l y u s e d t o d e t e r m i n e n e t g r o u n d w a t e r f l o w s a s t h e r e s i d u a l t o t h e w a t e r b u d g e t a s s h o w n b e l o w : V S S P E Gi oD + + = D w h e r e D G = n e t g r o u n d w a t e r f l o w ( i n f l o w – o u t f l o w ) P = p r e c i p i t a t i o n E = e v a p o r a t i o n Si = s u r f a c e w a t e r i n f l o w So = s u r f a c e w a t e r o u t f l o w a n d D V = c h a n g e i n v o l u m e T h e p r o b l e m w i t h t h i s t e c h n i q u e i s t h a t i t d o e s n o t g i v e a d i r e c t a p p r o x i m a t i o n o f e i t h e r g r o u n d w a t e r i n f l o w o r o u t f l o w o n l y t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t w o T h e r e f o r e o n e o f t h e t e r m s m u s t b e a p p r o x i m a t e d i n o r d e r t o c o m e u p w i t h t h e o t h e r T h e s e a p p r o x i m a t i o n s u s u a l l y i n v o l v e a s s u m e d v a l u e s f o r t h e h y d r o l o g y a n d / o r g e o l o g y o f t h e s y s t e m O n e e x a m p l e i s t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e m o s t n e g a t i v e m o n t h l y n e t f l o w

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9 s y m b o l i z e s o n l y g r o u n d w a t e r o u t f l o w ( i e l e a k a g e ) a n d d o e s n o t v a r y s u b s t a n t i a l l y w h e n c o m p a r e d w i t h g r o u n d w a t e r i n f l o w T h i s i s u s u a l l y a p e r i o d o f d r y w e a t h e r a n d i t i s a s s u m e d t h a t t h e r e i s l i t t l e o r n o g r o u n d w a t e r i n f l o w H o w e v e r e v e n i f g r o u n d w a t e r o u t f l o w d o e s r e m a i n r e l a t i v e l y c o n s t a n t t h i s a s s u m p t i o n c o u l d s t i l l u n d e r e s t i m a t e b o t h g r o u n d w a t e r i n f l o w a n d o u t f l o w I t i s s t i l l p o s s i b l e d u r i n g d r y p e r i o d s t o h a v e s u r f i c i a l h e a d g r a d i e n t s t o w a r d t h e l a k e s r e s u l t i n g i n g r o u n d w a t e r i n f l o w T h e r e f o r e i t i s n e c e s s a r y t o d e t e r m i n e a q u i f e r h e a d g r a d i e n t s u s i n g o b s e r v a t i o n w e l l s o r s o m e o t h e r t e c h n i q u e i n o r d e r t o m a k e t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e r e i s n o g r o u n d w a t e r i n f l o w I n c o r r e c t l y a s s u m i n g t h a t d r y p e r i o d s r e s u l t i n n o g r o u n d w a t e r i n f l o w w i l l p e r p e t u a t e t h e e r r o r s e n c o u n t e r e d w h e n e s t i m a t i n g g r o u n d w a t e r l o a d i n g a n d n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s I f t h e g r o u n d w a t e r t e r m s i n t h e w a t e r b u d g e t a r e s o l v e d f o r i n c o r r e c t l y t h e n t h e g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s w i l l b e “ c a l i b r a t e d ” t o a c c o u n t f o r a n i n c o r r e c t n u t r i e n t l o a d i n g v a l u e W a l k e r a n d H a v e n s ( 2 0 0 2 ) u s e d a s i m p l e n u m e r i c a l a p p r o x i m a t i o n t o a c c o u n t f o r g r o u n d w a t e r i n o r d e r t o d e v e l o p a m e t h o d t h a t c o u l d b e u s e d t o d e t e r m i n e a T M D L f o r p h o s p h o r u s t o L a k e I s t o k p o g a F l o r i d a T h e y w e r e a b l e t o m e a s u r e s u r f a c e w a t e r i n f l o w s a n d o u t f l o w s v i a g a u g e d c h a n n e l s t r u c t u r e s s i n c e a m a j o r i t y o f t h e s u r f a c e w a t e r f l o w s w e r e c h a n n e l i z e d p r i o r t o i n t e r a c t i o n w i t h t h e l a k e T h e r e m a i n i n g t e r m s o f t h e w a t e r b u d g e t e q u a t i o n c o u l d b e a c c o u n t e d f o r e x c e p t f o r g r o u n d w a t e r f l o w B e c a u s e t h e y f e l t t h a t g r o u n d w a t e r o u t f l o w c o u l d b e i g n o r e d b a s e d o n t h e g e o l o g y o f t h e s y s t e m t h e o n l y r e m a i n i n g t e r m i n t h e w a t e r b u d g e t e q u a t i o n w a s n e t g r o u n d w a t e r i n f l o w A n a d d i t i o n a l u n g a u g e d i n f l o w v a l u e w a s i n c l u d e d t o r e f l e c t g r o u n d w a t e r s e e p a g e f r o m a r e a s s u r r o u n d i n g t h e l a k e T h i s u n g a u g e d i n f l o w w a s a p p r o x i m a t e d a s a p e r c e n t a g e o f t h e

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1 0 g a u g e d s u r f a c e w a t e r i n f l o w i n o r d e r t o s a t i s f y t h e w a t e r b u d g e t T h e s a m e a p p r o a c h w a s u s e d i n d e t e r m i n i n g g r o u n d w a t e r l o a d i n g b a s e d o n a m a s s b a l a n c e e q u a t i o n B e c a u s e a l l o t h e r l o a d s a n d c o n c e n t r a t i o n s c o u l d b e m e a s u r e d g r o u n d w a t e r l o a d i n g / c o n c e n t r a t i o n c o u l d b e c a l c u l a t e d a s t h e r e s i d u a l t o t h e m a s s b a l a n c e F o r t h i s s y s t e m t h i s a p p r o x i m a t i o n m a y w o r k w e l l i f t h e a s s u m p t i o n a b o u t g r o u n d w a t e r o u t f l o w i s r e a s o n a b l e H o w e v e r i n a s y s t e m w h e r e g r o u n d w a t e r o u t f l o w c o u l d b e s i g n i f i c a n t o r w h e r e s u r f a c e w a t e r f l o w s c o u l d n o t b e e a s i l y m e a s u r e d t h e s e a p p r o x i m a t i o n s c o u l d n o t b e m a d e a n d a n o t h e r t e c h n i q u e m u s t b e u s e d t o a c c o u n t f o r t h e s e v a l u e s P B S & J ( 2 0 0 4 ) p e r f o r m e d a d e t a i l e d w a t e r b u d g e t a n d m a s s b a l a n c e a n a l y s i s o n t w o o f t h e l a k e s w i t h i n t h e W H C L f o r o n e y e a r T h e y s o l v e d t h e w a t e r b u d g e t e q u a t i o n f o r n e t g r o u n d w a t e r f l o w a n d u s e d D a r c y ’ s l a w t o a p p r o x i m a t e t h e g r o u n d w a t e r i n f l o w t e r m U s i n g D a r c y ’ s L a w r e q u i r e s s i m i l a r d a t a a s a f l o w n e t a n a l y s i s i n c l u d i n g l a t e r a l h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y h e a d g r a d i e n t s a n d c o n t a c t s u r f a c e a r e a b e t w e e n t h e a q u i f e r a n d t h e l a k e s H o w e v e r i t c o u l d b e d i f f i c u l t t o a p p r o x i m a t e t h e v a r i a t i o n i n h e a d g r a d i e n t s w i t h i n t h e l a k e ’ s g r o u n d w a t e r f l o w b a s i n u s i n g t h i s m e t h o d a l o n e G r o u n d w a t e r n u t r i e n t f l u x e s t o t h e l a k e s w e r e a c c o u n t e d f o r b y m u l t i p l y i n g t h e r e s u l t s o f t h e v o l u m e f l u x b y t h e a v e r a g e s u r f i c i a l w e l l n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s f o r t h e b a s i n E n v i r o n m e n t a l c h e m i c a l t r a c e r s h a v e b e e n u s e d i n t e c h n i q u e s t o q u a n t i f y b o t h s u r f a c e w a t e r a n d g r o u n d w a t e r i n f l o w s t o a s y s t e m C i m i n o ( 2 0 0 3 ) h a s s h o w n t h a t s t r e a m f l o w c o n d u c t i v i t y d a t a c a n b e u s e d i n n o n u r b a n i z e d e n v i r o n m e n t s t o s e p a r a t e s t r e a m f l o w s i n t o s u r f a c e w a t e r a n d g r o u n d w a t e r i n f l o w s D u r i n g p e r i o d s o f h e a v y r u n o f f s t r e a m c o n d u c t i v i t y d e c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y A l t e r n a t i v e l y s t r e a m c o n d u c t i v i t y i s v e r y h i g h d u r i n g d r y p e r i o d s w h e r e s t r e a m s a r e o n l y r e c e i v i n g g r o u n d w a t e r U s i n g t h e s e

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1 1 t w o e x t r e m e s a s l i n e a r b o u n d s t h e s e g r e g a t i o n o f s t r e a m w a t e r i n t o s u r f a c e w a t e r a n d g r o u n d w a t e r c a n b e a p p r o x i m a t e d b a s e d o n i t s c o n d u c t i v i t y T h i s t e c h n i q u e i s m u c h m o r e d i f f i c u l t t o u s e i n u r b a n i z e d e n v i r o n m e n t s d u e t o e l e v a t e d c o n d u c t i v i t y v a l u e s o f c e r t a i n u r b a n s u r f a c e d i s c h a r g e s o u r c e s i n c l u d i n g r o a d w a y r u n o f f f e r t i l i z e r r u n o f f i n d u s t r i a l d i s c h a r g e s s e w a g e d i s c h a r g e e t c T h i s t e c h n i q u e w o u l d a l s o b e d i f f i c u l t t o u s e f o r a s t a g n a n t w a t e r b o d y s u c h a s a l a k e b e c a u s e i t w o u l d b e d i f f i c u l t t o m e a s u r e t h e e x t r e m e b o u n d s d u e t o o t h e r i m p o r t a n t l o n g t e r m e f f e c t s s u c h a s p r e c i p i t a t i o n e v a p o r a t i o n a n d l e a k a g e S a c k s ( 2 0 0 2 ) u s e d t h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h t o e s t i m a t e g r o u n d w a t e r i n f l o w t o 8 1 l a k e s i n t h e c e n t r a l h i g h l a n d s a n d c o a s t a l l o w l a n d s o f c e n t r a l F l o r i d a T h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h u s e s t h e t r a c e r s D e u t e r i u m a n d O x y g e n 1 8 w h i c h a r e n a t u r a l l y o c c u r r i n g s t a b l e i s o t o p e s o f t h e w a t e r m o l e c u l e T h e s e i s o t o p e s a r e e x c e l l e n t c o n s e r v a t i v e t r a c e r s b e c a u s e t h e y a r e p a r t o f t h e w a t e r m o l e c u l e i t s e l f r a t h e r t h a n d i s s o l v e d c o n s t i t u e n t s t h a t m a y u n d e r g o r e a c t i o n s a n d d i s p e r s i o n T h e d i f f i c u l t y w i t h u s i n g t h e t r a c e r s a s w i t h m o s t t r a c e r s i s c o r r e c t l y m e a s u r i n g o r q u a n t i f y i n g a l l o f t h e s i g n i f i c a n t s o u r c e s I n g e n e r a l t h e a p p r o a c h c o m b i n e s t h e w a t e r b u d g e t a n d m a s s b a l a n c e e q u a t i o n s b e l o w : W a t e r B u d g e t : o i o iG G S S E P V+ + = D M a s s B a l a n c e : L o G i i L o i i E P LG G S S E P Vd d d d d d d+ + = D) ( w h e r e d r e p r e s e n t s t h e i s o t o p i c c o m p o s i t i o n f o r e a c h w a t e r b u d g e t t e r m S a c k s ’ s t u d y f o c u s e d o n l a k e s w i t h l i t t l e o r n o s u r f a c e w a t e r d r a i n a g e ( s e e p a g e l a k e s ) i n o r d e r t o e l i m i n a t e t h e e f f e c t o f u n c e r t a i n t y i n s u r f a c e w a t e r f l o w s a n d i s o t o p i c c o m p o s i t i o n o n c a l c u l a t e d g r o u n d w a t e r i n f l o w B y e l i m i n a t i n g t h e s u r f a c e w a t e r t e r m s a n d r e a r r a n g i n g

