Identifying sources of groundwater in the lower Colorado River valley, USA, with δ18O, δD, and 3H: implications for river water accounting

Isotope measurements (¹⁸O, D, ³H) indicate groundwater origin in the Lower Colorado River Valley (LCRV) and provide an alternative, or supplement, to the US Bureau of Reclamations proposed accounting surface method. The accounting surface method uses a hydraulic criterion to identify certain wells away from the flood plain that will eventually yield mainstream Colorado River water. New isotope data for 5 surface-water and 18 groundwater sites around Topock Marsh, Arizona, are compared with river-water data (1974–2002) from 11 sites between Utah and Mexico and with groundwater data from previous LCRV studies. Three groundwater sources are repeatedly identified in the LCRV: (1) local recharge derived from precipitation, usually winter rain, plots slightly below the global meteoric water line (GMWL) and has D values that are 20 greater than those of recent river water; (2) older (pre-1950) upper basin river-water plots on or near the GMWL, distinct from local rainfall and recent river water; and (3) recent (post-1950) Colorado River water, including Topock Marsh samples, plots below the GMWL along an evaporation trend. Large floods, as in 1983, complicate interpretation by routing less evaporated upper basin water into the LCRV; however, tritium content can indicate the age of a water. River-water tritium has declined steadily from its peak of 716 TU in 1967 to about 11 TU in 2002. Mixtures of all three groundwater sources are common.

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Resumen Mediciones isotópicas (¹⁸O, D, ³H) indican cual es el origen del agua subterránea en el Valle Bajo del Río Colorado (LCRV) y aportan una alternativa, o complemento, para el método superficie de conteo propuesto por el Buró de Reclamación de Estados Unidos. El método superficie de conteo utiliza un criterio hidráulico para identificar ciertos pozos alejados de la planicie de inundación que eventualmente producirán agua a partir de la corriente principal del Río Colorado. Los nuevos datos isotópicos para 18 sitios de agua subterránea y 5 sitios de agua superficial cerca de los Pantanos Topock, Arizona, se comparan con datos de agua de río (1974–2002) provenientes de 11 sitios localizados entre Utah y México, y con datos de aguas subterráneas de estudios previos realizados en el LCRV. Se identifican reiteradamente tres fuentes de aguas subterráneas en el LCRV: (1) recarga local derivada de precipitación, generalmente lluvia de invierno, cuya composición cae ligeramente por debajo de la línea de agua meteórica global (GMWL) y tiene valores D que son 20 mayores que los reportados para agua de río reciente; (2) el agua de río más vieja (pre-1950) de la cuenca alta cuya composición cae sobre o cerca de la GMWL, diferente de la lluvia local y del agua de río reciente; (3) agua reciente (post-1950) del Río Colorado, incluyendo muestras de los Pantanos Topock, con composición por debajo de la GMWL a lo largo de una tendencia a la evaporación. Inundaciones grandes, como en 1983, complican la interpretación al transmitir menos agua evaporada de la cuenca alta hacia el LCRV; sin embargo, el contenido de tritio puede indicar la edad del agua. El contenido de tritio en agua de río ha disminuido constantemente desde la concentración pico de 716 TU en 1967 a cerca de 11 TU en 2002. Es común que exista mezclas de las tres fuentes de agua subterránea.

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Résumé Les mesures isotopiques (d18O, dD, 3H) indiquent les origine de leaux souterraines dans la Vallée de la Rivière du Bas Colorado (LCRV) et sont une alternative, ou un supplément, à la méthode des bilans hydrologiques proposée par du «US Bureau of Reclamation». Cette méthode de bilan hydrologique utilise un critère hydraulique permettant didentifier certains puits hors de la plaine dinondation qui pomperaient une part non négligeable de leur eau dans la rivière Colorado. De nouvelles données isotopiques provenant de 5 sites deau de surface et 18 deaux souterraines autour de Topock Marsh en Arizona, sont comparées avec les données (1974–2000) de 11 sites localisés entre Utah et Mexico, ainsi que des données dautres études sur la LCRV. Ces sources deaux souterraines sont identifiées à plusieurs reprises dans la LCRV: (1) la recharge locale dérivant des précipitations, généralement les pluies hivernales, se retrouvent légèrement sous la ligne deau météoritique globale (GMWL) et possède des valeurs de dD 20% supérieures aux valeurs des eaux récentes de la rivière; (2) les eaux vieilles (pre-1950) du bassin supérieur de la rivière possèdent une valeurs très proches de la GMWL, distinctes des valeurs de la pluie locale et des eaux récentes de la rivière; et (3) les eaux récentes (post-1950) de la Rivière Colorado, incluant les échantillons de Topock Marsh, se positionnent à côté de la GMWL sur une droite dévaporation. Les grandes inondations, par exemple celle de 1983, compliquent linterprétation en reprenant dans la LCRV moins deaux marquées comme évaporées et provenant du bassin supérieur; par ailleurs le pic de tritium est descendu de 716 TU en 1967 à 11 TU en 2002. Les mélanges de ces trois sources sont assez fréquentes.

     

Recharge mechanism and hydrochemistry evaluation of groundwater in the Nuaimeh area, Jordan, using environmental isotope techniques

The relationship between the stable isotopic and chemical composition of precipitation and groundwater was studied in the Nuaimeh area of the Ajloun Highlands in Jordan. The isotopic composition values of precipitation and groundwater are almost identical. The spatial variation of stable isotopes in precipitation is mainly due to the effect of seasonal temperature, altitude and amount. The groundwater reveals identical variation in isotopic composition to the precipitation due to direct recharge and the karstic nature of the outcropping Turonian aquifer. Tritium levels in wells are high and their content is similar to the weighted mean value of tritium content in precipitation, indicating local recharge and low residence time. The ¹⁴C activity in the tritiated groundwater is found to be about half of the ¹⁴C activity of precipitation in the region. A geochemical evolution through dissolution of carbonate by water–carbonate rock interactions reduced the atmospheric ¹⁴C activity from 114 to 61 pmc in the groundwater. A ¹⁴C of around 61 pmc and 7.6 TU values are considered the initial concentration for the recharge in the shallow carbonate aquifer in the Yarmouk Basin. The large fluctuation of water level in observation wells during the rainy season indicates the sensitivity and direct response of the aquifer to the recharge. The chemical composition of the groundwater (Ca²⁺–HCO₃^–) gives emphasis to the short duration of water–rock interaction and indicates dissolution of the carbonate aquifer. The elevated concentrations of Cl^– and NO₃^– in groundwater are attributed to anthropogenic sources.

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Resumen Fue estudiada la relación entre la composición isotópica estable y la composición química, tanto de la precipitación como del agua subterránea, en el área de Nuaimeh en las montañas de Ajloun, en Jordania. Los valores de la composición isotópica de la precipitación y del agua subterránea son casi idénticos. La variación espacial de los isótopos estables en la precipitación, es debida principalmente al efecto de la temperatura estacional, a la altura y a la cantidad. El agua subterránea muestra una variación idéntica a la precipitación en cuanto a la composición isotópica, debido a la recarga directa y a la naturaleza cársica del acuífero Turoniano aflorante. Los niveles de tritio en los pozos son altos y su contenido es similar al valor medio ponderado del contenido de tritio en la precipitación, indicando una recarga local y un tiempo de residencia corto. Se ha encontrado que la actividad de ¹⁴C en el agua subterránea tritiada, es alrededor de la mitad de la actividad del ¹⁴C en la precipitación para la región. La evolución geoquímica ocurrida a partir de la disolución del carbonato, por las interacciones roca carbonatada–agua, redujeron la actividad atmosférica del ¹⁴C desde 114 en porcentaje de carbono moderno (pcm) hasta 61 pcm en el agua subterránea. Los valores del ¹⁴C cercanos a 61 pcm y de 7.6 unidades de tritio, se han considerado como las concentraciones originales para la recarga en el acuífero carbonatado somero de la Cuenca de Yarmouk. Una gran fluctuación en el nivel de agua de los pozos de observación, durante la estación lluviosa, indica la sensibilidad y la respuesta directa del acuífero frente a la recarga. La composición química del agua subterránea (Ca²⁺–HCO₃^–), enfatiza en la corta duración de la interacción de agua–roca, e indica disolución del acuífero carbonatado. La concentración elevada de Cl^– y NO₃^– en el agua subterránea, se atribuye a fuentes antropogénicas.

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Résumé Dans la région montagneuse dAjloun de Jordanie on a étudié la relation entre la composition chimique et isotopique des précipitations et des eaux souterraines. La composition isotopique est presque identique dans précipitations et les eaux souterraines. La variation spatiale de la teneur en isotopes stables dans les précipitations est déterminée en principal par les variations saisonnière de la température, laltitude ainsi que par la quantité des précipitations. A cause de la recharge directe et de la nature karstique des affleurements de laquifère dage touronienne, les eaux souterraines présentent la même composition isotopique que les précipitations. La teneur en ³H mesurée dans les forages présente des valeurs élevées, proches de la valeur moyenne des précipitations, ce quindique une recharge locale et un temps court de résidence. On a déterminé pour lactivité de ¹⁴C une valeur proche de la moitié trouvée dans les précipitations. Lévolution géochimique par dissolution des carbonates pendant linteraction entre leau et les roche a diminué lactivité du ¹⁴C, de la valeur de 114 pcm en atmosphère à 61 pcm dans les eaux souterraines. Dans laquifère calcaire de surface de bassin Yarmouk, on a considéré comme de concentrations initiales, les valeurs de 61 pcm pour ¹⁴C et 7.2 UT pour ³H. Les grandes fluctuations des niveaux des eaux souterraines observées dans les forages pendant les saisons pluvieux montrent la sensibilité ainsi que la réponse directe de laquifère au recharge. La composition chimique des eaux souterraines (Ca²⁺–HCO₃^–) montre de plus le temps court de linteraction entre leau et la roche, en indiquant aussi la dissolution de laquifère calcaire. Les taux élevées de la concentration en Cl^– et NO₃^– dans les eaux souterraines ont été attribuées aux sources humaines.

