Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region



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LIST OF TABLES 
Table 1-1: Active mine sites within study area ........................................................................................... 2
 
Table 1-2: Proposed mining operations within study area* ........................................................................ 3
 
Table 1-3: Priority ecological communities (PECs) in the study area (DPaW 2013) .................................. 4
 
Table 1-4: General attributes of landscape ecohydrological units (EHUs) in the central Pilbara region  .. 15
 
Table 2-1: Summary of stratigraphic units in the study area .................................................................... 24
 
Table 2-2: Description of land systems in the Fortescue Marsh study area  ............................................ 30
 
Table 2-3: Description of vegetation association in the Fortescue Marsh study area mapped by Beard 
(1975) ............................................................................................................................................. 34
 
Table 2-4: Description of the Fortescue Marsh Management Zones (EPA 2013)  .................................... 41
 
Table 3-1: Rainfall stations used to develop catchment rainfall estim ates .............................................. 47
 

Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region  
 
 
Status: Final Rev 6 
 September 2015 
Project number: 83501069   
Our ref: FM-EcoConcept_v8.docx 
Table 3-2: Streamflow gauges in proximity to the study area .................................................................. 48
 
Table 3-3: Annual runoff comparison 

 Weeli Wolli Creek Catchments (1984 to 2013) .......................... 49
 
Table 3-4: Annual runoff 

 Fortescue River (Newman) catchment (1980 to 2012) .................................. 50
 
Table 3-5: Annual rainfall runoff relationships for gauged catchments in proximity to the study area  ..... 53
 
Table 3-6: Water balance for four gauged catchments in proximity to the study area  ............................. 55
 
Table 3-7: Summary of hydrogeological units in uplands of the Chichester and Hamersley Ranges  ...... 57
 
Table 3-8: Summary of hydrogeological units in lowlands of the Fortescue Valley ................................. 58
 
Table 3-9: Summary of regionally estimated hydraulic parameters ......................................................... 59
 
Table 3-10: Summary of hydraulic properties of study area lithologies from various sources  ................. 60
 
Table 3-11: Comparison of recharge rate estimates in the study area  .................................................... 69
 
Table 4-1: Summary of EHUs within the study area ................................................................................ 81
 
Table 4-2:  Globally-important bird populations in the Fortescue Marsh Important Bird Area  ................. 91
 
Table 4-3: Fortescue Marsh annual average water balance .................................................................. 105
 
Table 4-4: Marsh indicative flooding frequency based on the conceptual water balance model ........... 105
 
Table 4-5: Data collected by Pinder et al. (2010) from freshwater claypans of the Fortescue Valley PEC 
located west of the study area ..................................................................................................... 110
 
Table 4-6 Data collected by Halse et al. (2014) from a station bore located 2.5 km southwest of the West 
Claypan ........................................................................................................................................ 111
 
Table 5-1: Marillana orebody overview .................................................................................................. 117
 
Table 5-2: Mindy orebody overview ....................................................................................................... 121
 
Table 5-3: Coondiner orebody overview ................................................................................................ 126
 
Table 5-4: BHP Billiton Iron Ore Roy Hill orebody overview: western part, Goodiadarrie Swamp 
catchment ..................................................................................................................................... 130
 
Table 5-5: BHP Billiton Iron Ore Roy Hill orebody overview: eastern part, Fortescue Marsh catchment
 
131
 
 
 

Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region  
 
 
Status: Final Rev 6 
 September 2015 
Project number: 83501069   
Our ref: FM-EcoConcept_v8.docx 
LIST OF FIGURES 
Figure 1-1: A conceptual diagram depicting lateral and vertical connectivity in an ecosystem with water 
as the primary medium (adapted from Miller et al. 2012).  ................................................................ 6
 
Figure 1-2 : Lateral and longitudinal connectivity in Pilbara uplands drainage systems. Note the 
concentration of denser vegetation along the major drainage lines.  ................................................ 7
 
Figure 1-3: Landscape hierarchy of EHUs and major water flow connectivity ......................................... 13
 
Figure 1-4: Landscape arrangement of EHUs ......................................................................................... 14
 
Figure 2-1: Rainfall and evapotranspiration for SILO 07 on the southern edge of Fortescue Marsh, from 
October 1984 to October 2013 ....................................................................................................... 21
 
Figure 2-2: Stratigraphic sequence of basement geology (after Harmsworth  et al, 1990) ....................... 25
 
Figure 2-3: Typical geological section across the study area (south-north) ............................................. 27
 
Figure 3-1: Annual catchment rainfall calculated from combinations of rainfall station data  ................... 47
 