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1 2 t h e w a t e r b u d g e t e q u a t i o n t o s o l v e f o r g r o u n d w a t e r o u t f l o w t h e w a t e r b u d g e t e q u a t i o n c a n b e s u b s t i t u t e d i n t o t h e m a s s b a l a n c e e q u a t i o n t o g i v e t h e f o l l o w i n g f o r m u l a f o r d e t e r m i n i n g g r o u n d w a t e r i n f l o w : G i L L E P iE P E P Gd d d d d= ) ( T h e s t u d y s h o w e d t h a t i n w e s t c e n t r a l F l o r i d a s e e p a g e l a k e s c o m p u t e d g r o u n d w a t e r i n f l o w w a s m o s t s e n s i t i v e t o u n c e r t a i n t y i n v a r i a b l e s u s e d t o c a l c u l a t e t h e i s o t o p i c c o m p o s i t i o n o f e v a p o r a t i n g l a k e w a t e r S a c k s n o t e s t h a t t h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h w a s m o s t s u c c e s s f u l f o r l a k e s t h a t h a v e h i g h e r g r o u n d w a t e r i n f l o w s a r e d e e p e r a n d u n d e r g o l e s s i s o t o p i c v a r i a b i l i t y T h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h i s b e t t e r u s e d t o d i s t i n g u i s h w h e t h e r g r o u n d w a t e r i n f l o w q u a n t i t i e s f a l l w i t h i n a c e r t a i n r a n g e o f v a l u e s r a t h e r t h a n f o r p r e c i s e q u a n t i f i c a t i o n I t i s w e l l s u i t e d f o r e s t i m a t i n g g r o u n d w a t e r i n f l o w s t o l a k e s i n g e o g r a p h i c p r o x i m i t y a n d b y d o i n g t h i s g r o u n d w a t e r i n f l o w s c a n b e e x t r a p o l a t e d t o l a k e s i n t h e r e g i o n t h a t h a v e s i m i l a r g e o l o g i c f e a t u r e s b u t m a y a l s o h a v e s i g n i f i c a n t s u r f a c e w a t e r f l o w s S a c k s a l s o n o t e s t h a t f o r m u l t i p l e l a k e s t h e t e c h n i q u e i s m o s t s u c c e s s f u l w h e n c o u p l e d w i t h d e t a i l e d d a t a c o l l e c t i o n a t a l a k e w i t h a k n o w n w a t e r b u d g e t H o w e v e r i t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t h i s t e c h n i q u e w o u l d n o t w o r k d i r e c t l y w i t h a l a k e t h a t i s i n f l u e n c e d b y s u r f a c e w a t e r f l o w s u n l e s s t h e s e f l o w s a n d t h e i r c o r r e s p o n d i n g i s o t o p i c c o m p o s i t i o n s w e r e a c c o u n t e d f o r D e t a i l e d g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l s o r i n t e g r a t e d s u r f a c e w a t e r / g r o u n d w a t e r m o d e l s c a n b e t h e b e s t m e t h o d s t o q u a n t i f y g r o u n d w a t e r f l o w s i n l a k e b a s i n s H o w e v e r t h e s e o f t e n l a c k s u f f i c i e n t d a t a t o p r o p e r l y p a r a m e t e r i z e t h e m o d e l s F o r i n s t a n c e a d e t a i l e d m u l t i l a y e r e d t r a n s i e n t g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l w o u l d r e q u i r e m a n y a q u i f e r

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1 3 p a r a m e t e r s i n c l u d i n g d e p t h s v e r t i c a l a n d l a t e r a l h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t i e s p o r o s i t i e s a n d s p e c i f i c y i e l d s f o r e a c h l a y e r I t w o u l d a l s o r e q u i r e d e t a i l e d t r a n s i e n t w a t e r b u d g e t t e r m s s u c h a s g r o u n d w a t e r h e a d s l a k e s t a g e s r a i n f a l l a n d e v a p o t r a n s p i r a t i o n ( E T ) T h e s e p a r a m e t e r s a r e n o t a l w a y s r e a d i l y a v a i l a b l e a n d c a n t a k e l a r g e a m o u n t s o f t i m e a n d m o n e y t o c o l l e c t I f t h e s e d a t a a l o n g w i t h h i g h r e s o l u t i o n r a i n f a l l / r e c h a r g e d a t a a r e a v a i l a b l e t h e n d e t a i l e d m o d e l i n g s t u d i e s c a n p r o v i d e g o o d e s t i m a t e s f o r g r o u n d w a t e r f l o w s H i g h r e s o l u t i o n r a i n f a l l / r e c h a r g e d a t a a r e e s p e c i a l l y i m p o r t a n t i n s h a l l o w w a t e r t a b l e e n v i r o n m e n t s b e c a u s e l o n g t i m e s t e p s c a n c a u s e l o w g r o u n d w a t e r v o l u m e p r e d i c t i o n s T h e s e l o w p r e d i c t i o n s o c c u r b e c a u s e r e c h a r g e s t r e s s e s a n d g r o u n d w a t e r f l o w r e s p o n s e s d u r i n g r a i n y p e r i o d s a r e a v e r a g e d o v e r t o o l o n g a t i m e p e r i o d W h e n i n f l o w i s u n d e r e s t i m a t e d l e a k a g e i s a l s o u n d e r e s t i m a t e d b e c a u s e i n f l o w a n d l e a k a g e a r e c o r r e l a t e d i f l a k e s t a g e i s m a i n t a i n e d o v e r t h e l o n g t e r m T o s i m u l a t e t h e t o t a l g r o u n d w a t e r i n f l o w t o l a k e s s a t u r a t e d f l o w m o d e l s o f l a k e b a s i n s n e e d t o a c c o u n t f o r t h e p o t e n t i a l e f f e c t s o f r a p i d a n d e f f i c i e n t r e c h a r g e i n t h e s u r f i c i a l a q u i f e r s y s t e m c l o s e s t t o t h e l a k e o r o t h e r s h a l l o w w a t e r t a b l e a r e a s I n t h i s p a r t o f t h e b a s i n t h e a b i l i t y t o a c c u r a t e l y e s t i m a t e r e c h a r g e i s c r u c i a l b e c a u s e t h e r e s p o n s e t i m e b e t w e e n r a i n f a l l a n d r e c h a r g e i s s h o r t e s t ( S w a n c a r a n d L e e 2 0 0 3 ) S t a t i s t i c a l a n a l y s e s c a n b e c o u p l e d w i t h g r o u n d w a t e r a p p l i c a t i o n s i n v a r i o u s w a y s O n e w a y s t a t i s t i c s c a n b e u s e d i n g r o u n d w a t e r a p p l i c a t i o n s i s t h r o u g h t h e u s e o f i n v e r s e m o d e l i n g t e c h n i q u e s s u c h a s a n o n l i n e a r l e a s t s q u a r e s r e g r e s s i o n t o a u t o m a t i c a l l y a d j u s t a n u n k n o w n m o d e l p a r a m e t e r v a l u e i n o r d e r t o g i v e t h e b e s t p r e d i c t i o n o f a k n o w n r e s u l t M o d e l i n g c a l i b r a t i o n h a s t r a d i t i o n a l l y b e e n a c c o m p l i s h e d b y t h e m a n u a l t r i a l a n d e r r o r a p p r o a c h d u r i n g w h i c h t h e m o d e l e r i t e r a t i v e l y s e l e c t s

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1 4 p a r a m e t e r v a l u e s t o i m p r o v e t h e m o d e l r e s u l t s H o w e v e r a c a l i b r a t i o n o b t a i n e d u s i n g t h i s a p p r o a c h a l o n e d o e s n o t g u a r a n t e e t h e s t a t i s t i c a l l y b e s t s o l u t i o n I n v e r s e m o d e l i n g t e c h n i q u e s h a v e b e e n s h o w n t o i m p r o v e t h e q u a l i t y o f g r o u n d w a t e r m o d e l s a n d y i e l d r e s u l t s t h a t a r e n o t r e a d i l y a v a i l a b l e t h r o u g h t r i a l a n d e r r o r c a l i b r a t i o n e f f o r t s a l o n e ( P o e t e r a n d H i l l 1 9 9 6 ; Y o b b i 2 0 0 0 ; T r o u t 2 0 0 2 ) T h i s t e c h n i q u e c a n b e u s e f u l i n s t e a d y s t a t e p r e d i c t i o n s b e c a u s e s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r h e a d s a r e d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e r a t i o o f r e c h a r g e t o l a t e r a l h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y T h e r e f o r e i f o n e o f t h e s e v a l u e s i s k n o w n a n i n v e r s e m o d e l i n g t e c h n i q u e c a n b e u s e d t o a c h i e v e t h e b e s t a p p r o x i m a t i o n o f t h e o t h e r v a l u e i n o r d e r t o m a t c h t a r g e t d a t a T r o u t ( 2 0 0 2 ) u s e d t h e p a r a m e t e r e s t i m a t i o n p r o g r a m P E S T ( D o h e r t y 2 0 0 1 ) t o a u t o m a t i c a l l y a d j u s t a q u i f e r p a r a m e t e r s w i t h i n s p e c i f i e d z o n a l b o u n d a r i e s t o m a t c h t a r g e t w e l l d a t a A r e a s t h a t h a d c o m m o n r e s i d u a l s c o m p a r e d t o t a r g e t w e l l d a t a w e r e i n i t i a l l y g r o u p e d t o g e t h e r i n a c o m m o n z o n e A f t e r P E S T w a s r u n o n t h e m o d e l z o n e s t h a t h a d o v e r l a p p i n g c o n f i d e n c e i n t e r v a l s c o u l d b e c o m b i n e d t o r e d u c e t h e n u m b e r o f t o t a l z o n e s w i t h i n t h e m o d e l T h i s p r o c e d u r e w a s r e p e a t e d u n t i l t h e b e s t s t a t i s t i c a l m o d e l f i t w a s a c h i e v e d T h i s s t u d y s h o w e d t h e b e n e f i t o f u s i n g a n i n v e r s e m o d e l i n g t e c h n i q u e f o r s i m p l i f y i n g g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l s b y r e d u c i n g t h e n u m b e r o f z o n e s w i t h v a r y i n g a q u i f e r p a r a m e t e r s a n d b y f i n d i n g a b e t t e r s t a t i s t i c a l f i t t h a n t h a t w h i c h c o u l d b e a c h i e v e d b y t r i a l a n d e r r o r t e c h n i q u e s a l o n e A n o t h e r w a y s t a t i s t i c s c a n b e u s e d w i t h g r o u n d w a t e r a p p l i c a t i o n s i s t h r o u g h t h e u s e o f p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d / o r m e a s u r a b l e v a l u e s t o c r e a t e r e g r e s s i o n s t h a t c o r r e l a t e t h e s e c h a r a c t e r i s t i c s w i t h g r o u n d w a t e r f l o w v a l u e s T h e s e r e g r e s s i o n s c a n t h e n b e u s e d t o e x t r a p o l a t e v a l u e s t o o t h e r a r e a s w i t h s i m i l a r c h a r a c t e r i s t i c s T h i s t e c h n i q u e o b v i o u s l y r e q u i r e s a c c u r a t e g r o u n d w a t e r f l o w v a l u e s t o c r e a t e a c c u r a t e r e g r e s s i o n s s o

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1 5 a n o t h e r t e c h n i q u e w o u l d f i r s t b e r e q u i r e d t o p r e d i c t g r o u n d w a t e r f l o w s I t i s t h e r e f o r e n o t a v a l i d t e c h n i q u e f o r c a l c u l a t i n g g r o u n d w a t e r f l o w s i t s e l f b u t r a t h e r a w a y t o e x t r a p o l a t e f l o w s b a s e d o n c o m m o n c h a r a c t e r i s t i c s S a c k s ( 2 0 0 2 ) u s e d m u l t i p l e l i n e a r r e g r e s s i o n m o d e l s t o c o r r e l a t e b a s i n c h a r a c t e r i s t i c s w i t h t h e c a l c u l a t e d g r o u n d w a t e r i n f l o w s d e t e r m i n e d f r o m t h e s t u d y u s i n g t h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h T h e r e s u l t s f r o m t h i s s t u d y s t a t e d t h a t g e o g r a p h i c a l l y s p e c i f i c r e g r e s s i o n m o d e l s w e r e g e n e r a l l y p o o r e r t h a n r e g r e s s i o n m o d e l s f o r t h e e n t i r e s t u d y a r e a a n d t h a t r e g r e s s i o n m o d e l s s h o u l d n o t b e u s e d f o r p r e c i s e q u a n t i f i c a t i o n o f g r o u n d w a t e r i n f l o w s t o i n d i v i d u a l l a k e s b u t r a t h e r i n d e t e r m i n i n g g r o u n d w a t e r f l o w s w i t h i n a r a n g e o f v a l u e s a s p e r t h e a c c u r a c y o f t h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h E v e n t h o u g h t h e r e g r e s s i o n s c o u p l e d w i t h t h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h s h o u l d n o t b e u s e d t o d e t e r m i n e p r e c i s e v a l u e s t h i s t e c h n i q u e d o e s s h o w t h e v a l i d i t y o f u s i n g r e g r e s s i o n s t o p r e d i c t w h e t h e r o r n o t g r o u n d w a t e r f l o w s a r e s i g n i f i c a n t w i t h i n a g i v e n r e g i o n