     

Understanding and managing the stressed Mexico-USA transboundary Hueco bolson aquifer in the El Paso del Norte region as a complex system

As the latest drought has swept over the southwestern United States, most local and regional water providers have had to rely on ground water to meet their water demands as surface water supplies have diminished. In areas near major population centers this situation has continued to put strain and stress on already over-drafted regional aquifers. Metropolitan centers throughout the southwestern United States, as exemplified by Las Vegas, Nevada; Phoenix and Tucson, Arizona; and El Paso, Texas, have a history of over drafting their available ground water resources. How these stressed aquifers should be managed is an urgent issue. In El Paso, Texas long-term groundwater mining in the transboundary Hueco bolson aquifer has resulted in large water level drawdowns within the basin, particularly in several well fields. This situation has promoted the intrusion of brackish water into fresh water zones, and consequently reduced the volume of fresh water stored in the aquifer. Management of this aquifer is made more complex as the water resources of the region are shared across the United States/Mexico boundary and the transboundary region continues to grow rapidly. This paper describes the current situation within the Hueco bolson due to over drafting and continued reliance on the fresh water in storage and describes how understanding the dynamics of the aquifer as a complex system can offer managerial perspectives that can be used to establish operational procedures and programs for bringing drawdowns into equilibrium, increasing the longevity of the aquifer, gradually restoring water quality, and offering the hope of utilization of the resource in a sustainable manner.

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Resumen A medida que la última sequía ha pasado ligeramente sobre el suroeste de Estados Unidos la mayoría de abastecedores locales y regionales de agua han tenido que depender del agua subterránea para satisfacer sus demandas de agua debido a que las fuentes de agua superficial han disminuido. En áreas cerca de centros poblados principales esta situación ha continuado ejerciendo presión en los ya sobre explotados acuíferos regionales. Los centros metropolitanos en todo el suroeste de Estados Unidos, por ejemplo Las Vegas, Nevada; Fénix y Tucson, Arizona; y El Paso, Texas tienen una historia de sobre explotar los recursos de agua subterránea disponibles.La gestión de estos acuíferos estresados constituye un problema urgente. En El Paso, Texas el minado de agua subterránea a largo plazo en el acuífero transnacional Hueco bolsón ha resultado en varios campos de pozos. Esta situación ha promovido la intrusión de agua salobre hacia zonas con agua fresca y reducido consecuentemente el volumen de agua fresca almacenado en el acuífero. El manejo de este acuífero se hace más complejo debido a que los recursos hídricos de la región son compartidos a través del límite Estados Unidos/México y la región transnacional continúa creciendo rápidamente. Este artículo describe la situación actual dentro del Hueco bolsón debido a la sobre explotación y continua dependencia en el agua fresca almacenada y describe como el entendimiento de la dinámica del acuífero como un sistema complejo puede ofrecer perspectivas de gestión que pueden utilizarse para establecer procedimientos operacionales y programas que conduzcan al equilibrio de los descensos, aumentando la longevidad del acuífero, gradualmente restaurando la calidad del agua, y ofreciendo la esperanza de utilizar el recurso de manera sostenible.

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Résumé Alors que la dernière sécheresse a atteint toute la partie Sud-Ouest des Etats-Unis, la plus part des distributeurs deau, locaux et régionaux, doivent sapprovisionner en eau souterraine dés lors que les niveaux des eaux de surface ont diminués. Dans les zones proches des grands centres densément peuplés, cette situation a continuée a altérée des aquifères déjà surexploités. Les centres métropolitains du Sud-Ouest des Etats-Unis (Las Vegas dans le Nevada, Phoenix et Tucson dans lArizona, El Paso au Texas) sont connus historiquement pour surexploités leurs ressources en eaux souterraines. Il devient urgent de définir un mode de gestion de ses aquifères surexploités. A El Paso dans le Texas, le minage de laquifère transfrontalier engendre un rabattement important dans le bassin, et plus particulièrement autour des zones de captage. Cette situation a induit lintrusion deaux saumâtres dans des zones deaux douces, et a par conséquent réduit le volume deau douce stockée et exploitable dans laquifère. La gestion de cet aquifère est par ailleurs complexifiée par la situation transfrontalière, dautant que la zone frontalière connaît une croissance rapide. Cet article décrit la situation actuelle dans la vallée fermée du Hueco, due au sur-rabattement et à lexploitation continue des eaux douces, et décrit comment la compréhension de laquifère, vu comme un système complexe, peut offrir des perspectives de gestion amenant à des procédures opérationnelles et à des programmes à long terme permettant de ramener à léquilibre la baisse des niveaux deau. Ainsi la longévité de laquifère sera mieux garantie, la qualité de leau sera graduellement restaurée et lutilisation de leau respectera le souci de développement durable.

     

Contribution to the study of Greek thermal springs: hydrogeological and hydrochemical characteristics and origin of thermal waters

A large number of chemical analyses of Greek thermal waters were evaluated in order to investigate spring water origin, water–rock interaction mechanisms, and estimate the thermal potential of the geothermal areas. Four water types were distinguished from geochemical diagrams. The relatively fresher waters include samples of Ca–HCO₃ and Mg–HCO₃ type waters originating from the schistose Rhodope Massif and the Quaternary basin of Aridea, respectively. Samples of the Na–HCO3 water type are typical of springs located in the post-orogenic basins of northern Greece. These hot, deep-rising Na–HCO₃ waters circulate in a CO₂-rich environment that favours the solubility of alkaline ions such as Na from siliceous rocks. Most of the samples belong to the Na–Cl water type and originate from Greek islands and coastal springs. These are characterized by the mixing of deep thermal solutions with seawater and fresh water. The presence of CO₂ in thermal and mineral springs is due to the metamorphism of buried marine carbonate horizons while H₂S is due to both local pyrite oxidation and the reduction of sulphates. The use of geothermometers suggested that the investigated geothermal areas have low enthalpy fluids at depth, while higher temperatures are likely present in Milos, Lesvos, Nisyros islands and Xanthi Basin.

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Resumen Se ha evaluado un gran número de análisis químicos de aguas termales griegas con objeto de investigar el origen del agua en los manantiales, los mecanismos de interacción agua-roca, y estimar el potencial termal de las áreas geotérmicas. Se distinguieron cuatro tipos de aguas a partir de diagramas geoquímicos. Las aguas relativamente frescas incluyen muestras de agua tipo Ca–HCO₃ y Mg–HCO₃ que se originan en los esquistos del Macizo Rhodope y la cuenca Cuaternaria de Aridea, respectivamente. Las muestras de agua tipo Na–HCO₃ son típicas de manantiales localizados en las cuencas post-orogénicas del norte de Grecia. Estas aguas calientes y profundas, de tipo Na–HCO₃, circulan en un ambiente rico en CO₂ que favorece la solubilidad de iones alcalinos, tal como Na proveniente de rocas silícicas. La mayoría de las muestras pertenecen al tipo de agua Na–Cl y se originan en islas y manantiales costeros griegos. Estas aguas se caracterizan por la mezcla de soluciones termales profundas con agua de mar y agua dulce. La presencia de CO₂ en manantiales termales y minerales se debe a el metamorfismo de horizontes carbonatados marinos enterrados mientras que el H₂S se debe a oxidación local de pirita y reducción de sulfatos. El uso de geotermómetros sugiere que las áreas termales investigadas tienen fluidos de baja entalpía a profundidad, mientras que las temperaturas más elevadas es probable que se presenten en Milos, Lesvos, islas de Nisyros y la cuenca Xanthi.

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Résumé Un grand nombre danalyses chimiques des eaux thermales grecques ont été menées de manière à investiguer lorigine des eaux des sources thermales, les mécanismes dinteraction avec les roches traversées, et destimer le potentiel des zones géothermiques. Quatre types deau ont été distinguées sur base des diagrammes géochimiques. Les eaux les plus fraîches correspondent respectivement aux échantillons des eaux calco et magnéso carbonatées du massif schisteux de Rhodope et du bassin quaternaire dAridea. Les échantillons deaux sodi carbonatées proviennent typiquement des sources localisées dans les bassins posts-orogéniques du Nord de la Grèce. Ces chaudes et très profondes eaux sodi carbonatées circulent dans des environnements riches en CO₂ qui favorisent la solubilité des ions alcalins, tel que le sodium, des roches siliceuses. La plus part des échantillons ont un facies chloruré sodique et proviennent des îles grecques ou des environnement côtier. Ces eaux sont caractérisées par des mélanges entre eaux profondes avec des eaux de mer et des eaux de surface. La présence de CO₂ dans les eaux de sources thermales et minérales est due au métamorphisme des horizons de calcaires marins et couverts, tandis que la présence de H₂S est due à loxydation locale de la pyrite et à la réduction des sulfates. Lutilisation de géothermomètres suggère que les zones géothermiques étudiées contiennent des eaux à faible enthalpie en profondeur, bien que des températures assez élevées soient rencontrées à Milos, Lesvos, sur les îles Nisyros et dans le bassin de Xanthi.

     

Using environmental isotopes in the study of the recharge-discharge mechanisms of the Yarmouk catchment area in Jordan

The recharge sources, the flow mechanisms and discharge areas of the different groundwater bodies underlying the Yarmouk River catchment area in Jordan, have, until now, not been adequately explained, although a wide range of hydrological, hydrogeological, and hydrochemical studies have been done. Along the Jordanian part of the catchment area of the Yarmouk River, groundwater issues from different aquifers with a variety of chemistries and types within the same aquifer and in between the different aquifers. Conventional recharge/discharge mechanisms, water balances and chemical analyses did not adequately explain the chemical variations and the different water types found in the area. Applying environmental isotopic tools combined with their altitude effects due to topographic variations (250–1,300 m a.s.l. within a distance of 20 km), and taking into consideration re-evaporation effects on the isotopic depletion and enrichment of rainwater, has greatly helped in understanding the recharge discharge mechanisms of the different aquifers. Precipitation along the highlands of an average of 600 mm/year is found to be depleted in its isotopic content of O¹⁸ = –7.0 to –7.26 and D = –32.2 to –33.28, whereas that of the Jordan Valley of 350 mm/year is highly enriched in isotopes with O¹⁸ = –4.06 and D = –14.5. The groundwater recharged along the highlands is depleted in isotopes (O¹⁸ = ~ –6, D = ~ –30), groundwater at the intermediate elevations is enriched (O¹⁸ = ~ –5, D = ~ –23) and that of the Jordan Valley aquifers containing meteoric water is highly enriched (O¹⁸ ~ –3.8, D = ~ –18). The deep aquifers in the Jordan Valley foothills are depleted in isotopes (O¹⁸ –18 = –6, D = –30) and resemble those of the highland aquifers. Only through using isotopes as a tool, were the sources of the different groundwater bodies and recharge and discharge mechanisms unambiguously explained. It was found that recharge takes place all over the study area and produces groundwater, which, from the highlands towards the Jordan Valley, shows increasing enrichment in isotopes. The highlands aquifer, with its groundwater depleted in isotopes, becomes confined towards the Jordan Valley; and, due to its confining pressure, leaks water upwards into the overlying aquifers causing their water to become less enriched in isotopes. Water depleted in its isotopic composition also seeps upward to the ground surface at the mountain foothills through faults and fissures.