Figure 3-2: Annual recorded streamflow for Weeli Wolli Creek catchments  ............................................ 49
 
Figure 3-3: Weeli Wolli Creek flow gauges - monthly flow comparison ................................................... 49
 
Figure 3-4: Annual recorded streamflow 

 Fortescue River (Newman) catchment .................................. 50
 
Figure 3-5: Monthly flow distribution at the Waterloo Bore (Weeli Wolli Creek) and Newman (Fortescue 
River) gauging stations .................................................................................................................. 51
 
Figure 3-6: Rainfall versus runoff relationshipes for the Waterloo Bore, Flat Rocks, Tarina and Newman 
catchments ..................................................................................................................................... 52
 
Figure 3-7: Annual rainfall and % runoff for four gauged catchments in the Pilbara region  ..................... 53
 
Figure 3-8: Summary of annual rainfall-runoff relationships for gauged catchments ............................... 54
 
Figure 3-9: Areas of groundwater use by vegetation (purple) could represent connectivity between 
ponded surface water and underlying aquifer in the Fortescue Marsh footprint (image af ter Barron, 
2013) .............................................................................................................................................. 63
 
Figure 3-10: Typical groundwater level rise in response to a recharge event as observed in selected 
bores in 
BHP Billiton Iron Ore’s Marillana tenement. Also shown, on the bottom plot, are the 
modelled Weelli Wolli Creek and Marsh flow volumes ................................................................... 66
 
Figure 3-11: Conceptual isosurfaces of brine situated underneath the Fortescue Valley (looking west, 
groundwater salinity is represented as follows: red 100,000 mg/L, orange 50,000  mg/L, green 
10,000 mg/l, pale blue 5,000 mg/L, blue 1,000 mg/L TDS) ............................................................ 75
 
Figure 3-12: Piper diagram of water samples from different hydrogeological units in the study area  ...... 76
 
Figure 3-13: Hydrogeological conceptualisation of the Fortescue Marsh  ................................................ 78
 
Figure 4-1: Saline clay flats in the Marsh interior (recently established samphire on the dry lake bed 
during a dry phase probably won’t survive the next major inundation event)  –
 photograph: 
D. Huxtable .................................................................................................................................... 83
 
Figure 4-2: A University of Western Australia research plot in samphire vegetation near the northern 
fringe of the Marsh 

 photograph: D. Huxtable .............................................................................. 83
 
Figure 4-3: Samphire vegetation in the outer Marsh with a patch of  Melaleuca glomerata woodland in the 
background 

 photograph: D. Huxtable.......................................................................................... 84
 
Figure 4-
4: The boundary of samphire vegetation (in this case ≈407.5 m
 AHD) is typically abrupt and 
probably aligns with zones of seed dispersal by floods 

 photograph: D. Huxtable ....................... 84
 
Figure 4-5: Lignum (Muehlenbeckia florulenta) shrubland in the outer Fortescue Marsh 

 photograph: D. 
Huxtable ......................................................................................................................................... 85
 
Figure 4-6: A drainage line fringed by Salt Water Couch entering the Fortescue Marsh 

 photograph: D. 
Huxtable ......................................................................................................................................... 85
 

Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region  
 
 
Status: Final Rev 6 
 September 2015 
Project number: 83501069   
Our ref: FM-EcoConcept_v8.docx 
Figure 4-7: Fortescue Marsh internal catchment delineation as indicated by: inundulation of the west 
catchment only in early 2012 (Top) and by elevation differences between the east and west basins 
(Bottom) ......................................................................................................................................... 95
 
Figure 4-8: Conceptual flooding and drying dynamics of the Fortescue Marsh  groundwater with rainfall 
cumulative deviation plot (BOM Wittenoom gauge) ....................................................................... 97
 
Figure 4-9: A typical hydrostratigraphical sequence under the Fortescue Marsh .................................... 99
 
Figure 4-10: Newman catchment 

 rainfall versus runoff adjusted for application in Marsh northern 
fringing catchments ...................................................................................................................... 101
 
Figure 4-11: Mean annual inflows to the Fortescue Marsh from surrounding catchments and estimates of 
the regional groundwater throughflow .......................................................................................... 102
 
Figure 4-12: Fortescue Marsh simulated water levels, in comparison with anecdotal flood l evels from 
aerial photos................................................................................................................................. 103
 
Figure 4-13: Fortescue Marsh simulated volumes, with inflows to the east and west basins  ................ 103
 
Figure 4-14: Fortescue Marsh simulated surface areas in response to simulated inflows  ..................... 104
 
Figure 4-15: Ecohydrological conceptualisation of the Fortescue Marsh  ............................................... 108
 