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1 6 C H A P T E R 2 : M E T H O D S T h e g o a l o f t h i s s t u d y w a s t o d e v e l o p a s i m p l i s t i c m e t h o d t o a c c o u n t f o r b o t h g r o u n d w a t e r v o l u m e a n d n u t r i e n t f l u x e s t o s u r f a c e w a t e r b o d i e s u s i n g t r a d i t i o n a l l y c o l l e c t e d d a t a a n d / o r d a t a t h a t c a n b e e a s i l y a c q u i r e d i n t h e f u t u r e T h e m e t h o d s d e s c r i b e d a r e d e s i g n e d t o a l l o w f o r g r o u n d w a t e r t o b e a c c o u n t e d f o r w i t h o u t h a v i n g t o q u a n t i f y a l l o t h e r f l u x e s n e e d e d i n a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s H o w e v e r t h e p u r p o s e b e h i n d t h e d e v e l o p m e n t o f t h i s t e c h n i q u e i s t o i n c o r p o r a t e g r o u n d w a t e r i n t o s u r f a c e w a t e r m a n a g e m e n t s t u d i e s F o r t h i s r e a s o n t h e W H C L w a s u s e d a s a c a s e s t u d y t o i n c o r p o r a t e g r o u n d w a t e r i n t o a p o l l u t a n t l o a d r e d u c t i o n g o a l ( P L R G ) f o r t h e W H C L ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) T h e P L R G s t u d y i n c o r p o r a t e d b o t h s u r f a c e w a t e r a n d g r o u n d w a t e r l o a d s t o t h e l a k e s i n o r d e r t o a s s e s s t h e w a t e r q u a l i t y a n d d e v e l o p l o a d r e d u c t i o n s c e n a r i o s f o r t h e l a k e s R u n o f f l o a d s a n d s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r l o a d s w e r e a p p l i e d t o t h e l a k e s t h r o u g h t h e u s e o f m o d e l i n g a p p l i c a t i o n s a n d a s i m p l e t r a n s p o r t m o d e l w a s u s e d t o g e n e r a t e f l o w s b e t w e e n t h e l a k e s A w a t e r q u a l i t y m o d e l w a s d e v e l o p e d t o m o d e l l a k e w a t e r q u a l i t y i n c o r p o r a t i n g a l l o f t h e l o a d s g e n e r a t e d f r o m r u n o f f a n d g r o u n d w a t e r a s w e l l a s t h e t r a n s p o r t w i t h i n t h e c h a i n s y s t e m H o w e v e r o n l y t h e i n f l u e n c e o f g r o u n d w a t e r i s d i s c u s s e d i n t h i s m a n u s c r i p t F o r a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f a l l t h e m o d e l i n g a p p l i c a t i o n s r e f e r t o M c C a r y a n d R o s s ( 2 0 0 5 ) T h e t i m e f r a m e s e l e c t e d f o r t h a t s t u d y

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1 7 w a s t h e t e n y e a r p e r i o d f r o m 1 9 9 0 – 1 9 9 9 a n d t h i s t i m e f r a m e w a s u s e d a s a g u i d e f o r a c q u i r i n g t h e d a t a n e e d e d f o r m e t h o d d e v e l o p m e n t B e c a u s e o f t h e b e s t o v e r a l l a v a i l a b i l i t y f o r g r o u n d w a t e r d a t a t h e t i m e p e r i o d f r o m 1 9 9 2 – 1 9 9 9 w a s u s e d f o r t h e m o d e l i n g a p p l i c a t i o n s d i s c u s s e d i n t h i s c h a p t e r T h i s d a t e r a n g e w a s e x p a n d e d i n c l u d i n g d a t a c o l l e c t e d o n t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y i n g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s f r o m w e l l s w i t h i n d i f f e r e n t l a n d u s e s w h i c h i s a l s o d i s c u s s e d i n t h i s c h a p t e r 2 1 I n c o r p o r a t i n g G r o u n d W a t e r V o l u m e F l u x e s B e c a u s e o f t h e p o t e n t i a l f o r s i g n i f i c a n t g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t i o n t o t h e W H C L a m e t h o d w a s d e v e l o p e d t o d e t e r m i n e i t s m a g n i t u d e T h e m e t h o d d e v e l o p e d w a s t h e a p p l i c a t i o n o f a s t e a d y s t a t e 1 l a y e r s u r f i c i a l a q u i f e r f l o w m o d e l G r o u n d w a t e r V i s t a s ( R u m b a u g h a n d R u m b a u g h 2 0 0 1 ) a p r e / p o s t p r o c e s s o r p a c k a g e f o r g r o u n d w a t e r m o d e l s w a s u s e d t o c r e a t e M O D F L O W ( M c D o n a l d a n d H a r b a u g h 1 9 8 8 ) d a t a s e t s f o r e a c h o f t h e e i g h t y e a r s o f t h e m o d e l t i m e p e r i o d I n o r d e r t o d e v e l o p t h e m o d e l s s p e c i f i c d a t a a n d p r o c e d u r e s w e r e r e q u i r e d T h e g r o u n d w a t e r m o d e l d o m a i n w a s d e s i g n e d t o r e p r e s e n t 1 l a y e r t h e s u r f i c i a l a q u i f e r s y s t e m F o r t h i s m o d e l i n g a p p l i c a t i o n i t w a s r e q u i r e d t o d e v e l o p n o f l o w b o u n d a r i e s a r o u n d t h e f l o w b a s i n c o n s t a n t h e a d b o u n d a r i e s f o r t h e l a k e s t a r g e t s u r f i c i a l w e l l h e a d d a t a f o r c a l i b r a t i o n p u r p o s e s a n d a q u i f e r p a r a m e t e r s n e e d e d f o r t h e f l o w s y s t e m A g e n e r a l s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r n o f l o w b o u n d a r y w a s d e l i n e a t e d a r o u n d t h e e n t i r e l a k e s y s t e m b a s e d o n t h e t o p o g r a p h i c b o u n d a r i e s w h i c h i s a r e a s o n a b l e a s s u m p t i o n f o r s u r f i c i a l a q u i f e r s y s t e m s i n a r e a s w i t h

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1 8 r e l a t i v e l y s i g n i f i c a n t r e l i e f T h e t o p o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n u s e d w a s m a d e a v a i l a b l e b y t h e S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t ( S W F W M D ) I n t h e m o d e l s e a c h l a k e i s m o d e l e d a s a c o n s t a n t h e a d b o u n d a r y b a s e d o n i t s a n n u a l a v e r a g e e l e v a t i o n T h e c o n s t a n t h e a d b o u n d a r y m a k e s i t a n i n f i n i t e s i n k o r s o u r c e i n t h e m o d e l A n n u a l a v e r a g e s u r f i c i a l a q u i f e r h e a d s a r e u s e d f o r t a r g e t h e a d v a l u e s r e q u i r i n g t h e c o l l e c t i o n o f s u r f i c i a l a q u i f e r w e l l d a t a w i t h i n t h e g r o u n d w a t e r f l o w b a s i n A l s o n e e d e d f o r t h e m o d e l i n g a n a l y s i s i s t h e d e p t h o f t h e f l o w f i e l d a n d t h e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y f o r t h e r e g i o n D a t a o n a q u i f e r d e p t h a n d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y w e r e a v a i l a b l e t h r o u g h n u m e r o u s r e p o r t s p u b l i s h e d b y b o t h t h e S W F W M D a n d t h e U n i t e d S t a t e s G e o l o g i c a l S u r v e y ( U S G S ) S u r f i c i a l a q u i f e r d e p t h s i n t h e a r e a v a r i e d f r o m a p p r o x i m a t e l y 8 0 f e e t n e a r t h e l a k e s t o 1 2 0 f e e t i n t h e h i g h e r u p l a n d a r e a s I n t h e m o d e l s t h e b o t t o m o f t h e s u r f i c i a l a q u i f e r w a s s p e c i f i e d a s 5 0 f e e t w h i c h i s a p p r o x i m a t e l y 8 0 f e e t b e l o w a v e r a g e l a k e e l e v a t i o n s A l a t e r a l h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y v a l u e o f 8 f t / d a y i s u s e d t o a p p r o x i m a t e t h e a v e r a g e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y o v e r t h e W H C L b a s i n I n c o r p o r a t e d w i t h t h e u s e o f M O D F L O W w a s a p a r a m e t e r e s t i m a t i o n p r o g r a m P E S T P E S T u s e s a n i n v e r s e p r e d i c t i o n t e c h n i q u e t o f i n d t h e b e s t p o s s i b l e v a l u e f o r a n u n k n o w n p a r a m e t e r I n t h i s c a s e i t w a s u s e d t o d e t e r m i n e n e t s u r f i c i a l r e c h a r g e r a t e s i n o r d e r t o m a t c h m o d e l a q u i f e r h e a d s w i t h t a r g e t w e l l d a t a L a k e s t a g e d a t a w a s c o l l e c t e d f r o m t h e S W F W M D f o r a l l l a k e s t h a t h a d d a t a w i t h i n t h e W H C L I t a p p e a r s t h a t f o r s o m e o f t h e l a k e s t h e v a l u e s w e r e o n l y “ c h e c k s ” t o c o m p a r e t h e i r e l e v a t i o n s t o a l a k e w i t h a m o r e c o m p l e t e r e c o r d F o r t h i s r e a s o n a r e p r e s e n t a t i v e l a k e f o r b o t h t h e S o u t h e r n C h a i n a n d t h e N o r t h e r n C h a i n a r e u s e d t o r e f l e c t a l l o f t h e l a k e s w i t h i n t h e s y s t e m T h r e e o f t h e l a k e s a r e o n l y c o n n e c t e d a t h i g h w a t e r

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1 9 e l e v a t i o n s s o t h e s e l a k e s a r e c o n s i d e r e d s e p a r a t e l y L a k e H o w a r d ( F i g u r e 2 ) h a d t h e m o s t r e c o r d e d d a t a p o i n t s i n t h e S o u t h e r n C h a i n s o i t i s s h o w n a s a r e p r e s e n t a t i v e o f f o u r t e e n o f t h e i n t e r c o n n e c t e d S o u t h e r n C h a i n l a k e s L a k e C o n i n e ( F i g u r e 3 ) h a d t h e m o s t r e c o r d e d d a t a p o i n t s i n t h e N o r t h e r n C h a i n s o i t i s s h o w n a s a r e p r e s e n t a t i v e o f f o u r o f t h e i n t e r c o n n e c t e d N o r t h e r n C h a i n l a k e s L a k e B l u e L a k e M a r i a n a a n d L a k e F a n n i e ( F i g u r e s 4 5 a n d 6 r e s p e c t i v e l y ) a r e o n l y c o n n e c t e d u n d e r e l e v a t e d c o n d i t i o n s s o t h e y a r e s h o w n s e p a r a t e l y L a k e H o w a r d ( S o u t h )1 2 7 1 2 8 1 2 9 1 3 0 1 3 1 1 3 2 1 3 3 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 Y e a rS t a g e ( f t ) F i g u r e 2 : L a k e H o w a r d S t a g e v s T i m e ( R e p r e s e n t i n g t h e S o u t h e r n C h a i n L a k e s )

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2 0 L a k e C o n i n e ( N o r t h )1 2 3 1 2 4 1 2 5 1 2 6 1 2 7 1 2 8 1 2 9 1 3 0 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 Y e a rS t a g e ( f t ) F i g u r e 3 : L a k e C o n i n e S t a g e v s T i m e ( R e p r e s e n t i n g t h e N o r t h e r n C h a i n L a k e s ) L a k e B l u e1 4 6 0 1 4 6 5 1 4 7 0 1 4 7 5 1 4 8 0 1 4 8 5 1 4 9 0 1 4 9 5 1 5 0 0 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 Y e a rS t a g e ( f t ) F i g u r e 4 : L a k e B l u e S t a g e v s T i m e

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2 1 L a k e M a r i a n a1 3 4 5 1 3 5 0 1 3 5 5 1 3 6 0 1 3 6 5 1 3 7 0 1 3 7 5 1 3 8 0 1 3 8 5 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 Y e a rS t a g e ( f t ) F i g u r e 5 : L a k e M a r i a n a S t a g e v s T i m e L a k e F a n n i e1 2 0 1 2 1 1 2 2 1 2 3 1 2 4 1 2 5 1 2 6 1 2 7 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 Y e a rS t a g e ( f t ) F i g u r e 6 : L a k e F a n n i e S t a g e v s T i m e