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Resumen Las fuentes de recarga, los mecanismos de flujo y las áreas de descarga de los diferentes cuerpos de agua subterránea que subyacen el área de la cuenca del Río Yarmouk en Jordania, se han explicado de manera no ambigua únicamente mediante la aplicación de los isótopos como herramienta. A lo largo de la parte Jordana del área de la cuenca del Río Yarmouk el agua subterránea emerge de diferentes acuíferos con una variedad de tipos y composiciones, ya sea que provengan del mismo acuífero o de diferentes acuíferos. Los mecanismos convencionales de recarga/descarga, balances hídricos y variaciones químicas no han podido explicar las variaciones químicas y los diferentes tipos de aguas. La aplicación de herramientas de isótopos ambientales combinadas con los efectos de altitud derivados de variaciones topográficas (250 hasta 1,300 m s.n.m. en una distancia de 20 km) y tomando en consideración los efectos de re-evaporación en el empobrecimiento de isótopos y enriquecimiento del agua de lluvia han ayudado fuertemente en el entendimiento de los mecanismos de recarga/descarga de los diferentes acuíferos. La precipitación en el área varía de 600 mm/año, a lo largo de las tierras altas, a 350 mm/año en el área del Valle Jordán. El flujo de agua subterránea ocurre de las tierras altas hacia el Valle Jordán. El agua subterránea de las tierras altas está empobrecida en isótopos (O¹⁸ =~ –6, D =~ –30), el agua subterránea de elevaciones intermedias está enriquecida (O¹⁸ =~ –5, D =~ –23), y el agua de los acuíferos del Valle Jordan contiene agua meteórica que se encuentra altamente enriquecida (O¹⁸ =~ –3.8, D =~ –18). Los acuíferos profundos que se localizan al pie de las tierras altas del Valle Jordán están empobrecidos en isótopos (O¹⁸ =~ –6, D =~ –30) y son similares a los acuíferos de las tierras altas. Solo al aplicar los isótopos ambientales como herramienta pudo explicarse de manera inequívoca las fuentes de los diferentes cuerpos de agua subterránea y los mecanismos de recarga y descarga.

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Résumé Les zones de recharge, les mécanismes découlement et les zones de décharges des différentes masses deau souterraine sous le bassin versant de la rivière Yarmouk en Jordanie, étaient expliquées de manière ambiguë par les seuls outils isotopiques. Le long de la parti Jordanienne du bassin versant de la rivière Yarmouk leau souterraine provient de différents aquifères et se distinguent par leur type et leur composition chimique, selon que leau provient du même ou des différents aquifères. Les mécanismes conventionnels de recharge et de décharge, bilan hydrologique ne donnaient pas dexplications satisfaisantes concernant les variations chimiques et les différents types deau. En appliquant les isotopes environnementaux combinés aux effets de laltitude sur les variations des teneurs isotopiques (laltitude varie de 250 à 1,300 m sur une distance de 20 km.) et en prenant en considération les effets de ré-évaporation sur lappauvrissement et lenrichissement isotopique des eaux pluviales ont fortement contribués à une meilleure compréhension des mécanismes de recharge des différents aquifères. Les précipitations annuelles sont comprises entre 600 mm dans les zones en altitude et 350 mm dans la vallée de la Jordanie. Les écoulements de leau souterraine sont dirigés des zones en altitude vers la vallée de la Jordanie. Les eaux souterraines des zones en altitude sont isotopiquement appauvries (O¹⁸ = ~ –6, D = ~ –30), les eaux souterraines des zones de moyenne altitude sont enrichies (O¹⁸ = ~ –5, D = ~ –23) et les eaux de la vallée très enrichies (O¹⁸ ~ –3.8, D = ~ –18). Les aquifers profonds dans la vallée de la Jordanie sont appauvris (O¹⁸ –18 = –6, D = –30) et se confondent avec les eaux des zones situées en altitude. En appliquant uniquement les isotopes environnementaux comme des outils de compréhension des phénomènes hydrogéologiques, la source des différentes masses deau souterraines, les mécanismes de la recharge et de la décharge pourraient être expliqués de manière ambiguë.

     

Aquifers and hyporheic zones: Towards an ecological understanding of groundwater

Ecological constraints in subsurface environments relate directly to groundwater flow, hydraulic conductivity, interstitial biogeochemistry, pore size, and hydrological linkages to adjacent aquifers and surface ecosystems. Groundwater ecology has evolved from a science describing the unique subterranean biota to its current form emphasising multidisciplinary studies that integrate hydrogeology and ecology. This multidisciplinary approach seeks to elucidate the function of groundwater ecosystems and their roles in maintaining subterranean and surface water quality. In aquifer-surface water ecotones, geochemical gradients and microbial biofilms mediate transformations of water chemistry. Subsurface fauna (stygofauna) graze biofilms, alter interstitial pore size through their movement, and physically transport material through the groundwater environment. Further, changes in their populations provide signals of declining water quality. Better integrating groundwater ecology, biogeochemistry, and hydrogeology will significantly advance our understanding of subterranean ecosystems, especially in terms of bioremediation of contaminated groundwaters, maintenance or improvement of surface water quality in groundwater-dependent ecosystems, and improved protection of groundwater habitats during the extraction of natural resources. Overall, this will lead to a better understanding of the implications of groundwater hydrology and aquifer geology to distributions of subsurface fauna and microbiota, ecological processes such as carbon cycling, and sustainable groundwater management.

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Resumen Los entornos ecológicos en ambientes subsuperficiales están relacionados directamente con el flujo de agua subterránea, la conductividad hidráulica, biogeoquímica intersticial, tamaño de los poros, y vínculos hidrológicos con acuíferos adyacentes y ecosistemas superficiales. La ecología del agua subterránea ha evolucionado a partir de una ciencia que describe la biota subterránea única hasta alcanzar la forma actual que enfatiza estudios multidisciplinarios que integran hidrogeología y ecología. Este enfoque multidisciplinario busca clarificar la función de los ecosistemas de agua subterránea y sus roles en el mantenimiento de la calidad de agua superficial y subterránea. En ecotonos de agua superficial y de acuíferos, los gradientes geoquímicos y biopelículas microbiales median transformaciones de calidad de agua. La fauna subsuperficial (estigofauna) se alimenta de biopeliculas, altera el tamaño de los poros intersticiales mediante su movimiento, y transporta físicamente material a través del ambiente de aguas subterráneas. Además, los cambios en sus poblaciones aportan señales de decadencia de calidad de agua. La mejor integración de ecología de aguas subterráneas, biogeoquímica, e hidrogeología incrementará significativamente nuestro entendimiento de ecosistemas subterráneos, especialmente en términos de bioremediación de aguas subterráneas contaminadas, mantenimiento o mejoramiento de calidad de agua superficial en ecosistemas dependientes de agua subterránea, y protección mejorada de habitats de agua subterránea durante la extracción de recursos naturales. Sobretodo, esto conducirá a un mejor entendimiento de las implicaciones de la hidrología de aguas subterráneas y geología del acuífero, de las distribuciones de fauna subsuperficial y microbiota, procesos ecológicos tal como ciclado de carbono, y gestión sostenible de aguas subterráneas.

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Résumé Les contraintes écologiques dans les environnements de subsurface sont en relation directe avec les écoulements des eaux souterraines, la conductivité hydraulique, la biogéochimie des milieux interstitiels, la taille des pores, et les liens hydrologiques avec les aquifères et les écosystèmes adjacents. Lécologie des eaux souterraines a évolué dune science décrivant uniquement les biotopes souterrains à des études multidisciplinaires qui intègrent lécologie et lhydrogéologie. Lapproche multidisciplinaire cherche à élucider le fonctionnement des écosystèmes souterrains et leur rôle consistant à maintenir la qualité des eaux souterraines et de surface. Dans les écotones des eaux de la surfaces des aquifères, les gradients géochimiques et les biofilms microbiologiques contrôlent les transformations de la qualité de leau. La faune de subsurface (stygofauna) construisent les biofilms, altèrent la taille des pores interstitiels à travers leur mouvement, et transportent physiquement des matériaux à travers lenvironnement des eaux souterraines. Par ailleurs, les changements de leur population signalent un déclin de la qualité de leau.Une meilleure intégration de lécologie des eaux souterraines, de la biogeochimie, et de lhydrogéologie pourra faire avancer de manière efficace de notre compréhension des écosystèmes souterrains, et spécialement en terme de bioremédiation des eaux souterraines contaminées, de maintenance et damélioration de la qualité des eaux de surface dépendant des écosystèmes souterrains, et lamélioration de la protection des habitats des eaux souterraines durant lextraction des ressources naturelles. En général, cela conduira à une meilleure compréhension de limplication de lhydrogéologie et de la géologie des aquifères à la distribution de la faune de subsurface et aux microbiota, aux processus écologiques tels que les cycles du carbone, et la gestion durable des eaux souterraines.