Figure 4-16: Conceptual water balance for the East and Central Claypans .......................................... 112
 
Figure 4-17: Ecohydrological conceptualisation of the Claypans ........................................................... 114
 
Figure 5-1: BHP Billiton Iron Ore Marillana orebody interpreted geological cross section A-
A’
 ............. 118
 
Figure 5-2: BHP Billiton Iron Ore Mindy orebody interpreted geological cross-section A-
A’
 .................. 122
 
Figure 5-3: BHP Billiton Iron Ore Mindy orebody interpreted geological cross-section B-
B’
 .................. 123
 
Figure 5-4: BHP Billiton Iron Ore Coondiner orebody interpreted geological cross -section A-
A’
 ........... 127
 
Figure 5-5: BHP Billiton Iron Ore Roy Hill orebody interpreted geological cross-section A - 
A’
 ............. 132
 
Figure 5-6: BHP Billiton Iron Ore Roy Hill orebody interpreted cross-section B-
B’
 ................................ 133
 
Figure 5-7: Conceptual cross section of Cloudbreak dewatering and reinjection operations (from DHI, 
2012) ............................................................................................................................................ 135
 
Figure 5-8: Conceptual hydrogeological cross-section of the Christmas Creek mining operation (after 
FMG, 2011) .................................................................................................................................. 136
 
Figure 5-9: Geological cross-section of the Koodaideri deposit (after Parsons Brinckerhoff, 2013)  ...... 139
 
Figure 5-10: Conceptual hydrogeological cross-section of the Koodaideri deposit (after Parsons 
Brinckerhoff, 2013) ....................................................................................................................... 140
 
Figure 5-11: Geological cross-section of Brockman Resources Marillana project (after Aquaterra, 2010)
 
142
 
Figure 5-12: Typical geological cross-sections for RHIO Roy Hill project (after RHIO PER, 2009)  ....... 144
 
 
APPENDICES 
Appendix A Data inventory and catalogue
 
 
 
 

Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region  
 
 
Status: Final Rev 6 
 September 2015 
Project number: 83501069   
Our ref: FM-EcoConcept_v8.docx 
KEY ACRONYMS 
AHD 
 
Australian Height Datum 
bgl 
 
below ground level 
BIF 
 
Banded Iron Formation 
BoM 
 
Bureau of Meteorology 
CID 
 
channel iron deposit 
DAFWA   
Department of Agriculture and Food, Western Australia 
DEC 
 
Department of Environment and Conservation 
DEM 
 
digital elevation model 
DSITIA   
Department of Science, Information Technology, Innovation and the Arts  
DoW 
 
Department of Water 
EC 
 
electrical conductivity 
EIA 
 
Environmental Impact Assessment 
FMG 
 
Fortescue Metals Group 
HPPL 
 
Hancock Prospecting Proprietary Limited 
mg/L 
 
milligrams per litre 
mRL 
 
metres above reference level 
µS/cm 
 
microSiemens per centimetre 
PEC 
 
Priority Ecological Community 
PER 
 
Public Environmental Review  
RHIO 
 
Roy Hill Iron Ore 
TDS 
 
total dissolved solids 
TEM 
 
transient electromagnetic 
 

Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region  
 
 
 
Status: Final 
September 2015 
Project No.: 83501069    
Page 1 
Our ref: FM-EcoConcept_v8.docx 