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2 2 A l l a v a i l a b l e w e l l h e a d d a t a f o r P o l k C o u n t y w e r e c o l l e c t e d f r o m t h e S W F W M D f o r t h e m o d e l i n g p e r i o d T h e r e a r e a t o t a l o f f o u r w e l l s l o c a t e d w i t h i n t h e e n t i r e W H C L b a s i n t h a t h a v e a v a i l a b l e a q u i f e r h e a d d a t a : t w o s u r f i c i a l a q u i f e r w e l l s a n d t w o F l o r i d a n a q u i f e r w e l l s T h i s i s a l s o c o n v e n i e n t l y s p l i t b e t w e e n o n e w e l l o f e a c h a q u i f e r t y p e l o c a t e d i n t h e N o r t h e r n C h a i n b a s i n a n d t h e S o u t h e r n C h a i n b a s i n T h e s e w e l l h e a d v a l u e s a r e s h o w n i n F i g u r e 7 T h e l o c a t i o n s o f t h e w e l l s a r e s h o w n i n F i g u r e 8 A l t h o u g h t h e r e i s l i m i t e d w e l l d a t a w i t h i n t h e b a s i n i t c l e a r l y s h o w s t h a t t h e p o t e n t i o m e t r i c h e a d s f o r t h e F l o r i d a n a q u i f e r a r e b e l o w b o t h t h e s u r f i c i a l w e l l h e a d s a n d t h e l a k e s t a g e s s h o w n i n F i g u r e s 2 6 T h i s m e a n s t h a t t h e a r e a i s a F l o r i d a n a q u i f e r r e c h a r g e z o n e w h i c h s h o u l d b e e x p e c t e d f o r t h e r i d g e s y s t e m w h e r e t h e l a k e s a r e l o c a t e d I t a l s o c l e a r l y s h o w s t h a t s u r f i c i a l w e l l h e a d s a r e a b o v e m o s t o f t h e l a k e s t a g e s s h o w n i n F i g u r e s 2 6 m e a n i n g t h a t t h e r e i s s u r f i c i a l i n f l o w t o t h o s e l a k e s 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 Y e a rH e a d ( f t ) N o r t h F l o r i d a n S o u t h F l o r i d a n N o r t h S u r f i c i a l S o u t h S u r f i c i a l F i g u r e 7 : W e l l H e a d s v s T i m e

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2 3 F i g u r e 8 : W e l l L o c a t i o n s w i t h i n t h e W H C L B a s i n

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2 4 A s p r e v i o u s l y s t a t e d t h e a n n u a l a v e r a g e o f l a k e e l e v a t i o n s w e r e u s e d t o c r e a t e a c o n s t a n t h e a d b o u n d a r y f o r e a c h l a k e a n d a n n u a l a v e r a g e s o f s u r f i c i a l w e l l h e a d s w e r e u s e d a s t a r g e t w e l l d a t a T a b l e 2 s h o w s t h e a n n u a l a v e r a g e l a k e s t a g e s a n d s u r f i c i a l a q u i f e r w e l l h e a d s t h a t w e r e u s e d i n t h e m o d e l R e c o r d e d s t a g e v a l u e s f o r L a k e F a n n i e f o r y e a r s 1 9 9 8 a n d 1 9 9 9 w e r e i n c o m p l e t e s o t h e v a l u e s u s e d a r e t h e a v e r a g e s o f t h e p r e v i o u s s i x y e a r s o f d a t a T h e a n n u a l a v e r a g e v a l u e s w e r e u s e d t o a p p r o x i m a t e s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s f o r e a c h y e a r N e t s u r f i c i a l r e c h a r g e r a t e s a r e d e t e r m i n e d b a s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f P E S T u s i n g t h e g i v e n h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y t o d e t e r m i n e t h e v a l u e s o f a n n u a l a v e r a g e n e t r e c h a r g e t h a t y i e l d t h e c l o s e s t a q u i f e r h e a d v a l u e s t o t a r g e t w e l l d a t a B e c a u s e t h e r e w e r e t w o s u r f i c i a l w e l l s w i t h i n t h e m o d e l d o m a i n o n e i n t h e S o u t h e r n C h a i n a n d o n e i n t h e N o r t h e r n C h a i n t w o r e c h a r g e z o n e s w e r e u s e d t o r e p r e s e n t b o t h s e c t i o n s o f t h e c h a i n B y u s i n g t h e s t e a d y s t a t e a p p r o a c h t a r g e t h e a d v a l u e s a r e s i m p l y a f u n c t i o n o f t h e r a t i o b e t w e e n r e c h a r g e a n d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y S i n c e t h e t a r g e t w e l l h e a d s a n d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y a r e k n o w n P E S T c a l c u l a t e s t h e b e s t s t a t i s t i c a l v a l u e f o r r e c h a r g e r a t e s T h e d e t e r m i n e d r e c h a r g e r a t e s a r e c o n s i d e r e d n e t s u r f i c i a l r e c h a r g e r a t e s b e c a u s e t h e y a r e a c t u a l l y r e c h a r g e v a l u e s m i n u s E T a n d l e a k a g e t o t h e u n d e r l y i n g a q u i f e r B y u s i n g a 1 l a y e r s u r f i c i a l a q u i f e r m o d e l a n d n e t s u r f i c i a l r e c h a r g e r a t e s t h e r e w a s n o n e e d t o a c c o u n t f o r t h e a c t u a l v a l u e s o f E T a n d l e a k a g e f o r t h e s a k e o f d e t e r m i n i n g g r o u n d w a t e r i n f l o w s D e t e r m i n i n g f l o w v a l u e s w a s o n l y a m a t t e r o f d e t e r m i n i n g h e a d g r a d i e n t s a n d a q u i f e r f l o w p a r a m e t e r s s i n c e a l l m o d e l n e t r e c h a r g e g o e s t o t h e l a k e s O n c e t h e v a l u e s f o r n e t r e c h a r g e w e r e d e t e r m i n e d t h e y c o u l d b e a p p l i e d t o d e t e r m i n e t h e f l o w s t o e a c h i n d i v i d u a l l a k e T h e m o d e l i s s i m i l a r t o a f l o w n e t a n a l y s i s i n t h a t i t u s e s a d e p t h o f

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2 5 f l o w f i e l d r e c h a r g e r a t e a n d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y H o w e v e r o n e m a j o r d i f f e r e n c e b e t w e e n t h i s a n a l y s i s a n d a f l o w n e t a n a l y s i s i s t h a t t h e r e i s n o a p p r o x i m a t i o n t o a n i n d i v i d u a l l a k e ’ s c o n t r i b u t i n g a r e a o r f l o w p a t h T h e e n t i r e W H C L b a s i n i s d e l i n e a t e d a s a w h o l e a n d t h e g r o u n d w a t e r f l o w p a t h s t o i n d i v i d u a l l a k e s w e r e d e t e r m i n e d b y t h e m o d e l T h i s w i l l a l l o w f o r f l o w t h r u a r e a s w i t h i n a l a k e ’ s t o p o g r a p h i c b a s i n t h a t c o u l d n o t b e a c c o u n t e d f o r b y a f l o w n e t a n a l y s i s T a b l e 2 : A n n u a l A v e r a g e L a k e S t a g e s a n d S u r f i c i a l A q u i f e r W e l l H e a d s S i t e N a m e 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 L a k e H o w a r d S t a g e ( f t ) 1 3 1 5 5 1 3 1 5 5 1 3 1 6 3 1 3 1 6 8 1 3 1 6 2 1 3 1 5 0 1 3 1 7 2 1 3 0 8 4 L a k e C o n i n e S t a g e ( f t ) 1 2 8 2 7 1 2 7 7 1 1 2 7 5 3 1 2 8 1 0 1 2 8 2 3 1 2 8 3 7 1 2 8 4 9 1 2 7 8 5 L a k e B l u e S t a g e ( f t ) 1 4 8 3 1 1 4 7 6 3 1 4 7 7 4 1 4 7 9 9 1 4 7 6 7 1 4 8 0 2 1 4 8 0 4 1 4 7 6 9 L a k e M a r i a n a S t a g e ( f t ) 1 3 6 5 2 1 3 6 5 6 1 3 6 5 6 1 3 6 5 5 1 3 6 4 3 1 3 6 5 5 1 3 6 6 4 1 3 6 0 3 L a k e F a n n i e S t a g e ( f t ) 1 2 4 9 3 1 2 4 7 8 1 2 4 5 7 1 2 5 1 2 1 2 4 8 2 1 2 3 9 9 1 2 4 7 0 1 2 4 7 0 S o u t h S u r f i c i a l W e l l H e a d ( f t ) 1 3 5 1 0 1 3 5 1 2 1 3 4 4 9 1 3 5 7 3 1 3 4 3 7 1 3 2 6 0 1 3 6 9 1 1 3 3 3 5 N o r t h S u r f i c i a l W e l l H e a d ( f t ) 1 3 6 1 6 1 3 4 0 9 1 3 2 7 0 1 3 4 7 1 1 3 4 4 6 1 3 3 4 0 1 3 7 7 7 1 3 3 7 4 2 2 I n c o r p o r a t i n g G r o u n d W a t e r N u t r i e n t F l u x e s T h e g r o u n d w a t e r n u t r i e n t f l u x t o t h e W H C L w a s t o b e a c c o u n t e d f o r b y m u l t i p l y i n g r e c o r d e d s u r f i c i a l a q u i f e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s w i t h i n t h e W H C L b y t h e v o l u m e l o a d i n g v a l u e s d e t e r m i n e d i n t h e m o d e l i n g a n a l y s i s A n i n i t i a l i n v e s t i g a t i o n i n t o g r o u n d w a t e r q u a l i t y d a t a w i t h i n t h e W H C L b a s i n r e v e a l e d n u t r i e n t d a t a a t o n l y t h e o n e s u r f i c i a l a q u i f e r w e l l l o c a t e d i n t h e S o u t h e r n C h a i n b a s i n B e c a u s e t h e P L R G s t u d y d e t e r m i n e d t h e l a k e s t o b e p h o s p h o r u s l i m i t e d ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) t h i s a n a l y s i s f o c u s e d o n i n c o r p o r a t i n g p h o s p h o r u s l o a d s t o t h e l a k e s a n d t h e r e f o r e u s e d o n l y t h e

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2 6 p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n s r e c o r d e d a t t h a t w e l l T h i s w e l l h a d t h r e e r e c o r d e d d a t a p o i n t s s a m p l e d o n 3 / 1 7 / 1 9 9 3 3 / 4 / 1 9 9 6 a n d 5 / 2 5 / 1 9 9 9 A l t h o u g h t h e r e w e r e n o t c o m p l e t e p h o s p h o r u s d a t a f o r a l l t h r e e s a m p l e d a t e s a v e r a g e s w e r e t a k e n f r o m t h e d a t a t h a t w e r e a v a i l a b l e A v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s f o r t o t a l p h o s p h o r u s o r g a n i c p h o s p h o r u s a n d o r t h o p h o s p h o r u s w e r e 0 0 2 1 m g / L 0 0 0 6 m g / L a n d 0 0 1 5 m g / L r e s p e c t i v e l y T h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s o f o r g a n i c p h o s p h o r u s a n d o r t h o p h o s p h o r u s w e r e m u l t i p l i e d b y t h e v o l u m e l o a d i n g v a l u e s d e t e r m i n e d i n t h e m o d e l i n g a n a l y s i s t o g i v e n u t r i e n t l o a d i n g r e s u l t s f o r b o t h f o r m s o f p h o s p h o r u s t o e a c h l a k e 2 3 A n a l y z i n g S p a t i a l V a r i a b i l i t y i n G r o u n d W a t e r N u t r i e n t C o n c e n t r a t i o n s B e c a u s e o f t h e p r o s p e c t o f l o w r e p r e s e n t a t i v e n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s u s e d f r o m t h e d a t a a t t h e L a k e E l o i s e w e l l w h i c h w o u l d i n t u r n g e n e r a t e l o w n u t r i e n t l o a d i n g e s t i m a t i o n s t o t h e W H C L a n a t t e m p t w a s m a d e t o a c c o u n t f o r t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y i n g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s I n o r d e r t o d o t h i s a m o r e d e t a i l e d i n v e s t i g a t i o n i n t o a v a i l a b l e w e l l d a t a n e e d e d t o b e c o n s i d e r e d T h e m e t h o d u s e d w a s t h e d e v e l o p m e n t o f g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s b y l a n d u s e w h i c h i s s i m i l a r t o t h e e v e n t m e a n c o n c e n t r a t i o n s ( E M C s ) u s e d f o r r u n o f f v a l u e s T h e i n v e s t i g a t i o n i n c l u d e d d a t a f o r b o t h n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s a n d c o u l d b e b e n e f i c i a l t o u s e i n a r e a s w i t h l i m i t e d g r o u n d w a t e r q u a l i t y d a t a H o w e v e r g r o u n d w a t e r q u a l i t y d a t a w e r e n o t a b u n d a n t l y a v a i l a b l e f o r e a c h l a n d u s e T h e r e w e r e f i v e s u r f i c i a l w e l l s i n P o l k C o u n t y t h a t h a d w a t e r q u a l i t y d a t a p r o v i d e d b y t h e S W F W M D a n d a l l o f t h e s e w e l l s w e r e w i t h i n a n a g r i c u l t u r a l