     

Hydrogeochemistry of the Goulburn Valley region of the Murray Basin, Australia: implications for flow paths and resource vulnerability

Groundwater in the Goulburn region of the Murray Basin (Australia) contains solutes derived mainly from evapotranspiration of rainfall-derived marine aerosols, silicate dissolution, and ion exchange. ¹⁴C data indicate that groundwater in the Shepparton Formation recharges vertically across the region, whereas groundwater in the Calivil–Renmark Formation shows a greater component of lateral flow. The overall pattern of geochemical and stable isotope variations implies that long-term vertical groundwater flow into the Calivil–Renmark Formation has occurred over thousands of years. Elevated C, N, and F concentrations, together with variable Cl/Br ratios and ¹⁸O values, suggest that short-term (years to decades) flow of surface water into the Calivil–Renmark Formation also occurs locally. The high degree of vertical flow implies that the high-quality groundwater resources of the Calivil–Renmark Formation are vulnerable to surface contamination. Groundwater in both the Shepparton and Calivil–Renmark Formations yields ¹⁴C ages of up to 20 ka that imply that, overall, recharge rates are low and that, consequently, the groundwater resource in both formations could be impacted by over abstraction.

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Resumen Las aguas subterráneas de la región de Goulburn, en la cuenca del río Murray (Australia), contienen solutos procedentes principalmente de la evaporación de agua de lluvia, disolución de silicatos e intercambio iónico. Aunque la variabilidad espacial de la hidrogeoquímica es reducida, el contenido total de sales disueltas en las aguas subterráneas de la formación no confinada de Shepparton es generalmente mayor que el del acuífero inferior confinado de la Formación Calivil–Renmark. Los datos de ¹⁴C, ³H y geoquímica sugieren que la recarga del acuífero de la Formación Shepparton es por infiltración (vertical) en toda la región, mientras que la Formación Calivil–Renmark tiene una mayor proporción de aportes laterales. Sin embargo, a escala local se produce recarga vertical en la Formación Calivil–Renmark, hecho que indica que este recurso es vulnerable a la contaminación. Las aguas subterráneas de ambas formaciones tienen edades de hasta 20.000 años, según datos de ¹⁴C, lo que implica que las tasas de recarga son bajas y, en consecuencia, que podría haber impactos asociados a la sobreexplotación del recurso. Las aguas subterráneas recientes de la región se caracterizan por relaciones molares muy variables de Cl/Br (de 50 a 1.200), reflejando la química de una precipitación semiárida que se ve modificada posteriormente por disolución de halita, asociada con terrenos secos y riego con aguas salinas. Las aguas subterráneas más profundas presentan relaciones más uniformes de Cl/Br (entre 500 y 800), y probablemente reflejan que la recarga se produjo en condiciones climáticas más húmedas que las actuales.

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Résumé Les eaux souterraines de la région de Goulburn dans le bassin de Murray (Australie) contiennent des solutés provenant essentiellement de lévaporation des pluies, de la dissolution de silicates et déchanges dions. Alors quil y a peu de variations spatiales du chimisme des eaux souterraines, les concentrations en sels dissous totaux des eaux souterraines de laquifère libre de la formation de Shepparton sont en général plus élevées que celles des eaux souterraines de laquifère captif sous-jacent de la formation de Calivil-Renmark. Des données de carbone-14, de tritium et de géochimie indiquent que laquifère de la formation de Shepparton est rechargé verticalement dans toute la région, tandis que laquifère de la formation de Calivil-Renmark présente une plus forte composante découlement latéral. Toutefois, localement, il se produit une recharge verticale de laquifère de la formation de Calivil-Renmark, ce qui indique que cette ressource est vulnérable à la contamination. Les eaux souterraines des formations de Shepparton et de Calivil-Renmark présentent toutes deux des âges carbone-14 de plus de 20 ka, ce qui implique des taux de recharge très faibles et, par conséquent, que leur ressource peut être affectée par des prélèvements excessifs. Les eaux souterraines récentes dans cette région sont caractérisées par un rapport molaire Cl/Br très variable (de 50 à 1200), qui reflète le chimisme de pluies en région semi-aride modifié en conséquence par la dissolution de la halite associée à la salinité due aux terres sèches et à lirrigation. Les eaux souterraines plus profondes possèdent des rapports Cl/Br plus uniformes (de lordre de 500 à 800) et reflètent probablement des eaux de recharge sous des conditions climatiques plus humides que les conditions actuelles.

     

Assessing the extent of induced leakage to an urban aquifer using environmental tracers: an example from Bishkek, capital of Kyrgyzstan, Central Asia

A groundwater residence time study of the deep fluvioglacial aquifer supplying Bishkek, capital of Kyrgyzstan, has found evidence of deep infiltration of recent recharge both in the main periurban wellfield and below the city. Commonly-employed hydrochemical markers detected urban influence in the city-centre to depths of 65–100 m, but gave no indication of the important role of induced river/canal bed leakage, either upgradient in the periurban wellfield or within the city. This was revealed by O and H stable isotope measurements, which showed that local rainfall/snowfall play little part in the aquifer water balance. More remarkably, the universal detection of CFCs and SF₆, including in boreholes with 140–220 m deep upper screens, demonstrated that induced leakage of water just a few decades old had penetrated much deeper into the aquifer system than other hydrochemical markers indicated. A two-dimensional flow model set up to test whether such deep pumping-induced leakage could occur below the periurban wellfield confirmed its feasibility. The results imply vertical infiltration rates of 5–10 m/year and demonstrate that in this not-uncommon intergranular aquifer setting, deep boreholes with deep screen settings do not necessarily abstract old water. Hence, there are major implications for urban groundwater management and protection in such settings.

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Resumen Un estudio sobre el tiempo de residencia del agua subterránea, en un acuífero fluvioglacial profundo que abastece a Bishkek, capital de Kyrgyzstan, ha encontrado evidencias de infiltración profunda a partir de recarga reciente, tanto en el campo de pozos de las afueras de la ciudad, como también por debajo de la ciudad. Los indicadores hidroquímicos comúnmente usados, detectaron influencia urbana en el centro de la ciudad hasta profundidades de 65–100 m, pero no dieron indicación del papel importante del goteo inducido en el lecho del canal/río, tanto aguas arriba en el campo de pozos de los suburbios, como también dentro de la ciudad. Esto se reveló mediante mediciones de isótopos estables de O y H, las cuales mostraron que las precipitaciones/nevadas de tipo local, tienen una pequeña contribución en el balance de agua del acuífero. De manera más notoria, la detección universal de CFCs y SF6, incluidos en las rejillas superiores de pozos profundos con 140–220 m de profundidad, demostraron que un goteo inducido de agua, de solo unas pocas décadas de antigüedad, ha penetrado mucho más profundo dentro del sistema acuífero, de lo que los otros marcadores hidroquímicos indicaban. Un modelo bidimensional de flujo, realizado para probar si el goteo inducido—bombeo profundo podía suceder debajo del campo de pozos suburbano, confirmó su factibilidad. Los resultados implican tasas de infiltración vertical de 5 a 10 m/año, y demuestran que los pozos profundos con tramos de rejilla también profundos, no necesariamente extraen aguas antiguas, en estos ambientes acuíferos con porosidad intergranular. Por lo tanto, hay implicaciones importantes para la gestión y protección en zonas urbanas, y para esos ambientes de las aguas subterráneas.

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Résumé Lanalyse du temps de résidence des eaux souterraines dans un aquifère fluvial profond, dorigine glaciaire, qui alimente en eau Bishek, la capitale de Kyrgyzstan a mis en évidence une recharge récente tant dans le captage en eau que sous la ville même. Les traceurs chimiques ont indiqué linfluence urbaine dans le centre de la ville, à une profondeur de 65–100 m, mais ils nont pas mis en évidence le rôle important de lalimentation induite par la couche du fleuve, tant en amont, dans le captage que en aval, dans la ville. Ces effets ont été relevés par des isotopes stables, comme O et h qui ont montré linfluence récente des précipitations dans le bilan hydrique de laquifère. De plus, la détection universelle de CFC et de SF6, y compris dans les forages ayant une profondeur de 140–220 m, montre que lalimentation en eau induite de plusieurs décennies a pénétré à des profondeurs plus grandes que celles indiqués par des traceurs chimiques. Les possibilités dune drainance verticale induite par les pompages dans le puits profonds du captage ont été vérifiées par un modèle bidimensionnel découlement. Les résultats de la modélisation ont conduit à une infiltration verticale de 5–10 m/an et ont démontré aussi que leau extraite par des puits profonds dans un aquifère granulaire nest pas nécessairement dage ancienne. Il sagit donc des implications majeures concernant la gestion et la protection des captages urbaines en eaux souterraines

     

The origin of increased salinity in the Cambrian-Vendian aquifer system on the Kopli Peninsula,northern Estonia

Monitoring of the confined Cambrian-Vendian aquifer system utilised for industrial water supply at Kopli Peninsula in Tallinn over 24 years reveals remarkable changes in chemical composition of groundwater. A relatively fast 1.5 to 3.0-fold increase in TDS and in concentrations of major ions in abstracted groundwater is the consequence of heavy pumping. The main sources of dissolved load in Cambrian-Vendian groundwater are the leaching of host rock and the other geochemical processes that occur in the saturated zone. Underlying crystalline basement, which comprises saline groundwater in its upper weathered and fissured portion, and which is hydraulically connected with the overlying Cambrian-Vendian aquifer system, is the second important source of ions. The fractured basement and its clayey weathering crust host the Ca-Cl type groundwater, which is characterised by high TDS values (2–20 g/L). Intensive water abstraction accelerates the exchange of groundwaters and increases the area of influence of pumping. Chemical and isotopic studies of groundwater indicate an increasing contribution of old brackish water from the crystalline basement and rule out the potential implication of an intrusion of seawater into aquifer.

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Resumen El origen del incremento en salinidad en un sistema de acuíferos Cámbrico-Vendiano en la Península Kopli, norte de EstonieMonitoreo a largo plazo de un sistema de acuíferos confinados, de edad Cámbrico-Vendiano, que se utiliza como fuente de abastecimiento industrial en la Península Kopli, al norte de Estonie, revela cambios notables en la composición química del agua subterránea. Un incremento de 1.5 a 3 veces en TDS y en concentraciones de iones mayores en agua subterránea explotada ha sido ocasionado por bombeo fuerte. Las fuentes principales de carga disuelta en el agua subterránea Cámbrico-Vendiano son la lixiviación de la roca encajonante y los procesos geoquímicos que ocurren en la zona saturada. Basamento cristalino subyacente, que aloja agua subterránea salada en la parte superior intemperizada y fisurada, y está conectado hidráulicamente con el sistema acuífero Cámbrico-Vendiano sobreyacente, es la segunda fuente importante de iones. El basamento fracturado y su corteza de intemperismo arcillosa alojan agua subterránea de tipo Ca-Cl la cual se caracteriza por valores altos de TDS (2–20 g/l). Debido a extracción intensiva se ha acelerado el intercambio de agua subterránea y se ha incrementado el área de influencia del bombeo. Los estudios químicos e isotópicos de agua subterránea indican una contribución creciente por filtración derivada del basamento cristalino. Es evidente una intrusión de agua salada hacia el sistema de acuíferos con implicaciones subsecuentes para la calidad del agua.