Introduction
 
1.1 
Study description  
BHP Billiton Iron Ore Pty Ltd (BHP Billiton Iron Ore) commissioned MWH to develop an ecohydrological 
conceptualisation of the Fortescue Marsh and surrounding catchment areas contributing to the Marsh. 
This study informs BHP Billiton Iron Ore
’s Strategic Environmental Assessment (SEA) process and has 
been undertaken in parallel with three other ecohydrological studies in adjacent landscapes: referred to 
as the Central Pilbara, Eastern Pilbara and Marillana Creek  Regions. 
The ecohydrological conceptualisation provides an integrated understanding og groundwater, surface 
water and ecological regimes in the vicinity of BHP Billiton Iron Ore
’s mining and infrastructure 
development activities. BHP Billiton Iron Ore has no current mining operations near the Fortescue 
Marsh; however, potential projects in the Marillana, Mindy, Coondiner and Roy Hil l tenement areas are 
at various stages of assessment and development. 
The ecohydrological conceptualisation is supported by maps of the region and  study area which have 
been compiled into a map book 
(Fortescue Marsh Ecohydrological Conceptualisation Map Book)
. The 
map book should be referred to in conjunction with this document.   
1.1.1 
Location and extent  
The Fortescue Marsh (the Marsh) is located in the Pilbara Region of Western Australia and is the largest 
ephemeral wetland in the region (Map 1-01). It is an extensive intermittent wetland within a broad valley, 
bound by the Chichester Range to the north and the Hamersley Range to the south.  
The Marsh has formed at the terminus of the Upper Fortescue River catchment, which constitutes the 
upper portion of the Fortescue River Basin (Map 1-01). The Fortescue River Basin covers an area of 
49,710 km
2
. The Upper and Lower Fortescue River catchments occupy areas of 29,820  km
2
 and 19,890 
km
2
, respectively. The Goodiadarrie Hills form the catchment divide between the Upper and Lower 
Fortescue Catchments. To the west of the Goodiadarrie Hills, the Lower Fortescue River  catchment 
drains into the Indian Ocean. 
The Upper Fortescue River catchment is an internally-draining catchment and is considered to have 
negligible or limited hydraulic connectivity, either via surface water or groundwater, to the Lower 
Fortescue River catchment. Flood flows are delivered to the Marsh by the Upper Fortescue River, Weeli 
Wolli Creek and numerous small creeks emanating from the surrounding ranges.   
Study area delineation 
MWH developed an appropriate spatial domain for the ecohydrological co nceptualisation. A pragmatic 
approach was adopted, based on catchment scale hydrology and the location of  BHP Billiton Iron Ore
’s 
proposed mining projects within the vicinity of the Marsh. The defined Fortescue Marsh  study area 
(hereafter referred to as the study area) covers an area of 11,971 km
2
 (Map 1-02).  
The study area boundary depicted in Map 1-02 was selected with due consideration of:  

 
the purpose of the ecohydrological conceptualisation; 

 
areas encompassing prospective BHP Billiton Iron Ore
’s proje
cts; 

 
ecophysiographic boundaries and broadly anticipated hydrological stresses on the Marsh and other 
ecosystems; 

 
sites of recognised ecological significance; 

 
hydrological requirements (reflected in catchment boundaries) for potential future construction of  
numerical models (including ecohydrological models); and 

 
potential stresses imposed by any existing or proposed mining/dewatering operations including 
those associated with parties other than BHP Billiton Iron Ore. 
 
 

Ecohydrological Conceptualisation of the Fortescue Marsh Region  
 
 
 
Status: Final 
September 2015 
Project No.: 83501069    
Page 2 
Our ref: FM-EcoConcept_v8.docx 
The project area encompasses the management zones described in the Environmental Protection 
Authority (EPA) Guidance for environmental and water assessments relating to mining operations in the 
Fortescue Marsh area (EPA, 2013). This is discussed in more detail in Section 2.6.6 of this  report. It is 
generally bound to the north and south by surface water catchment divides along the Chichester and 
Hamersley Range, respectively. The eastern boundary is broadly defined by the Fortescue River course. 
The western boundary is defined by an inferred surface water and groundwater divide to the west of the 
Goodiadarrie Hills.  
Key assumptions and limitations inherent in the delineation of the  study area are as follows: 

 
The southern boundary extends sufficiently beyond the proposed BHP Billiton Iron Ore mine sites to 
enable assessment of flow contributions primarily from Weeli Wolli, Mindy Mindy and Coondiner 
Creeks into the study area. 

 
The study area boundary extends significantly beyond the inferred groundwater divide in the vicinity 
of the Coondiner mine site; delineation of the boundary in this area was designed to coincide with 
the surface water catchment boundary further south. Surface water contributions captured in the 
ecohydrological conceptualisation will be evaluated in some detail within this extended area, 
however, detailed characterisation of the hydrostratigraphy beyond the inferred groundwater divide 
will not be undertaken, and will be limited to a brief description of the stratigraphic sequence and 
groundwater flow interpretation primarily as a flux input into the Fortescue Marsh. 

 
The area to the west of the Goodiadarrie Hills, which includes the Goodiadarrie Swamp, constitutes 
an internally draining system disjunct from the Fortescue Marsh. Subsequent discussions regarding 
the Goodiadarrie Swamp throughout this document will reflect the functional difference between the 
Goodiadarrie Swamp and Fortescue Marsh. 
There are currently three active mine sites within the study area, and one in the initial stages of 
operations (Table 1-1, Map 1-02). In addition, there are several proposed mining operations within the 
study area (Table 1-2). Public reports associated with project site characterisation and feasibility studies  
are available for the Christmas Creek, Cloudbreak, HPPL Roy Hill, Nyidinghu, Brockman, Marillana and 
Koodaideri projects. Data relevant to this study have been used where appropriate, and all reports are 
catalogued in Appendix A: Data Inventory and Catalogue.  

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