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2 7 s e t t i n g I n a d d i t i o n t o t h e s e d a t a t h e r e w e r e o t h e r l i m i t e d g r o u n d w a t e r q u a l i t y d a t a r e c e i v e d f r o m a n o t h e r s t u d y c o m p l e t e d b y P B S & J d u r i n g t h e s a m e t i m e p e r i o d a s t h e P L R G s t u d y ( P B S & J 2 0 0 4 ) T h a t s t u d y i n c o r p o r a t e d f o u r w e l l s t w o i n t h e N o r t h e r n C h a i n b a s i n a n d t w o i n t h e S o u t h e r n C h a i n b a s i n a n d e a c h w e l l h a d t w o r e c o r d e d d a t a p o i n t s T h e s e w e l l s w e r e m a i n l y i n a n u r b a n s e t t i n g A d a m s k i a n d K n o w l e s ( 2 0 0 1 ) r e p o r t e d o n d a t a c o l l e c t e d i n t h e O c a l a N a t i o n a l F o r e s t r e g i o n w i t h l a n d b e i n g r e p r e s e n t a t i v e o f n a t u r a l f o r e s t e d c o n d i t i o n s M e t z a n d S a c k s ( 2 0 0 2 ) c o l l e c t e d d a t a f o r a s t u d y o n t h r e e l a k e s i n H i l l s b o r o u g h C o u n t y w i t h w e l l d a t a b e i n g m i x e d b e t w e e n a n u r b a n s e t t i n g a n d w e t l a n d s I n o r d e r t o a c h i e v e t h e b e s t s p a t i a l r e p r e s e n t a t i o n p o s s i b l e o n l y d a t e s w i t h c o m p l e t e d a t a f o r e i t h e r t o t a l n i t r o g e n o r t o t a l p h o s p h o r u s w e r e c o n s i d e r e d i n t h i s a n a l y s i s W i t h t h e l i m i t e d d a t a t h a t w e r e a v a i l a b l e r e s u l t s w e r e d e v e l o p e d f o r t h e f o l l o w i n g l a n d u s e s : u r b a n a g r i c u l t u r a l f o r e s t e d r a n g e l a n d a n d w e t l a n d s

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2 8 C H A P T E R 3 : R E S U L T S U s i n g t h e m e t h o d s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 2 r e s u l t s f o r b o t h t h e g r o u n d w a t e r v o l u m e a n d n u t r i e n t f l u x a n a l y s e s w e r e g e n e r a t e d a n d a r e s h o w n i n t h i s C h a p t e r T h e s e r e s u l t s w e r e a l s o i n c o r p o r a t e d w i t h r u n o f f l o a d i n g r e s u l t s f o r a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o n w a t e r q u a n t i t y a n d q u a l i t y i n t h e W H C L ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) w h i c h w a s t h e p u r p o s e b e h i n d t h e d e v e l o p m e n t o f t h e m e t h o d s d i s c u s s e d i n t h i s m a n u s c r i p t R e s u l t s f r o m t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y a n a l y s i s a r e a l s o s h o w n c o n f i r m i n g t h e s u s p i c i o n o f l o w n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s a t t h e L a k e E l o i s e w e l l 3 1 R e s u l t s o f G r o u n d W a t e r V o l u m e F l u x A n a l y s i s A s p r e v i o u s l y s t a t e d t h e r e w a s o n e s u r f i c i a l w e l l w i t h i n t h e S o u t h e r n C h a i n a n d o n e s u r f i c i a l w e l l w i t h i n t h e N o r t h e r n C h a i n T w o r e c h a r g e z o n e s w e r e u s e d o n e f o r b o t h t h e S o u t h e r n C h a i n a n d t h e N o r t h e r n C h a i n a n d t h e s e t w o w e l l s w e r e u s e d a s t h e t a r g e t w e l l s i n e a c h z o n e F o r e a c h y e a r o f t h e m o d e l i n g s t u d y r e c h a r g e r a t e s w e r e e s t i m a t e d i n e a c h z o n e r e s u l t i n g i n a n a p p r o x i m a t e a n n u a l n e t r e c h a r g e r a t e f o r e a c h y e a r o f t h e s t u d y f o r e a c h z o n e T h e s e n e t r e c h a r g e r a t e s w e r e u s e d t o d e t e r m i n e t h e

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2 9 a p p r o x i m a t e a n n u a l c o n t r i b u t i o n f r o m t h e s u r f i c i a l a q u i f e r t o e a c h l a k e f o r a l l e i g h t y e a r s o f t h e s t u d y T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n T a b l e 3 T a b l e 3 : S u r f i c i a l G r o u n d W a t e r V o l u m e L o a d i n g t o t h e W H C L Y e a r 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 A V G L a k e N a m e F l o w ( i n / y r ) W i n t e r s e t 7 9 7 9 6 3 9 1 6 0 2 1 1 1 7 3 6 6 8 E l o i s e 4 9 4 9 3 9 5 6 3 7 1 3 7 2 2 2 4 2 S u m m i t 1 6 2 1 6 3 1 3 0 1 8 6 1 2 2 4 4 2 4 0 7 4 1 4 0 L u l u 1 6 3 1 6 4 1 3 1 1 8 7 1 2 3 4 4 2 4 2 7 4 1 4 1 R o y 2 3 3 2 3 4 1 8 7 2 6 7 1 7 6 6 3 3 4 4 1 0 6 2 0 1 S h i p p 2 6 1 2 6 2 2 0 9 2 9 9 1 9 7 7 1 3 8 6 1 1 9 2 2 6 M a y 4 9 0 4 9 3 3 9 3 5 6 1 3 7 0 1 3 3 7 2 5 2 2 3 4 2 3 H o w a r d 1 2 8 1 2 9 1 0 3 1 4 7 9 7 3 5 1 9 0 5 8 1 1 1 C a n n o n 1 3 2 1 3 2 1 0 9 1 4 8 1 0 4 5 0 1 8 5 7 1 1 1 6 B l u e 4 5 0 4 7 9 2 8 3 6 0 5 2 3 8 2 4 1 9 2 5 7 2 3 3 4 M i r r o r 1 0 0 1 0 0 8 0 1 1 4 7 5 2 7 1 4 8 4 5 8 6 S p r i n g 3 3 3 3 3 5 2 6 7 3 8 2 2 5 1 9 1 4 9 3 1 5 2 2 8 8 I d y l w i l d 2 2 3 2 2 3 1 8 5 2 5 0 1 7 6 8 6 3 1 3 1 2 1 1 9 7 J e s s i e 4 1 6 4 1 4 3 5 4 4 5 6 3 3 9 2 0 1 5 5 4 2 5 7 3 7 4 M a r i a n a 1 8 8 1 8 9 1 4 9 2 1 7 1 4 0 4 3 2 8 4 7 9 1 6 1 H a r t r i d g e 1 2 9 1 1 4 9 0 1 3 3 9 6 4 5 1 8 3 6 3 1 0 7 C o n i n e 3 6 3 2 8 0 2 4 9 3 1 0 2 9 5 2 4 3 4 2 7 2 4 9 3 0 2 R o c h e l l e 2 2 4 1 6 6 1 4 6 1 8 7 1 7 9 1 4 6 2 6 4 1 5 1 1 8 3 H a i n e s 3 4 6 2 5 6 2 2 4 2 8 8 2 7 7 2 2 8 4 0 8 2 3 4 2 8 3 S m a r t 2 9 6 2 1 7 1 8 8 2 4 5 2 3 3 1 8 4 3 4 9 1 9 6 2 3 8 F a n n i e 3 2 4 2 4 1 2 1 3 2 7 0 2 6 2 2 2 1 3 8 1 2 2 3 2 6 7 S o u t h e r n C h a i n 1 4 3 1 4 2 1 1 3 1 6 2 1 0 7 4 0 2 1 0 6 5 1 2 3 N o r t h e r n C h a i n 3 0 8 2 2 9 2 0 1 2 5 7 2 4 7 2 0 4 3 6 2 2 0 9 2 5 2 T o t a l 1 9 9 1 7 2 1 4 3 1 9 4 1 5 5 9 6 2 6 2 1 1 4 1 6 7 I n s u m m a r y t h e m o d e l r e s u l t s s h o w t h a t s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t e s a n a v e r a g e o f 1 2 i n / y r i n t h e S o u t h e r n C h a i n 2 5 i n / y r i n t h e N o r t h e r n C h a i n a n d 1 7 i n / y r o v e r t h e e n t i r e W H C L w h e n a v e r a g e d o v e r t h e c o m b i n e d l a k e a r e a s I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t h e s e f l u x r a t e s a r e n o r m a l i z e d o v e r t h e l a k e a r e a s n o t t h e b a s i n a r e a s

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3 0 3 2 R e s u l t s o f G r o u n d W a t e r N u t r i e n t F l u x A n a l y s i s T h e v o l u m e l o a d i n g r e s u l t s f r o m t h e m o d e l i n g a n a l y s i s w e r e m u l t i p l i e d b y t h e m e a s u r e d v a l u e s o f s u r f i c i a l a q u i f e r p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n s w i t h i n t h e W H C L b a s i n T h e s e v a l u e s w e r e b a s e d o n a n a s s u m e d c o n s t a n t s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n w h i c h w a s t a k e n f r o m t h e m e a s u r e d g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s f r o m t h e o n e s u r f i c i a l w e l l a t L a k e E l o i s e T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n T a b l e 4 T a b l e 4 : S u r f i c i a l G r o u n d W a t e r N u t r i e n t L o a d i n g t o t h e W H C L Y e a r 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 A V G L a k e N a m e P h o s p h o r u s L o a d ( k g / y r ) W i n t e r s e t 9 4 9 4 7 5 1 0 7 7 1 2 5 1 3 8 4 3 8 1 E l o i s e 1 2 2 1 2 3 9 8 1 4 0 9 2 3 3 1 8 1 5 6 1 0 6 S u m m i t 2 2 2 2 1 8 2 6 1 7 0 6 3 3 1 0 1 9 L u l u 1 0 8 1 0 9 8 7 1 2 4 8 2 2 9 1 6 0 4 9 9 4 R o y 3 7 3 7 3 0 4 3 2 8 1 0 5 5 1 7 3 2 S h i p p 1 5 6 1 5 7 1 2 5 1 7 9 1 1 8 4 2 2 3 0 7 1 1 3 5 M a y 5 5 5 5 4 4 6 2 4 1 1 5 8 1 2 5 4 7 H o w a r d 1 7 3 1 7 4 1 3 9 1 9 8 1 3 1 4 7 2 5 6 7 9 1 5 0 C a n n o n 9 4 9 3 7 7 1 0 5 7 3 3 5 1 3 1 5 0 8 2 B l u e 5 2 5 5 3 3 7 0 2 8 0 0 1 0 7 0 0 4 3 M i r r o r 2 7 2 7 2 2 3 1 2 0 0 7 4 0 1 2 2 3 S p r i n g 1 6 1 6 1 3 1 9 1 2 0 4 2 4 0 7 1 4 I d y l w i l d 4 5 4 5 3 7 5 0 3 5 1 7 6 3 2 4 4 0 J e s s i e 1 6 7 1 6 7 1 4 3 1 8 4 1 3 6 8 1 2 2 3 1 0 3 1 5 1 M a r i a n a 2 0 8 2 0 8 1 6 4 2 4 0 1 5 4 4 7 3 1 3 8 7 1 7 8 H a r t r i d g e 1 1 5 1 0 2 8 0 1 1 9 8 6 4 0 1 6 4 5 7 9 5 C o n i n e 1 8 3 1 4 1 1 2 5 1 5 6 1 4 8 1 2 2 2 1 4 1 2 5 1 5 2 R o c h e l l e 2 7 7 2 0 6 1 8 0 2 3 1 2 2 1 1 8 1 3 2 6 1 8 7 2 2 6 H a i n e s 5 1 6 3 8 2 3 3 4 4 2 9 4 1 3 3 3 9 6 0 8 3 4 9 4 2 1 S m a r t 1 7 5 1 2 8 1 1 1 1 4 5 1 3 8 1 0 9 2 0 7 1 1 6 1 4 1 F a n n i e 5 1 7 3 8 5 3 4 0 4 3 1 4 1 8 3 5 3 6 0 8 3 5 5 4 2 6 S o u t h e r n C h a i n 1 4 9 1 4 9 1 1 9 1 7 0 1 1 2 4 4 2 2 0 6 9 1 2 9 N o r t h e r n C h a i n 1 6 7 1 2 4 1 0 9 1 3 9 1 3 4 1 1 0 1 9 6 1 1 3 1 3 7 T o t a l 3 1 6 2 7 3 2 2 8 3 0 9 2 4 6 1 5 5 4 1 6 1 8 2 2 6 6