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Résumé Lorigine de la salinité croissante dans le système aquifère du Cambrien-Vendien dans la péninsule de Kopli, nord de lEstonieLe suivi à long terme du système aquifère captif du Cambrien-Vendien utilisé pour lapprovisionnement deaux industrielles dans la Péninsule de Kopli, nord de lEstonie, révèle de remarquables changements dans la composition chimique des eaux souterraines. Une augmentation de facteur 1.5 à 3 de la TDS et des concentrations en ions majeurs dans leau souterraine est la conséquence de pompages intensifs. Les sources principales des charges dissoutes dans les eaux de laquifère du Cambrien-Vendien sont le lessivage des roches et dautres phénomènes géochimiques ayant lieu dans la zone saturée. Le soubassement rocheux cristallin, qui renferme des eaux souterraines salines dans sa partie supérieure altérée et fissurée, et est hydrauliquement connecté avec laquifère supérieur du Cambrien-Vendien, est la deuxième importante source dions. Le soubassement fracturé et le matériel argileux de laltération, renferme leau souterraine de type Ca-Cl, caractérisée par un haut TDS (2–20 g/l). A cause de la mobilisation intensive de leau les échanges deau souterraine est sont accélérés et la zone dinfluence des pompages augmentent. Les études chimiques et isotopiques indiquent une contribution croissante du drainage des eaux du soubassement cristallin. Lintrusion deaux salées de la mer dans le système aquifère nest pas un phénomène évident.

     

Anthropic effects on hydrochemical characteristics of the Valle de Toluca aquifer (central Mexico)

The Valle de Toluca aquifer, located in the Highlands of Mexico, is subject to intensive exploitation to meet the water demand in the valley, as well as for part of Mexico City. This intensive exploitation has produced a decline in groundwater level, land subsidence problems and a decrease in river and spring flows. This study is aimed at determining the extent to which the intensive groundwater abstraction is able to affect and modify the chemical characteristics of the water, using statistical techniques and historical data on the main physico-chemical parameters. Some changes in the chemical characteristics have been verified; initial water abstractions were mainly derived from a local flow zone (rainwater recharge and lateral flows from other aquifers), but currently the chemical characteristics are those of a regional flow zone, revealed by waters of sodium bicarbonate type. An increase in nitrate content has also occurred, although only occasionally is the limit for potable water (50 mg NO₃^- L^-1) exceeded.

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Resumen El acuífero del Valle de Toluca, localizado en el Altiplano Mexicano, se encuentra sometido a una intensa explotación para cubrir las necesidades de agua en el propio valle, así como parte de las de Ciudad de México. Los altos niveles de explotación han provocado el descenso del nivel piezométrico, problemas de subsidencia, disminución de caudales en ríos y desecación de manantiales. Este estudio pretender determinar en qué grado esta intensiva extracción del agua subterránea es capaz de afectar y modificar el quimismo del agua. Para ello se han empleado técnicas estadísticas y datos históricos de los principales parámetros físico-químicos. Se ha podido comprobar que existen algunos cambios en el quimismo, ya que, inicialmente, el agua extraída del acuífero estaba ligada en gran medida a un flujo local (recarga por agua de lluvia y por alimentación lateral desde otros acuíferos) mientras que ahora el quimismo es característico de un flujo regional, puesto de manifiesto por aguas de tipo bicarbonatado sódico. Adicionalmente, también se ha producido un aumento del contenido de nitratos, aunque sólo de forma ocasional se sobrepasa el límite para agua potable (50 mg NO₃^– L^–1).

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Résumé Laquifère Valle de Toluca, localisé dans les Hautes Terres du Mexique, est sujet à lexploitation intensive pour combler la demande importante en eau dans la vallée et dans une partie de Mexico. Cette exploitation intensive a causé une baisse importante des niveaux piézométriques, des problèmes daffaissement et de baisse de débits des sources et des rivières. Cette étude a pour objectif de déterminé la limite jusquà laquelle lexploitation intensive pourra affecté et modifié les caractéristiques chimiques de leau, en utilisant des techniques statistiques et des données historiques des principaux paramètres physico-chimiques. Certains changements des caractéristiques chimiques ont été vérifiés ; les premières eaux captées ont été compensées par dautres zones dalimentation (recharge par les eaux de pluie et écoulements latéraux venant dautres aquifères), mais couramment les caractéristiques chimiques sont bien ceux de la zone découlement régional, à faciès sodi bicarbonaté. Une augmentation des concentrations en nitrate est également mis en valeur, néanmoins la limite de potabilité (50 mg/l) est rarement dépassée.

     

A new technique to estimate net groundwater use across large irrigated areas by combining remote sensing and water balance approaches, Rechna Doab, Pakistan

Over-exploitation of groundwater resources threatens the future of irrigated agriculture, especially in the arid and semi-arid regions of the world. In order to reverse this trend, and to ensure future food security, the achievement of sustainable groundwater use is ranking high on the agenda of water policy makers. Spatio-temporally distributed information on net groundwater use—i.e. the difference between tubewell withdrawals for irrigation and net recharge—is often unknown at the river basin scale. Conventionally, groundwater use is estimated from tubewell inventories or phreatic surface fluctuations. There are shortcomings related to the application of these approaches. An alternative methodology for computing the various water balance components of the unsaturated zone by using geo-information techniques is provided in this paper. With this approach, groundwater recharge will not be quantified explicitly, but is part of net groundwater use, and the spatial variation can be quantitatively described. Records of routine climatic data, canal discharges at major offtakes, phreatic surface depth fluctuations, and simplified information on soil textural properties are required as input data into this new Geographic Information System and Remote Sensing tool. The Rechna Doab region (approximately 2.97 million ha), located in the Indus basin irrigation system of Pakistan, has been used as a case study. On an annual basis, an areal average net groundwater use of 82 mm year^–1 was estimated. The current result deviates 65% from the specific yield method. The deviation from estimates using tubewell withdrawal related data is even higher.

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Resumen La sobre-explotación de recursos de agua subterránea amenaza el futuro de la agricultura de riego, especialmente en las regiones áridas y semi-áridas del mundo. Para revertir esta tendencia, y para garantizar seguridad alimentaria futura, la meta del uso sostenible del agua subterránea se encuentra alto en la agenda de los políticos. Información espacial y temporal en cuanto al uso neto de agua subterránea- i.e. la diferencia entre las extracciones de agua de pozos entubados para riego y recarga neta- se desconoce frecuentemente a la escala de cuenca hidrográfica. Generalmente, el uso de agua subterránea se estima a partir de inventarios de pozos o fluctuaciones de superficies freáticas. Existen deficiencias en relación con las aplicaciones de estos enfoques. En este artículo se aporta una metodología alternativa para calcular los diferentes componentes del balance hídrico de la zona no saturada utilizando técnicas geoinformativas. Aunque con este enfoque no se cuantifica de manera explícita la recarga de agua subterránea, la cual es parte del uso neto de agua subterránea, puede describirse cuantitativamente la variación espacial. Para esta nueva herramienta de Sistemas de Información Geográfica y Sensores Remotos se requieren datos de entrada como registros rutinarios de datos climáticos, descargas de canales en salidas principales, fluctuaciones de profundidades de superficies freáticas, e información simplificada de las propiedades texturales de los suelos. Se ha utilizado como estudio de caso la región Rechna Doab (aproximadamente 2.97 millones ha), localizada en el sistema de riego de la cuenca Indus de Pakistán. Se ha estimado un uso promedio areal anual de agua subterránea de 82 mm año^–1. El resultado obtenido difiere en un 65% del método de productividad específica. La diferencia en relación a estimados provenientes de extracciones en pozos entubados es aún mucho más alta.

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Résumé La surexploitation des ressources en eau souterraine menace le futur de lagriculture irrigué, spécialement dans les zones arides et semi-arides du monde. De manière à renverser la tendance, et dassurer la sécurité alimentaire, lutilisation durable des eaux souterraines est devenue une priorité dans lagenda des politiques de leau. La distribution spatio-temporelle de lusage net de leau souterraine (la différence entre l ‹eau pompée et la recharge nette) est rarement connue à léchelle dun bassin versant. Conventionnellement, lutilisation des eaux souterraines est estimée à partir des données de rabattement ou les données de fluctuation du niveau de la nappe phréatique. Il y a des défauts dans ces approches. Une méthodologie alternative pour calculer les différents composants de la balance hydrologique est présentée dans cet article. Avec cette approche, la recharge des eaux souterraines ne sera pas quantifiée de manière explicite, mais sera considérée comme une part de lutilisation nette en eau souterraine, et la variation spatiale peut être décrite quantitativement. Les chroniques des données climatiques, les débits du réseau hydrographique majeur, les fluctuations de la surface de la nappe phréatique, et des données basiques sur la texture du sol sont nécessaires et sont rentrées dans un nouveau Système dInformation Géographique et outil de télédétection. La région de Rechna Doab au Pakistan, environ 2.97 millions dhectare, localisée dans le bassin irrigué de lIndus, a été utilisé comme cas détude. Sur base annuelle, lutilisation nette de leau souterraine est estimée à 82 mm. en moyenne. Le résultat obtenu diffère de 65% du résultat de la méthode du débit spécifique. La différence avec le résultat obtenu en observant le rabattement des puits est encore plus élevée.

     

Groundwater demand management at local scale in rural areas of India: a strategy to ensure water well sustainability based on aquifer diffusivity and community participation

Watershed development programmes provide an opportunity for sustainable management strategies, although currently, they remain largely supply-side mechanisms of water resources development. Hydrogeological conditions, community participation and status of groundwater usage are important in evolving strategies on demand-side groundwater management.Neemkheda aquifer is a typical low-storage, low-hydraulic conductivity aquifer from a watershed in the dryland regions of Madhya Pradesh State of central India. A shallow unconfined aquifer, it consists of an upper coarse, calcareous sandstone unit underlain by a fine-grained sandstone unit. A well commune of seven wells is poised to test the concept of joint groundwater management, wherein wells are mechanisms of tapping a common water source, the Neemkheda aquifer.The strategy for systematic groundwater management in the Neemkheda well commune is based upon the relationship between Transmissivity (T) and Storage coefficient (S), i.e. aquifer diffusivity, and its variation within the aquifer. Wells within a high diffusivity domain tend to dewater more quickly than wells within a low diffusivity domain. A well-use schedule during the dry season, based upon aquifer diffusivity forms the basis of the groundwater management concept. The distribution of local aquifer diffusivities governs the relationship between local and regional aquifer depletion times and forms the basis of the groundwater management exercise being proposed for the Neemkheda aquifer.

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Resumen Los programas de desarrollo de una cuenca hídrica son una oportunidad para el uso de estrategias de gestión sostenible, aunque hoy en día estas siguen siendo principalmente mecanismos para el desarrollo de recursos hídricos con énfasis en la oferta. Las condiciones hidrogeológicas, la participación comunitaria y la condición de utilización del agua subterránea, son importantes en el desarrollo de estrategias para la gestión del agua subterránea, desde el punto de vista de la demanda.El acuífero de Neemkheda es un acuífero típico de almacenamiento bajo y conductividad hidráulica baja, perteneciente a una cuenca hídrica ubicada en las regiones secas del Estado de Madhya Pradesh, en la parte central de India. Un acuífero de tipo libre, somero, formado por una unidad superior de arenisca calcárea de grano grueso, subyacida por una unidad de arenisca de grano fino.Un campo de pozos comunitario compuesto por siete pozos, pone a prueba el concepto de gestión conjunta del agua subterránea, dentro del cual los pozos son mecanismos para usar una fuente de agua común: El acuífero de Neemkheda.La estrategia usada para la gestión sistemática del agua subterránea, en el campo de pozos comunitario de Neemkheda, se basa en la relación existente entre Transmisividad (T) y Coeficiente de Almacenamiento (S), es decir en la Difusividad del Acuífero y en su variación observada dentro del mismo acuífero. Los pozos cuya difusividad esta dentro de un rango alto, tienden a experimentar un descenso en su nivel mas rápidamente que aquellos pozos con una difusividad baja. El concepto de gestión de agua subterránea se basa en un programa especial de operación para cada pozo durante la estación seca, el cual a su vez se basa en la difusividad del acuífero. La distribución de difusividades locales del acuífero rige las relaciones entre las épocas de descensos de nivel en el acuífero a escala regional y local, y además constituyen la base del ejercicio de la gestión del agua subterránea que se esta proponiendo para el acuífero de Neemkheda.

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Résumé Les programmes de développement des bassins versants offrent une occasion de développer des stratégies pour une gestion durable, bien qu à présent elles restent en grande mesure le terme source dans le mécanisme de développement de la ressource en eau. Les conditions hydrogéologiques, la participation de la communauté et lusage des eaux souterraines sont importants pour le terme demande dans les stratégies de gestion des eaux souterraines. Laquifère de Neemkheda presents des caractéristiques typiques pour un bassin versant dans les régions arides de létat Madhya Pradesh de lInde centrale en ce qui concerne les faible valeurs de la conductivité hydraulique et du coéfficient demmagasinement. Il sagit dun aquifère phrèatique dont la partie supérieure est constitué par des grès calcaire qui restent sur des grés plus fins. Afin dessayer le concept de gestion integrée, on a réalisé dans laquifère de Neemkheda un captage ayant sept forages qui forment la ressource en eau communale. La stratégie de la gestion systématique du captage est basée sur la relation entre la transmissivité (T), le coéfficient demmagasinement (S), donc la diffusivité hydraulique ainsi que sa variation spatiale. Les puits forés dans les zones à grande diffusivité tendent à sassècher plus vite que ceux creusés dans des zones à faible diffusivité. Le concept de la gestion des eaux souterraines est donc basé sur la distribution spatiale des diffusivités. À partir de ce concept on a développé un programme dexploitation des forages pendant les saisons sèches. La relation entre les temps d épuissment locaux et régionaux est determiné par la distribution spatiale de la diffusivitée et forme la base de lexercice sur la gestion des eaux proposée pour laquifère de Neemkheda.

     

Hydrogeological mapping as a basis for establishing site-specific groundwater protection zones in Denmark

The water supply in Denmark is based on high-quality groundwater, thus obviating the need for complex and expensive purification. Contamination from urban development and agricultural sources, however, increasingly threatens the groundwater resource. In 1995 the Danish Government thus launched a 10-point plan to improve groundwater protection. In 1998 this was followed by a decision to instigate spatially dense hydrogeological mapping of the groundwater resource within the 37% of Denmark designated as particularly valuable water-abstraction areas. The maps will be used to establish site-specific groundwater protection zones and associated regulation of land use to prevent groundwater contamination. Traditional mapping based solely on borehole data is too inaccurate for this purpose. The work will take 10 years and cost an estimated DKK 920 million, equivalent to 120 million euro (€). To fund this, consumers will pay a € 0.02 surcharge per m³ of drinking water during the 10-year period. This review of the Danish strategy to protect the groundwater resource demonstrates why dense mapping with newly developed geophysical measurement methods in large contiguous areas accords geophysics a highly central role in the forthcoming hydrogeological mapping. It is illustrated by examples of spatially dense, large-scale geophysical mapping carried out in the Aarhus area.

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Resumen El abastecimiento de agua en Dinamarca está basado en agua subterránea de alta calidad, evitando de esta manera la necesidad de una purificación compleja y cara. Sin embargo, la contaminación a través del desarrollo urbano y de fuentes agrícolas, ha incrementado la amenaza para el recurso de agua subterránea. Entonces en 1995 el gobierno lanzó un plan de 10 puntos para mejorar la protección del agua subterránea. Este fue seguido en 1998 por la decisión para promover una cartografía hidrogeológica espacialmente detallada, para el recurso agua subterránea dentro del 37% de las áreas de extracción consideradas por Dinamarca con una importancia especial. Los mapas serán usados para establecer zonas específicas de protección para puntos de agua subterránea y una regulación asociada al uso del territorio, para prevenir la contaminación del agua subterránea. La cartografía tradicional basada exclusivamente en datos de la perforación es muy inexacta para este propósito. Este trabajo tomará 10 años y costará aproximadamente DKK 920 millones, equivalentes a 120 millones de Euros (€). Para financiar esto los consumidores pagarán un sobreprecio de € 0.02 por m³ de agua potable durante un periodo de 10 años. Este análisis de la estrategia Danesa para proteger el recurso agua subterránea, demuestra porque la cartografía detallada, hecha con nuevos avances en métodos de medición geofísica, aplicados a grandes áreas aledañas, otorgan a la geofísica un papel altamente importante en el futuro de la cartografía hidrogeológica. Esto está ilustrado con ejemplos de cartografía geofísica a gran escala y espacialmente detallada, llevados a cabo en el área de Aarhus.

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Résumé Lalimentation en eau au Danemark suppose une haute qualité des eaux souterraines, en éliminant ainsi le coûteux processus dépuration. Néanmoins, la qualité des sources souterraines est menacée par la pollution provoquée par le développement urbain et agricole. En 1995 le gouvernement danois a lancé un plan en 10 points pour améliorer la protection des eaux souterraines. En 1999 ce plan a été suivi par la décision de promouvoir une cartographie hydrogéologique à grande densité sur 37% du territoire du Danemark où se trouvent des zones de captages importantes. Les cartes seront utilisées pour établir les zones de protection des eaux souterraines, en tenant compte des conditions locales du site ainsi que des règlements conjoints dutilisation des territoires, afin de prévenir la pollution des eaux souterraines. La cartographie traditionnelle, basée seulement sur les données des forages, est trop imprécise pour ce but. Les travaux vont durer 10 ans avec un coût estimé à 120 millions deuros (€). Pour ces travaux les consommateurs vont payer une surcharge de € 0.02 par m³ deau potable, ceci pendant 10 ans. Cette révision de la stratégie du Danemark concernant la protection des ressources en eaux souterraines a démontré les raisons pour lesquelles on a accordé un rôle central aux nouvelles méthodes géophysiques dans la future cartographie hydrogéologique de vaste régions. On présente un exemple de cartographie géophysique réalisée dans la région dAarhus.

     

Numerical simulation of groundwater flow in regional rock aquifers, southwestern Quebec, Canada

The St. Lawrence Lowlands platform, Quebec, Canada, is a densely-populated area, heavily dependent on groundwater resources. In 1999, the Geological Survey of Canada initiated a large-scale hydrogeological assessment study over a 1,500 km² region northwest of Montreal. The objectives were to define the regional groundwater flow, and to give quantitative estimates of the groundwater dynamic parameters and of the available groundwater resources. The applied approach consisted of defining the hydrogeologic framework, hydraulic properties of the aquifer units, and groundwater dynamic components. Lower Paleozoic sedimentary rocks represent regional aquifer units. Coarse Quaternary fluvio-glacial sediments locally overlay the rock sequence and constitute an interface aquifer unit. Fine marine sediments confine most of the regional aquifers. Collected GIS based information was synthesized in a finite element numerical model. The regional saturated steady-state flow was calibrated under current stress conditions assuming an equivalent porous medium approach. Water budget calculations show that the total groundwater flow in regional aquifers amounts to 97.7 Mm³/y. Infiltration from precipitation provides 86.6% of the groundwater supply, while 9.6% comes from subsurface inflow and the remaining 3.8% is induced recharge from surface waters. Discharge from regional aquifers occurs through flow to streams (76.9%), groundwater withdrawal (18.4%), and underground outflow (4.7%).