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3 1 I n s u m m a r y t h e m o d e l r e s u l t s s h o w t h a t s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t e s a n a v e r a g e o f 1 2 9 k g / y r o f p h o s p h o r u s t o t h e S o u t h e r n C h a i n 1 3 7 k g / y r o f p h o s p h o r u s t o t h e N o r t h e r n C h a i n a n d 2 6 6 k g / y r o f p h o s p h o r u s t o t h e e n t i r e W H C L 3 3 R e s u l t s o f S p a t i a l V a r i a b i l i t y A n a l y s i s o f N u t r i e n t C o n c e n t r a t i o n s T h e d a t a c o l l e c t e d f r o m w e l l s w i t h i n s p e c i f i e d l a n d u s e s w e r e c o m b i n e d t o c r e a t e a n a p p r o x i m a t i o n o f g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s b y l a n d u s e W h i l e t h e r e w a s n o t a n a b u n d a n c e o f g r o u n d w a t e r q u a l i t y d a t a t h e d a t a t h a t w e r e c o l l e c t e d d o s h o w h o w g r o u n d w a t e r q u a l i t y c a n v a r y b o t h b e t w e e n l a n d u s e a n d w i t h i n a g i v e n l a n d u s e T h e d a t a a l s o s h o w t h a t w i t h i n a g i v e n l a n d u s e o n e n u t r i e n t c a n b e p r e s e n t i n m u c h l a r g e r q u a n t i t i e s w h e n c o m p a r e d w i t h t h e o t h e r F o r i n s t a n c e a n a g r i c u l t u r a l l a n d u s e c a n b e a s i g n i f i c a n t s o u r c e o f n i t r o g e n w h i l e b e i n g r e l a t i v e l y d i l u t e i n p h o s p h o r u s T h e s e v a l u e s a r e s h o w n i n T a b l e s 5 a n d 6 T a b l e 5 : S u r f i c i a l A q u i f e r P h o s p h o r u s C o n c e n t r a t i o n s ( m g / L ) b y L a n d U s e L a n d U s e M i n M e a n M a x C o u n t U r b a n < 0 0 1 0 1 1 1 2 0 3 1 A g r i c u l t u r a l 0 0 2 0 0 8 0 4 2 3 0 F o r e s t e d 0 0 1 0 2 2 0 8 3 8 R a n g e l a n d 0 0 9 0 1 8 0 2 7 2 W e t l a n d s < 0 0 1 0 0 4 1 5 0 7

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3 2 T a b l e 6 : S u r f i c i a l A q u i f e r N i t r o g e n C o n c e n t r a t i o n s ( m g / L ) b y L a n d U s e L a n d U s e M i n M e a n M a x C o u n t U r b a n < 0 0 3 0 8 2 1 1 4 0 3 1 A g r i c u l t u r a l 1 8 3 1 3 3 7 3 2 4 3 2 9 F o r e s t e d < 0 2 2 0 3 6 0 8 3 1 0 R a n g e l a n d 4 6 0 5 1 5 5 7 0 2 W e t l a n d s < 0 0 4 0 1 6 0 7 5 7

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3 3 C H A P T E R 4 : D I S C U S S I O N T h e 1 l a y e r s t e a d y s t a t e s u r f i c i a l a q u i f e r m o d e l s d e v e l o p e d i n t h i s s t u d y w e r e d e s i g n e d t o a p p r o x i m a t e s u r f i c i a l i n f l o w s t o t h e W H C L T h e m o d e l w a s c a l i b r a t e d u s i n g a l l a v a i l a b l e w e l l d a t a t r a d i t i o n a l l y c o l l e c t e d i n t h e l a k e s y s t e m B y u s i n g t h e s t e a d y s t a t e a p p r o x i m a t i o n t h e r a t i o o f r e c h a r g e t o h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e t a r g e t w e l l h e a d s T h i s m a k e s i t p o s s i b l e t o u n d e r s t a n d t h e s e n s i t i v i t y o f m o d e l r e s u l t s t o c h a n g e s i n m o d e l p a r a m e t e r s F o r i n s t a n c e a 5 0 % i n c r e a s e i n h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y w o u l d r e q u i r e a 5 0 % i n c r e a s e i n r e c h a r g e v a l u e s t o s u s t a i n t h e t a r g e t h e a d v a l u e T h i s a l s o a l l o w s f o r a c o n v e n i e n t w a y t o c h e c k r e c h a r g e r e s u l t s t o s e e i f t h e y a r e r e a s o n a b l e I f h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y i s u n k n o w n a n d a s s u m e d t o b e t o o h i g h c a l i b r a t e d r e c h a r g e v a l u e s w o u l d b e u n r e a s o n a b l y h i g h i n o r d e r t o s u s t a i n t a r g e t w e l l h e a d s T h i s m a k e s i t i m p o r t a n t t o h a v e s u f f i c i e n t t a r g e t w e l l d a t a t h a t r e p r e s e n t s t h e s y s t e m I f h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y v a l u e s a r e r e a s o n a b l y u n d e r s t o o d a d d i t i o n a l t a r g e t w e l l h e a d s w i t h i n a m o d e l d o m a i n w i l l y i e l d b e t t e r m o d e l r e s u l t s I f h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y v a l u e s a r e u n k n o w n t h e n a d d i t i o n a l t a r g e t w e l l h e a d s w i l l n o t y i e l d b e t t e r m o d e l r e s u l t s B o t h t a r g e t h e a d v a l u e s a n d h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y v a l u e s m u s t b e k n o w n i n o r d e r t o s o l v e f o r r e c h a r g e s i n c e i t i s t h e r a t i o o f r e c h a r g e t o h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y n o t t h e i n d i v i d u a l v a l u e s t h a t i s u s e d t o d e t e r m i n e m o d e l h e a d v a l u e s

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3 4 R e s u l t s f r o m t h e m o d e l s u s e d i n t h i s s t u d y s h o w t h a t o n a v e r a g e s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t e s 1 2 i n / y r i n t h e S o u t h e r n C h a i n 2 5 i n / y r i n t h e N o r t h e r n C h a i n a n d 1 7 i n / y r o v e r t h e e n t i r e c h a i n w h e n a v e r a g e d o v e r a l l o f t h e l a k e a r e a s C o m p a r i n g t h e s e n u m b e r s t o t h e r u n o f f v o l u m e s d e t e r m i n e d i n t h e P L R G s t u d y ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) r u n o f f c o n t r i b u t e s a n a v e r a g e o f 1 8 i n / y r i n t h e S o u t h e r n C h a i n 6 i n / y r i n t h e N o r t h e r n C h a i n a n d 1 4 i n / y r o v e r t h e e n t i r e c h a i n w h e n a v e r a g e d o v e r a l l o f t h e l a k e a r e a s T h e s e r e s u l t s c l e a r l y i n d i c a t e t h a t g r o u n d w a t e r i s a m a j o r c o n t r i b u t o r t o t h e v o l u m e l o a d i n g t o t h e W H C L L a k e E l o i s e w h i c h i s t h e l a r g e s t l a k e i n t h e c h a i n a n d h a s a r e l a t i v e l y s m a l l b a s i n r e c e i v e s o n a v e r a g e 4 i n / y r o f s u r f i c i a l i n f l o w w h e n a v e r a g e d o v e r t h e l a k e ’ s a r e a T h i s i s t h e s m a l l e s t c o n t r i b u t i o n t o a n y o f t h e l a k e s L a k e M a y w h i c h i s o n e o f t h e s m a l l e s t l a k e s i n t h e c h a i n a n d h a s a r e l a t i v e l y l a r g e b a s i n r e c e i v e s o n a v e r a g e 4 2 i n / y r o f s u r f i c i a l i n f l o w w h e n a v e r a g e d o v e r t h e l a k e ’ s a r e a T h i s i s t h e l a r g e s t c o n t r i b u t i o n t o a n y o f t h e l a k e s L a k e B l u e w h i c h i s a l s o o n e o f t h e s m a l l e s t l a k e s i n t h e c h a i n h a s t h e h i g h e s t v a r i a b i l i t y i n m o d e l r e s u l t s I t i s a l s o t h e o n l y l a k e t h a t m o d e l r e s u l t s s h o w l a t e r a l f l o w s f r o m t h e l a k e t o t h e s u r f i c i a l a q u i f e r T h i s m a y b e d u e t o t h e h i g h e l e v a t i o n o f t h e l a k e a n d t h e l a c k o f a s u r f i c i a l m o n i t o r w e l l i n t h e l a k e ’ s b a s i n r e s u l t i n g i n l a r g e m o d e l u n c e r t a i n t y i n t h a t r e g i o n O v e r a l l t h e m o d e l r e s u l t s y i e l d s i m i l a r v o l u m e f l u x r a t e s w h e n c o m p a r e d t o o t h e r s t u d i e s d o n e i n t h e W H C L r e g i o n T h e S a c k s ( 2 0 0 2 ) s t u d y w h i c h e v a l u a t e d o n l y s e e p a g e l a k e s a n d i n c o r p o r a t e d a d e t a i l e d d a t a c o l l e c t i o n e f f o r t f o r w a t e r i s o t o p e s c o n c l u d e d t h a t l a k e s i n t h i s r e g i o n r e c e i v e b e t w e e n 2 5 % a n d 5 0 % o f i n f l o w s f r o m t h e s u r f i c i a l a q u i f e r F o r a s e e p a g e l a k e t h a t r e c e i v e s a p p r o x i m a t e l y 5 2 i n / y r o f r a i n f a l l t h a t

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3 5 w o u l d m e a n b e t w e e n 1 3 i n / y r a n d 2 6 i n / y r o f s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r i n f l o w w h i c h i s i n a g r e e m e n t w i t h t h e c u r r e n t m o d e l i n g a n a l y s i s T h e P B S & J ( 2 0 0 4 ) s t u d y r e s u l t e d i n a d e t a i l e d w a t e r b u d g e t a n d m a s s b a l a n c e a n a l y s i s o n t w o o f t h e l a k e s f o r o n e y e a r L a k e S h i p p i n t h e S o u t h e r n C h a i n a n d L a k e H a i n e s i n t h e N o r t h e r n C h a i n F o r t h e y e a r r e s u l t s s h o w t h a t L a k e S h i p p r e c e i v e d 4 6 i n c h e s o f s u r f i c i a l i n f l o w a n d L a k e H a i n e s r e c e i v e d 3 7 i n c h e s o f s u r f i c i a l i n f l o w T h e s e v a l u e s a r e h i g h e r t h a n w h a t w a s a p p r o x i m a t e d i n t h e c u r r e n t m o d e l i n g a n a l y s i s T h e m o d e l s u s e d i n t h i s s t u d y d i d n o t r e q u i r e t h e e x t e n s i v e d e t a i l t h a t w o u l d h a v e b e e n n e e d e d f o r a d e t a i l e d t r a n s i e n t m u l t i l a y e r e d g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l T h e m a i n a d v a n t a g e t o u s i n g a s t e a d y s t a t e a p p r o x i m a t i o n o v e r a d e t a i l e d t r a n s i e n t m o d e l i s t h a t a q u i f e r s t o r a g e p a r a m e t e r s s u c h a s p o r o s i t y a n d s p e c i f i c y i e l d d o n o t n e e d t o b e e s t i m a t e d s i n c e t h e r e i s n o c h a n g e i n v o l u m e s t o r e d T h i s c a n b e v e r y b e n e f i c i a l s i n c e t h e s e p a r a m e t e r s i n p a r t i c u l a r s p e c i f i c y i e l d c a n b e v e r y d i f f i c u l t t o a p p r o x i m a t e I f s p e c i f i c y i e l d i s i n c o r r e c t l y a c c o u n t e d f o r i t w i l l l e a d t o a p o o r m a t c h b e t w e e n m o d e l e d w e l l h e a d s a n d m e a s u r e d o b s e r v a t i o n w e l l h e a d s a n d m o r e i m p o r t a n t l y i n c r e a s e d f l u x u n c e r t a i n t y I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e t e c h n i q u e u s e d i n t h i s s t u d y i s n o t r e c o m m e n d e d t o u s e o v e r a t i m e p e r i o d i n w h i c h l a k e s t a g e a n d / o r w e l l h e a d s c h a n g e s i g n i f i c a n t l y a s i t c a n o n l y y i e l d a v e r a g e f l u x e s W h e n t r y i n g t o a c c o u n t f o r a w a t e r b o d y i n w h i c h s t a g e c a n f l u c t u a t e r a p i d l y o r i n a n a r e a w i t h a s h a l l o w w a t e r t a b l e t h a t c a n e x p e r i e n c e s i g n i f i c a n t e l e v a t i o n f l u c t u a t i o n s o v e r s h o r t p e r i o d s o f t i m e t h e s t e a d y s t a t e a p p r o x i m a t i o n i s n o t v a l i d I n t h e s e s i t u a t i o n s a m u c h s h o r t e r “ s t e a d y s t a t e ” p e r i o d m u s t b e a p p r o x i m a t e d o r a m o r e d e t a i l e d t r a n s i e n t m o d e l w i t h v a r i a b l e h e a d b o u n d a r i e s a n d a q u i f e r s t o r a g e p a r a m e t e r s m u s t b e c o n s i d e r e d T h e m o d e l i n g t e c h n i q u e u s e d i n t h i s