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Resumen La plataforma de Tierras Bajas San Lorenzo, Quebec, Canadá, es un área densamente poblada que depende fuertemente de recursos de agua subterránea. En 1999 el Servicio Geológico de Canadá inició un estudio de evaluación hidrogeológica a gran escala sobre un área de 1,500 km² en la región noroeste de Montreal. Los objetivos fueron definir el flujo regional de agua subterránea y aportar estimados cuantitativos de los parámetros dinámicos de agua subterráne y de los recursos disponibles de agua subterránea. El enfoque aplicado consistió en definir el marco hidrogeológico, propiedades hidráulicas de las unidades acuíferas, y los componentes dinámicos de agua subterránea. Rocas sedimentarias del Paleozoico Inferior representan unidades regionales de acuíferos. Sedimentos fluvio-glaciares Cuaternarios gruesos sobreyacen localmente la secuencia rocosa y constituyen una unidad acuífera interfacial. Sedimentos marinos finos confinan la mayoría de acuíferos regionales. Información colectada basada en SIG se sintetizó en un modelo numérico de elemento finito. El flujo regional saturado en régimen permanente se calibró bajo condiciones de stress asumiendo un enfoque de medio poroso equivalente. Los cálculos de balance hídrico muestran que el flujo total de agua subterránea en acuíferos regional alcanza 97.7 Mm³/año. Infiltración a partir de lluvia aporta el 86.6% del abastecimiento al agua subterránea, mientras que el 9.6% proviene de entradas subsuperficiales y el restante 3.8% consiste de recarga inducida a partir de aguas superficiales. La descarga proveniente de acuíferos regionales ocurre a través de flujo a ríos (76.9%), utilización de agua subterránea (18.4%), y salida subterránea (4.7%).

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Résumé La plateforme Lowllands du Saint-Laurent, Québec, Canada, est une aire densément peuplée, dépendant grandement des ressources en eau souterraine. En 1999, le Service Géologique du Canada a initié une étude hydrogéologique à grande-échelle sur 1500 km² au Nord-Ouest de Montréal. Le sobjectifs ont été de définir la dynamique de lécoulement régional, et de donner des estimations quantitatives des paramètres dynamiques des ressources disponibles en eau souterraine. Lapproche utilisée consista à définir le cadre hydrogéologique de travail, les propriétés hydrauliques des unités aquifères, et les composantes dynamiques des eaux souterraines. Les roches sédimentaires du Paléozoïque Inférieur représentent les unités aquifères régionales. Les sédiments marins fins confinent la plus grande partie des aquifères régionaux. Les informations de base, collectées dans un SIG, ont été synthétisées dans un modèle numérique aux éléments finis. Lécoulement permanent régional, en zone saturée, a été calibré en conditions de stress en assumant une approche de milieu poreu équivalent. Les calculs du bilan hydrologique montrent que lécoulement total des eaux souterraines dans les aquifères régionaux atteind 97,7 Mm³/an. Linfiltration à partir des précipitations apporte 86.6% de leau souterraine exploitée; sachant que 9,6% proviennent découlement de subsurfaces, et que les 3,8% restants proviennent de la recharge via les eaux de surface. Le débit pompé des aquifères régionaux apparaît à travers lécoulement des cours deau, le rabattement des eaux souterraines (18.4%), et lécoulement ascendant (4.7%).

     

Geochemistry and the understanding of ground-water systems

Geochemistry has contributed significantly to the understanding of ground-water systems over the last 50 years. Historic advances include development of the hydrochemical facies concept, application of equilibrium theory, investigation of redox processes, and radiocarbon dating. Other hydrochemical concepts, tools, and techniques have helped elucidate mechanisms of flow and transport in ground-water systems, and have helped unlock an archive of paleoenvironmental information. Hydrochemical and isotopic information can be used to interpret the origin and mode of ground-water recharge, refine estimates of time scales of recharge and ground-water flow, decipher reactive processes, provide paleohydrological information, and calibrate ground-water flow models. Progress needs to be made in obtaining representative samples. Improvements are needed in the interpretation of the information obtained, and in the construction and interpretation of numerical models utilizing hydrochemical data. The best approach will ensure an optimized iterative process between field data collection and analysis, interpretation, and the application of forward, inverse, and statistical modeling tools. Advances are anticipated from microbiological investigations, the characterization of natural organics, isotopic fingerprinting, applications of dissolved gas measurements, and the fields of reaction kinetics and coupled processes. A thermodynamic perspective is offered that could facilitate the comparison and understanding of the multiple physical, chemical, and biological processes affecting ground-water systems.

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Resumen La geoquímica ha contribuido significativamente al entendimiento de los sistemas de aguas subterráneas durante los últimos 50 años. Entre los avances históricos puede incluirse el desarrollo del concento de facies hidroquímicas, la aplicación de la teoría de equilibrio, investigación de los procesos oxidación-reducción, y datación con radiocarbono. Otros conceptos, herramientas y técnicas hidroquímicas han ayudado a esclarecer los mecanismos de flujo y transporte en sistemas de agua subterránea, y han ayudado a descifrar un archivo de información paleoambiental. Información hidroquímica e isotópica puede utilizarse para interpretar el origen y modo de recarga de agua subterránea, descifrar procesos reactivos, aportar información paleohidrológica, y calibrar modelos de flujo de agua subterránea. Necesita avanzarse en la obtención de muestras representativas. Se necesitan mejoras en la interpretación de la información obtenida y en la construcción e interpretación de modelos numéricos que utilizan datos hidroquímicos. El mejor enfoque asegurará un proceso iterativo optimizado entre toma y análisis de datos de campo, interpretación, y la aplicación de herramientas de modelizado estadísticas, directas, e inversas. Se anticipan avances a partir de investigaciones microbiológicas, la caracterización de orgánicos naturales, caracterización isotópica, aplicaciones de mediciones de gas disuelto, y los campos de cinética de reacción y procesos acoplados. Se ofrece una perspectiva termodinámica que podría facilitar la comparación y entendimiento de los múltiples procesos físicos, químicos, y biológicos que afectan sistemas de aguas subterráneas.

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Résumé La géochimie a contribué de façon importante à la compréhension des systèmes deaux souterraines pendant les 50 dernières années. Les avancées ont portées sur le développement du concept des faciès hydrochimiques, sur lapplication de la théorie des équilibres, létude des processus doxydoréduction, et sur la datation au radiocarbone. Dautres concepts, outils et techniques, ont aidé à l élucidation des élucider les mécanismes découlement et de transport dans les systèmes deaux souterraines, et à la compréhension des archives informations paléo-environnementales. Les informations hydrochimiques et isotopiques peuvent être utilisées pour interpréter lorigine et le mode de recharge des eaux souterraines, affiner lestimation des temps de recharge et d écoulements, déchiffrer les processus de réaction, apporter une meilleure information paléohydrogéologique et calibrer les modèles découlement des eaux souterraines. Beaucoup de progrès ont besoin dêtre réalisés pour obtenir des échantillons représentatifs. Des améliorations sont nécessaires dans linterprétation des informations obtenues, et dans la construction et linterprétation de modèles numériques utilisant des données hydrochimiques. La meilleure approches arsurément un processus itératif optimisé entre la collection de données de terrain et lanalyse, linterprétation, et lapplication doutils de modélisation statistique, inverse et direct. Des avancées sont anticipées par les dans le demeine des études microbiologiques, dans la caractérisation des matières organiques naturelles, le marquage isotopique, les mesures de gaz dissous, les réactions cinétiques la compréhension des couplages. Une perspectives thermodynamique pourraient faciliter la comparaison et la compréhension des multiples processus physiques, chimiques et biologiques qui affectent les systèmes hydrogéologiques.

     

Temporal changes in the physical properties and chemical composition of the municipal water supply of Shahrood<Emphasis Type="Bold">,</Emphasis> northeastern Iran

A systematic monitoring program was implemented in 1999 to evaluate the temporal changes in the physical properties and chemical composition of water from the Shahrood Qanat, which provides 30% of Shahroods municipal water needs. A qanat is a near-horizontal gallery which yields water by gravity. The results show that the physical properties, in contrast to the concentration of ions, are in an almost steady state condition and the slight variations are due to the travel time of water in the qanat gallery, the mixing of qanat water, the seasonal temperature fluctuation, and the likely unavoidable errors associated with long-term monitoring. They also show that severe drought during the past nine years has not yet affected the groundwater quality. The TDS of the qanat water is relatively low and the water is of the calcium-bicarbonate type. However, the above average concentrations of nitrate (14.9 mg/L) and phosphate (0.105 mg/L) may reflect the impact of the excessive use of fertilizers in the capture zone of the qanat. High Ca, Mg, pH, and a higher-than-recommended hardness value reflect the influence of carbonate-rock formations on the groundwater composition. The study shows that systematic monitoring is required to identify the erroneous data, to optimize the monitoring program and to characterize the water quality trend.

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Resumen En 1999 fue implementado un programa intensivo y sistemático de monitoreo, para evaluar los cambios temporales en las propiedades físicas y en la composición química de la galería para captar agua tipo kanat de Shahrood. Los resultados muestran que las propiedades físicas se encuentran casi en una condición estacionaria y que las poco significativas y tenues variaciones, se deben al tiempo de viaje del agua en la galería kanat, a la mezcla del agua del kanat, a la fluctuación estacional de temperaturas y a los probables e inevitables errores asociados con el monitoreo de largo plazo. Con base en los resultados del presente estudio se determinó que las sequías más severas, ocurridas durante los últimos nueve años, no han afectado aún la calidad del agua subterránea. El contenido de TDS en el agua del kanat es relativamente bajo y el agua es del tipo bicarbonatada-calcica. Sin embargo las concentraciones por encima del promedio de nitratos (14.5 mg/L) y fosfatos (0.105 mg/L), reflejan el impacto del uso excesivo de fertilizantes en la zona de captura del kanat, sobre la calidad del agua subterránea. Los valores altos de Ca, Mg, pH y dureza reflejan la influencia de las formaciones carbonatadas sobre la composición del agua subterránea. El estudio muestra que se necesita un monitoreo sistemático para identificar los datos erróneos, lo mismo que para optimizar el programa de monitoreo y para predecir potenciales cambios futuros en la calidad del agua.