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3 6 s t u d y w a s o n l y d e s i g n e d t o a c c o u n t f o r a v e r a g e f l o w s o v e r l o n g e r p e r i o d s o f t i m e ( i e y e a r s ) R e s u l t s f r o m t h e n u t r i e n t f l u x a n a l y s i s s h o w t h a t o n a v e r a g e s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t e s 1 2 0 k g / y r o f t o t a l p h o s p h o r u s t o t h e S o u t h e r n C h a i n 1 3 0 k g / y r o f t o t a l p h o s p h o r u s t o t h e N o r t h e r n C h a i n a n d 2 5 0 k g / y r o f t o t a l p h o s p h o r u s t o t h e e n t i r e W H C L T h e r u n o f f l o a d i n g v a l u e s d e t e r m i n e d i n t h e P L R G s t u d y ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) s h o w t h a t r u n o f f c o n t r i b u t e s a p p r o x i m a t e l y 3 0 0 0 k g / y r o f t o t a l p h o s p h o r u s t o t h e S o u t h e r n C h a i n 5 0 0 k g / y r o f t o t a l p h o s p h o r u s t o t h e N o r t h e r n C h a i n a n d 3 5 0 0 k g / y r o f t o t a l p h o s p h o r u s t o t h e e n t i r e W H C L T h e v a l u e s p r e d i c t e d f o r g r o u n d w a t e r l o a d i n g w e r e s i g n i f i c a n t l y l e s s t h a n t h o s e p r e d i c t e d f o r r u n o f f l o a d i n g T h i s i s e s p e c i a l l y s i g n i f i c a n t i n t h e N o r t h e r n C h a i n w h e r e r e s u l t s s h o w l a r g e r v o l u m e f l u x e s f r o m g r o u n d w a t e r t h a n f r o m r u n o f f L o a d i n g r e d u c t i o n s c e n a r i o s u s e d i n t h e P L R G s t u d y ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) f o r t h e N o r t h e r n C h a i n s h o w p o o r r e s p o n s e i n w a t e r q u a l i t y t o r e d u c t i o n s i n o v e r a l l l o a d i n g T h i s m a y b e d u e t o t h e u n d e r e s t i m a t i o n o f g r o u n d w a t e r l o a d i n g s i n c e w a t e r q u a l i t y r e s u l t s w e r e c a l i b r a t e d w i t h l o w l o a d i n g v a l u e s U s i n g l o w i n i t i a l l o a d i n g v a l u e s r e s u l t s i n r e d u c t i o n s c e n a r i o s t h a t r e m o v e l i t t l e o v e r a l l m a s s T h e l o w v a l u e s o f p r e d i c t e d s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r p h o s p h o r u s l o a d i n g t o t h e W H C L r e s u l t d i r e c t l y f r o m t h e l o w g r o u n d w a t e r p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n s t a k e n f r o m t h e L a k e E l o i s e w e l l u s e d t o r e p r e s e n t t h e s t u d y a r e a F o r c o m p a r a t i v e p u r p o s e s t h e P B S & J ( 2 0 0 4 ) s t u d y h a d s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t r e s u l t s f o r g r o u n d w a t e r p h o s p h o r u s l o a d i n g t o b o t h L a k e S h i p p a n d L a k e H a i n e s W h i l e t h a t s t u d y o n l y u s e d o n e a v e r a g e g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n f o r e a c h l a k e ’ s g r o u n d w a t e r f l o w b a s i n t h e v a l u e s w e r e t a k e n f r o m a b e t t e r r e p r e s e n t a t i o n o f s a m p l e d w e l l d a t a s p e c i f i c t o t h e 1 y e a r s t u d y p e r i o d

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3 7 a n d t h e t w o l a k e b a s i n s T h e i r a n a l y s i s c o n c l u d e d t h a t f o r t h a t o n e y e a r s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r c o n t r i b u t e d 1 8 8 k g o f p h o s p h o r u s t o L a k e S h i p p a n d 3 7 4 k g o f p h o s p h o r u s t o L a k e H a i n e s T h e s e r e s u l t s a r e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h i s s t u d y T h e c o n c e n t r a t i o n v a r i a b i l i t y o f t h e l i m i t e d n u m b e r o f w e l l s a n a l y z e d s t r o n g l y s u g g e s t s t h e n e e d f o r m o r e g r o u n d w a t e r c o n s t i t u e n c y i n f o r m a t i o n P e r h a p s a d d i t i o n a l s a m p l e d a t a c a n s u p p o r t t h e d e v e l o p m e n t o f g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s b y l a n d u s e i n o r d e r t o a c c o u n t f o r t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y i n t h e W H C L a n d o t h e r a r e a s T h e l i m i t e d r e s u l t s o b t a i n e d f o r g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s b y l a n d u s e s h o w n i n T a b l e s 5 a n d 6 i n d i c a t e t h a t t h e r e i s s i g n i f i c a n t p o t e n t i a l f o r n u t r i e n t l o a d i n g t o b e h i g h l y v a r i a b l e a n d g r o u n d w a t e r l o a d i n g m a y b e h e a v i l y d e p e n d e n t o n t h e l a n d u s e a g e a n d o t h e r f a c t o r s w i t h i n l a k e g r o u n d w a t e r f l o w b a s i n s T h e a v e r a g e v a l u e o f t o t a l p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n o f 0 0 2 1 m g / L u s e d i n t h e n u t r i e n t f l u x a n a l y s i s i n t h i s s t u d y i s s i g n i f i c a n t l y l e s s t h a n t h e v a l u e s r e p o r t e d i n T a b l e 5 w h i c h w e r e t a k e n f r o m a l a r g e r s e t o f s a m p l e d w e l l d a t a m a d e a f t e r t h e P L R G s t u d y ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) w a s c o n c l u d e d T h e v a l u e s u s e d i n t h e P B S & J ( 2 0 0 4 ) s t u d y w h i c h w e r e 0 0 6 9 m g / L i n t h e L a k e S h i p p b a s i n a n d 0 1 4 5 m g / L i n t h e L a k e H a i n e s b a s i n a r e m o r e r e p r e s e n t a t i v e o f t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s s h o w n i n T a b l e 5

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3 8 C H A P T E R 5 : C O N C L U S I O N S A N D R E C O M M E N D A T I O N S S u r f a c e w a t e r f e a t u r e s a r e s t r o n g l y c o u p l e d t o g r o u n d w a t e r i n w e s t c e n t r a l F l o r i d a a n d i n p a r t i c u l a r r i d g e l a k e s y s t e m s s u c h a s t h e W H C L o w e a s i g n i f i c a n t p o r t i o n o f t h e v o l u m e f l u x t o t h e s u r f i c i a l a q u i f e r I n o r d e r t o p r o v i d e a n a c c u r a t e a s s e s s m e n t o f v o l u m e o r n u t r i e n t l o a d i n g t o t h e s e s u r f a c e w a t e r s y s t e m s a n a n a l y s i s o f g r o u n d w a t e r f l u x e s m u s t b e i n c l u d e d A s s h o w n f r o m t h i s s t u d y b o t h t h e v o l u m e a n d n u t r i e n t l o a d i n g s t o a s y s t e m m u s t b e d e t e r m i n e d t o a c c u r a t e l y q u a n t i f y l o a d i n g s T h e 1 l a y e r s t e a d y s t a t e s u r f i c i a l a q u i f e r m o d e l u s e d i n t h i s s t u d y i s o n e m e t h o d f o r a p p r o x i m a t i n g a n n u a l a v e r a g e f l o w s t o a s u r f a c e w a t e r s y s t e m W h e n c o m p a r e d w i t h l i m i t e d b u t m o r e d e t a i l e d s t u d i e s p e r f o r m e d r e c e n t l y i n t h e W H C L a r e a r e s u l t s a r e c o m p a r a b l e a n d s h o w t h a t t h e W H C L r e c e i v e s s u b s t a n t i a l v o l u m e a n d n u t r i e n t f l u x e s f r o m t h e s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r s y s t e m T h e p r o c e s s t h a t w a s d e v e l o p e d w o r k s w e l l a n d b e c a u s e i t u s e s d a t a t h a t i s r e a d i l y a v a i l a b l e i n m a n y a r e a s i t c a n b e a p p l i e d r e a d i l y e l s e w h e r e R e a s o n a b l e r e s u l t s c a n b e o b t a i n e d w i t h o u t t h e l e v e l o f d e t a i l t h a t w o u l d b e i n v o l v e d i n a d e t a i l e d t r a n s i e n t m o d e l H o w e v e r r e s u l t s c o u l d b e i m p r o v e d a n d u n c e r t a i n t y c o u l d b e d i m i n i s h e d i f a d d i t i o n a l t a r g e t w e l l d a t a e x i s t e d w i t h i n t h e m o d e l d o m a i n

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3 9 O n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t o b s e r v a t i o n s f r o m t h i s s t u d y i s t h e n e e d f o r m o r e g r o u n d w a t e r o b s e r v a t i o n s e s p e c i a l l y w a t e r q u a l i t y s a m p l i n g d a t a T h e u s e o f o n e d a t a s e t f r o m t h e o n e w e l l a t L a k e E l o i s e p r o b a b l y r e s u l t e d i n t h e u n d e r e s t i m a t i o n o f t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n o f p h o s p h o r u s i n t h e s u r f i c i a l g r o u n d w a t e r s y s t e m T h i s p r o b a b l y u n d e r e s t i m a t e d g r o u n d w a t e r n u t r i e n t l o a d i n g t o t h e W H C L T h e l o a d i n g r e d u c t i o n s c e n a r i o s p e r f o r m e d i n t h e P L R G s t u d y ( M c C a r y a n d R o s s 2 0 0 5 ) s h o w m o d e l c a l i b r a t i o n a n d p r e d i c t i o n s e n s i t i v i t i e s w h e n g r o u n d w a t e r l o a d s a r e u n d e r e s t i m a t e d B a s i c a l l y i f l o a d i n g p r e d i c t i o n s w e r e h i g h e r n e t b e n t h i c f l u x e s w o u l d b e h i g h e r a n d t h e r e w o u l d b e m o r e s e n s i t i v i t y t o l o a d r e d u c t i o n s W h e n c o m p a r i n g t h e l o a d i n g r e s u l t s t o t h e P B S & J s t u d y ( 2 0 0 4 ) t h e l o w v a l u e s u s e d t o r e p r e s e n t t h e s u r f i c i a l s y s t e m w e r e e v i d e n t T h i s f u r t h e r s u p p o r t s t h a t g r o u n d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s m u s t b e a c c u r a t e l y q u a n t i f i e d a n d t h a t s p a t i a l v a r i a b i l i t y s h o u l d b e a c c o u n t e d f o r i n c o n s i d e r i n g l o a d i n g f r o m t h e s u r f i c i a l s y s t e m f o r P L R G s t u d i e s a n d s i m i l a r l o a d i n g s t u d i e s T h e m e t h o d o f a c c o u n t i n g f o r g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s b y l a n d u s e m a y b e a g o o d t e c h n i q u e f o r s h o w i n g t h e s p a t i a l v a r i a b i l i t y i n n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s T h i s t e c h n i q u e c a n b e e s p e c i a l l y b e n e f i c i a l b e c a u s e i t c a n b e d i r e c t l y c o u p l e d w i t h t h e E M C v a l u e s d e v e l o p e d f o r r u n o f f c o n c e n t r a t i o n s c o m m o n l y u s e d f o r r u n o f f l o a d i n g a n a l y s e s V a r y i n g g r o u n d w a t e r n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s b y l a n d u s e a r e e v i d e n t w h e n c o m p a r i n g t h e d a t a s u m m a r i z e d i n T a b l e s 5 a n d 6 H o w e v e r i t s h o u l d b e c a u t i o n e d t h a t l a n d u s e c o r r e l a t i o n s m a y b e i n a p p r o p r i a t e t o u s e i n o t h e r a r e a s u n l e s s s i m i l a r h y d r o g e o l o g i c c l i m a t o l o g i c b i o l o g i c a l a n d / o r a n t h r o p o g e n i c c o n d i t i o n s e x i s t S i n c e s u r f i c i a l w e l l s a r e r e l a t i v e l y a b u n d a n t i t i s r e c o m m e n d e d f o r f u t u r e s t u d i e s t o s e l e c t r e p r e s e n t a t i v e w e l l s f o r s a m p l i n g c o n s i d e r i n g l a n d u s e s o i l t y p e a n d t i m e s c a l e T i m e

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4 0 s c a l e i s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t s i n c e i t m a y b e m a n y y e a r s b e f o r e a l a n d u s e i n f l u e n c e s g r o u n d w a t e r n u t r i e n t l o a d i n g t o a s u r f a c e w a t e r b o d y F o r t h i s r e a s o n i t i s r e c o m m e n d e d t o s e l e c t w e l l s i t e s a s c l o s e t o t h e s t u d y s i t e a s p o s s i b l e S i n c e t h e s e d a t a a r e a l r e a d y a v a i l a b l e a s a l i m i t e d r e s o u r c e a n o t h e r s t u d y c o m b i n i n g e x i s t i n g d a t a w i t h f u r t h e r t e s t i n g m a y b e o f g r e a t b e n e f i t f o r f u t u r e l o a d i n g s t u d i e s

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4 1 R E F E R E N C E S A d a m s k i J C a n d K n o w l e s J r L e e l 2 0 0 1 G r o u n d w a t e r q u a l i t y o f t h e s u r f i c i a l a q u i f e r s y s t e m a n d t h e u p p e r F l o r i d a n a q u i f e r O c a l a N a t i o n a l F o r e s t a n d L a k e C o u n t y F l o r i d a 1 9 9 0 9 9 : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 0 1 4 0 0 8 5 1 p B a k e r L A B r e z o n i k P L a n d E d g e r t o n E S 1 9 8 6 S o u r c e s a n d s i n k s o f i o n s i n a s o f t w a t e r a c i d i c l a k e i n F l o r i d a : W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h v 2 2 p 7 1 5 7 2 2 B e l a n g e r T V a n d M o n t g o m e r y M E 1 9 9 2 S e e p a g e m e t e r e r r o r s : L i m n o l o g y a n d O c e a n o g r a p h y v 3 7 p 1 7 8 7 1 7 9 5 B r o o k s H K 1 9 8 1 G u i d e t o t h e p h y s i o g r a p h i c p r o v i n c e s o f F l o r i d a : G a i n e s v i l l e F l o r i d a C o o p e r a t i v e E x t e n s i o n S e r v i c e I n s t i t u t e o f F o o d a n d A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s U n i v e r s i t y o f F l o r i d a 1 1 p C i m i n o J o s e p h 2 0 0 3 E m p i r i c a l m a s s b a l a n c e c a l i b r a t i o n o f a n a l y t i c a l h y d r o g r a p h s e p a r a t i o n t e c h n i q u e s u s i n g e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y D a l z e l l B J G o w d a P H a n d M u l l a D J 2 0 0 4 M o d e l i n g s e d i m e n t a n d p h o s p h o r u s l o s s e s i n a n a g r i c u l t u r a l w a t e r s h e d t o m e e t T M D L s : J o u r n a l o f t h e A m e r i c a n W a t e r R e s o u r c e s A s s o c i a t i o n v 4 0 n o 2 p 5 3 3 5 4 3 D a m e s & M o o r e 1 9 9 4 L i n k e d W a t e r s h e d / W a t e r b o d y M o d e l A p p l i c a t i o n t o W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s W a t e r s h e d s u b m i t t e d t o t h e S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t D o h e r t y J 2 0 0 1 P E S T A S P U s e r ’ s M a n u a l W a t e r m a r k N u m e r i c a l C o m p u t i n g B r i s b a n e A u s t r a l i a F e l l o w s C R a n d B r e z o n i k P L 1 9 8 0 S e e p a g e f l o w i n t o F l o r i d a l a k e s : W a t e r R e s o u r c e s B u l l e t i n v 1 6 p 6 3 5 6 4 1 F e l l o w s C R a n d B r e z o n i k P L 1 9 8 1 F e r t i l i z e r f l u x i n t o t w o F l o r i d a l a k e s : J o u r n a l o f E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y v 1 0 p 1 7 4 1 7 7

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4 2 L e e T M 2 0 0 2 F a c t o r s a f f e c t i n g g r o u n d w a t e r e x c h a n g e a n d c a t c h m e n t s i z e f o r F l o r i d a l a k e s i n m a n t l e d k a r s t t e r r a i n : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 0 2 4 0 3 3 5 4 p M c C a r y J M a n d R o s s M A 2 0 0 5 W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s P L R G S t u d y s u b m i t t e d t o t h e S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t M c D o n a l d M G a n d H a r b a u g h A W 1 9 8 8 A M o d u l a r T h r e e D i m e n s i o n a l F i n i t e D i f f e r e n c e G r o u n d W a t e r F l o w M o d e l M e t z P A a n d S a c k L A 2 0 0 2 C o m p a r i s o n o f t h e h y d r o g e o l o g y a n d w a t e r q u a l i t y o f a g r o u n d w a t e r a u g m e n t e d l a k e w i t h t w o n o n a u g m e n t e d l a k e s i n n o r t h w e s t H i l l s b o r o u g h C o u n t y F l o r i d a : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 0 2 4 0 3 2 7 4 p P a l m e r S L 1 9 8 4 S u r f a c e w a t e r C h a p t e r 6 i n F e r n a l d E A a n d P a t t o n D J e d s W a t e r r e s o u r c e s a t l a s o f F l o r i d a : T a l l a h a s s e e F l o r i d a S t a t e U n i v e r s i t y p 5 4 6 7 P B S & J 2 0 0 4 W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s W a t e r a n d N u t r i e n t B u d g e t s s u b m i t t e d t o t h e S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t P o e t e r E P a n d H i l l M C 1 9 9 6 I n v e r s e M o d e l s : A n e c e s s a r y n e x t s t e p i n g r o u n d w a t e r m o d e l i n g : G r o u n d W a t e r v 3 5 n o 2 p 2 5 0 2 6 0 P o l k C o u n t y 2 0 0 2 A n n u a l L a k e a n d S t r e a m R e p o r t : P o l k C o u n t y B o a r d o f C o u n t y C o m m i s s i o n e r s E n v i r o n m e n t a l S e r v i c e s D e p a r t m e n t N a t u r a l R e s o u r c e s D i v i s i o n P o l l m a n C P L e e T M A n d r e w s W J S a c k s L A G h e r i n i S A a n d M u n s o n R K 1 9 9 1 P r e l i m i n a r y a n a l y s i s o f t h e h y d r o l o g i c a n d g e o c h e m i c a l c o n t r o l s o n a c i d n e u t r a l i z i n g c a p a c i t y o f t w o a c i d i c s e e p a g e l a k e s i n F l o r i d a : W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h v 2 7 p 2 3 2 1 2 3 3 5 R u m b a u g h J a m e s a n d R u m b a u g h D o u g l a s 2 0 0 1 G u i d e t o u s i n g G r o u n d w a t e r V i s t a s v e r s i o n 3 : E n v i r o n m e n t a l S i m u l a t i o n s I n c H e r n d o n V A 2 6 6 p S a c k s L A S w a n c a r A a n d L e e T M 1 9 9 8 E s t i m a t i n g g r o u n d w a t e r e x c h a n g e w i t h l a k e s u s i n g w a t e r b u d g e t a n d c h e m i c a l m a s s b a l a n c e a p p r o a c h e s f o r t e n l a k e s i n r i d g e a r e a s o f P o l k a n d H i g h l a n d s C o u n t i e s F l o r i d a : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 9 8 4 1 3 3 5 1 p S a c k s L A 2 0 0 2 E s t i m a t i n g g r o u n d w a t e r i n f l o w t o l a k e s i n c e n t r a l F l o r i d a u s i n g t h e i s o t o p e m a s s b a l a n c e a p p r o a c h : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n R e p o r t 0 2 4 1 9 2 5 9 p

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4 3 S o u t h w e s t F l o r i d a W a t e r M a n a g e m e n t D i s t r i c t 1 9 9 8 W i n t e r H a v e n C h a i n o f L a k e s S u r f a c e W a t e r I m p r o v e m e n t a n d M a n a g e m e n t ( S W I M ) P l a n S t a u f f e r R E 1 9 8 5 U s e o f s o l u t e t r a c e r s r e l e a s e d b y w e a t h e r i n g t o e s t i m a t e g r o u n d w a t e r i n f l o w t o s e e p a g e l a k e s : E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y v 1 9 p 4 0 5 4 1 1 S t a u f f e r R E 1 9 9 1 E f f e c t s o f c i t r u s a g r i c u l t u r e o n r i d g e l a k e s i n c e n t r a l F l o r i d a : W a t e r A i r a n d S o i l P o l l u t i o n v 5 9 p 1 2 5 1 4 4 S w a n c a r A m y L e e T M a n d O ’ H a r e T M 2 0 0 0 H y d r o g e o l o g i c s e t t i n g w a t e r b u d g e t a n d p r e l i m i n a r y a n a l y s i s o f g r o u n d w a t e r e x c h a n g e a t L a k e S t a r r a s e e p a g e l a k e i n P o l k C o u n t y F l o r i d a : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 0 0 4 0 3 0 6 6 p S w a n c a r A m y a n d L e e T M 2 0 0 3 E f f e c t s o f r e c h a r g e u p p e r F l o r i d a n a q u i f e r h e a d s a n d t i m e s c a l e o n s i m u l a t e d g r o u n d w a t e r e x c h a n g e w i t h L a k e S t a r r a s e e p a g e l a k e i n C e n t r a l F l o r i d a : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 0 2 4 2 9 5 5 3 p T i h a n s k y A B a n d S a c k s L A 1 9 9 7 E v a l u a t i o n o f n i t r a t e s o u r c e s u s i n g n i t r o g e n i s o t o p e t e c h n i q u e s i n s h a l l o w g r o u n d w a t e r w i t h i n s e l e c t e d l a k e b a s i n s i n t h e C e n t r a l L a k e D i s t r i c t P o l k a n d H i g h l a n d s C o u n t i e s F l o r i d a : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 9 7 4 2 0 7 2 7 p T r o u t K e n 2 0 0 2 I m p r o v i n g g r o u n d w a t e r m o d e l s w i t h t h e u s e o f p a r a m e t e r e s t i m a t i o n s o f t w a r e V i e u x B E a n d M o r e d a F G 2 0 0 3 N u t r i e n t l o a d i n g a s s e s s m e n t i n t h e I l l i n o i s R i v e r u s i n g a s y n t h e t i c a p p r o a c h : J o u r n a l o f t h e A m e r i c a n W a t e r R e s o u r c e s A s s o c i a t i o n v 3 9 n o 4 p 7 5 7 7 6 9 V o n d r a c e k B Z i m m e r m a n J K H a n d W e s t r a J V S e t t i n g a n e f f e c t i v e T M D L : s e d i m e n t l o a d i n g a n d e f f e c t s o f s u s p e n d e d s e d i m e n t o n f i s h : J o u r n a l o f t h e A m e r i c a n W a t e r R e s o u r c e s A s s o c i a t i o n v 3 9 n o 5 p 1 0 0 5 1 0 1 5 W a l k e r W W a n d H a v e n s K E 2 0 0 2 D e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f a p h o s p h o r u s b a l a n c e m o d e l f o r L a k e I s t o k p o g a F l o r i d a : L a k e a n d R e s e r v o i r M a n a g e m e n t v 1 9 ( 1 ) p 7 9 9 1 Y o b b i D K 2 0 0 0 A p p l i c a t i o n o f n o n l i n e a r l e a s t s q u a r e s r e g r e s s i o n t o g r o u n d w a t e r f l o w m o d e l i n g W e s t C e n t r a l F l o r i d a : U S G e o l o g i c a l S u r v e y W a t e r R e s o u r c e s I n v e s t i g a t i o n s R e p o r t 0 0 4 0 9 4 5 8 p


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1 100
McCary, John.
0 245
Incorporating surficial aquifer ground-water fluxes into surface-water resource management studies
h [electronic resource] /
by John McCary.
260
[Tampa, Fla.] :
b University of South Florida,
2005.
502
Thesis (M.S.C.E.)--University of South Florida, 2005.
504
Includes bibliographical references.
516
Text (Electronic thesis) in PDF format.
538
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500
Title from PDF of title page.
Document formatted into pages; contains 51 pages.
520
ABSTRACT: For surface-water resource management studies, it is important to quantify all of the mechanisms that contribute to water quantity and influence water quality. In this regard, various methods have been used to ground-water fluxes in lake systems. These have included physical measurements (e.g., seepage meters), flow-net analyses, water budgets, chemical tracers, ground-water flow models, and statistical analyses. The method developed for this study for calculating ground-water inflow uses a simplified, 1-layer (surficial aquifer) ground-water flow model. The test area was on a set of lakes known as the Winter Haven Chain of Lakes in Polk County, Florida. The technique combines the use of a numerical model (MODFLOW) with an inverse prediction technique (PEST) to determine net surficial recharge rates. Within the model, the lakes were represented as constant-head boundaries.A general, surficial ground water no-flow boundary was delineated around the entire lake system based on the topographic boundaries. The model used annual average lake elevations to create a constant-head boundary for each lake for each year. Annual average elevations of surficial well heads were used as target well data. Model results generally support previous studies in the region, concluding that the lake chain receives significant inflow from the surficial aquifer and leaks to the Floridan aquifer. As a consequence, ground-water quality constituency was found to be of critical importance. One of the most important observations from this study is the need for accurate ground-water concentrations for ridge lake water quality management. The initial measured values used in this study were highly variable, uncertain, and likely underestimated the effect that ground water has on nutrient loading to the Winter Haven Chain of Lakes.
590
Adviser: Dr. Mark A. Ross.
653
Hydrologic models.
Nutrient loading.
Parameter estimation.
Tmdl.
Plrg.
690
Dissertations, Academic
z USF
x Civil Engineering
Masters.
773
t USF Electronic Theses and Dissertations.
4 856
u http://digital.lib.usf.edu/?e14.1095