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Résumé A partir de 1999 on a mis au point un programme de surveillance systématique pour évaluer les changements temporelle des propriétés physiques et chimiques de leau du captage de type qanat de Shahrood. Il a résulté que les propriétés physiques sont presque stationnaires, les variations insignifiants ayant dues au temps de transfert et au mélange de leau dans la galerie, aux variations saisonnières de la température ainsi quaux erreurs inévitables associées à une surveillance à long terme. Cet étude a montré aussi que la qualité de leau na pas été influencée par la période de neuf ans de sécheresse. Le résidu à sec de leau présente des variations assez faibles et leau appartient à la catégorie de Calcium-Bicarbonate. Tout de même les valeurs moyennes des concentrations en nitrates (14.5 mg/L) et en phosphates (0.105 mg/L) mettent en évidence limpact de lutilisation excessive des engrains dans les zones de captage de qanat de Shahrood. Les valeurs élevées de la concentrations en Ca et Mg, du pH et le fait que la dureté dépasse les limites recommandées mettent en évidence linfluence des carbonates de la matrice sur la composition des eaux souterraines. Cet étude montre aussi quil est nécessaire une surveillance systématique affin didentifier les données erronées, doptimiser le programme de monitoring et destimer les changements potentielles de la qualité de leau.

     

Distinguishing groundwater flow paths in different fractured-rock aquifers using groundwater chemistry: Dandenong Ranges, southeast Australia

Major ion geochemistry is used to qualitatively interpret groundwater residence times within an aquifer, and the extent of mixing between aquifers with distinctive mineralogy. In conjunction with hydraulic heads and stable isotope geochemistry, flow paths and inter-aquifer exchange are defined in a fractured-rock aquifer system in the Dandenong Ranges, southeast Australia. Stable isotopes indicate modern seasonal recharge throughout the system. At high elevations in the sub-catchment, which includes both marine Silurian-Devonian sedimentary and Tertiary basalt aquifers, Cl is derived primarily from cyclic salts, and differences in mineralogy result in groundwater from the basalt aquifer having higher TDS contents (123–262 mg/L) and (Ca+Mg)/Na ratios (0.9–1.3) than groundwater from the sedimentary aquifer (TDS: 55–79 mg/L; (Ca+Mg)/Na: 0.1–0.2). At low elevations, in areas of local groundwater discharge, the more regional flow system in the Silurian-Devonian sediments contains additional Cl from water–rock interaction and has distinctly higher TDS contents (517–537 mg/L). Differences in groundwater chemistry between the aquifers and between shallower and deeper flow systems highlights areas of inter-aquifer mixing. This is particularly important for aquifer vulnerability where groundwater quality in the deeper aquifer may be impacted by surface activities.

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Resumen Se ha utilizado geoquímica de iones mayores para interpretar cualitativamente los tiempos de residencia del agua subterránea dentro de un acuífero, y el grado de mezcla entre acuíferos con mineralogía característica. De manera conjunta con presiones hidráulicas y geoquímica de isótopos estables, se han definido trayectorias de flujo e intercambio entre acuíferos en un sistema de acuífero de roca fracturada en las Sierras Dandenong, sureste de Australia. Los isótopos estables indican recarga estacional moderada a través del sistema. A elevaciones altas en la sub-cuenca que incluye acuíferos sedimentarios Silúrico-Devónicos y acuíferos basálticos Terciarios, Cl se deriva principalmente de sales cíclicas. Las diferencias en mineralogía resultan en agua subterránea del acuífero basáltico que tiene mayores contenidos TDS (123–262 mg/L) y mayor relación (Ca+Mg)/Na (0.9–1.3) que el agua subterránea de los acuíferos sedimentarios (TDS:55–79 mg/L; (Ca+Mg)/Na: 0.1–0.2). A elevaciones bajas, en áreas de recarga local de agua subterránea, el sistema de flujo más regional en los sedimentos Silúrico-Devónicos contiene Cl adicional que se deriva de la interacción roca-agua y típico contenido TDS más alto (517–537 mg L). Las diferencias en la química del agua subterránea entre los acuíferos y entre los sistemas de flujo más profundo y más somero resalta áreas de mezcla entre acuíferos. Esto es particularmente importante para la vulnerabilidad del acuífero donde la calidad del agua subterránea en el acuífero más profundo puede ser impactada por las actividades superficiales.

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Résumé Les ions majeurs sont utilisés pour interpréter quantitativement les temps de résidence des eaux souterraines dans les aquifères, et létendue des zones de mélange entre les aquifères de différentes minéralogies. En regard de la répartition des charges hydrauliques et des informations données par les isotopes stables, les écoulements et les échanges inter-aquifères sont définis dans un aquifère fracturé dans le Dandenong Ranges, SE de lAustralie. Les isotopes stables indiquent des recharges modernes et saisonnières à travers le système aquifère. A haute altitude dans le sous-bassin versant, qui inclut des sédiments du Siluro-Dévonien et des basaltes du Tertiaire, le chlore est dabord dérivé des sels cycliques, et des différences minéralogiques dans les eaux souterraines sont observées selon laquifère : basalte tertiaire (TDS: 123–262 mg/L; Ca+Mg/Ca: 0.9 à 1.3) et sédiments primaires (TDS: 55–79 mg/L; Ca+Mg/Ca: 0.1–0.2). Aux basses altitudes, dans les zones locales de décharge des eaux souterraines, les écoulements les plus régionaux possèdent des teneurs plus élevées en Chlore en provenance des interactions eau—roche, et des TDS plus élevées (515–537 mg/L). Des différences dans la chimie des eaux souterraines entre les aquifères et entre les systèmes découlement de surface et les écoulements profonds mettent en lumière les zones de mélange inter-aquifère. Ceci est particulièrement important pour la définition de la vulnérabilité où la qualité des eaux souterraines en profondeur peuvent subir les impacts des activités de surface.

     

Integrated approach for delineating potential zones to explore for groundwater in the Pageru River basin, Cuddapah District, Andhra Pradesh, India

Hydrogeomorphological, hydrogeological and geophysical investigations were carried out in the Pageru River basin of Cuddapah district, Andhra Pradesh, to delineate potential zones for future groundwater exploration. The study area is underlain by Proterozoic formations of the Indian Peninsula comprising limestones and shales as the sedimentary cover. Limestone and shale formations of the Cuddapah Super group that are later overlain by the Kurnool group (shale, limestone and quartzite) are exposed extensively. The high drainage density (2.61 km/km²) in the western region also suggests that the area is characterized by low permeable zones compared with low drainage density (1.04 km/km²) of the flood plains, which form the potential aquifers in the east. The hydro-geomorphological data are further supported from evidence of the water-table fluctuation in wells and resistivity of the saturated formations. The results indicate that the favourable, moderately favourable and poor zones characterized geomorphologically, have water-level fluctuations in the range of 0–2, 2–6 and above 6 m, respectively. The resistivities of these zones are also in the range of 1–26, 40–466, and >1,900 ohm-m. A few pumping tests have also been conducted to assess the broad range in the values of aquifer parameters. Based on these data, good to poor potential zones for obtaining groundwater have been delineated in the study area.

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Resumen Se llevaron a cabo investigaciones hidrogeomorfológicas, hidrogeológicas y geofísicas en la cuenca del Río Pageru del distrito Cuddapah, Andhra Pradesh, con objeto de delimitar zonas potenciales para exploración futura de aguas subterráneas. El área de estudio consiste de formaciones Proterozoicas de la Península India con calizas y lutitas como cubierta sedimentaria. Las formaciones de caliza y lutita del Grupo Cuddapah Superior afloran extensamente y están cubiertas por el Grupo Kurnool (lutita, caliza, y cuarcita). La alta densidad de drenaje (2.61 km/km²) en la región occidental también indica que el área se caracteriza por zonas de baja permeabilidad en comparación con las planicies de inundación de baja densidad (1.04 km/km²) que forman los acuíferos potenciales del oriente. Los datos hidrogeomorfológicos tienen apoyo adicional a partir de evidencia proveniente de la fluctuación del nivel freático en pozos y resistividad de las formaciones saturadas. Los resultados indican que las zonas caracterizadas geomorfológicamente como zonas favorables, moderadamente favorables, y pobres tienen fluctuaciones de niveles de agua en el rango de 0–2, 2–6, y mayor de 6 m, respectivamente. Las resistividades de estas zonas también se encuentran en el rango de 1–26, 40–466, y mayores de 1,900 ohm-m. Se realizaron algunas pruebas de bombeo para evaluar los amplios rangos que tienen los valores de los parámetros de los acuíferos. Basado en esta información se delimitaron zonas con potencial bueno a pobre para obtener agua subterránea en la zona de estudio.

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Résumé Des investigations hydrogéomorphologiques, hydrogéologiques et géophysiques ont été menées sur le bassin de la rivière Pageru du district de Cuddapah, Andhra Pradesh, pour délimiter les zones potentielles dans la future recherche deaux souterraines. La zone étudiée est, à la base, constituée par les formations protérozoïques de la péninsule indienne comprenant les calcaires et les shales de la couverture sédimentaire. Les calcaires et les shales du Super Groupe Cuddapah qui sont recouverts par le Groupe Kurnool (shale, calcire, quartzite) sont exposés de manière extensive. La densité importante de drainage (2.61 km/km²) dans la région ouest montre également que la zone est caractérisée par des perméabilités faibles par comparaison avec les plaines dinondation (densité de drainage: 1.04 km/km²), formant les aquifères potentiels de lEst. Les données hydrogéomorphologiques vont également dans le sens des données de fluctuation de la nappe et de résistivité des formations saturées. Les résultats indiquent que les zones caractérisées géomorphologiquement comme favorables, moyennement favorables et pauvres, possèdent des fluctuations respectives de lordre de 0 à 2, 2 à 6 et de plus de 6 m. La résistivité de ces zones est également de lordre de 1 à 26, 40 à 466 et de plus de 1900 ohm-m. Quelques pompages dessais ont également été conduits pour déterminer les valeurs moyennes des paramètres de laquifère. En se basant sur ces données, des zones potentielles bonnes à pauvres pour lexploitation des eaux souterraines ont été délimitées.

     

Validation of an intrinsic groundwater pollution vulnerability methodology using a national nitrate database

The importance of groundwater for potable supply, and the many sources of anthropogenic contamination, has led to the development of intrinsic groundwater vulnerability mapping. An Analysis of Co-Variance and Analysis of Variance are used to validate the extensively applied UK methodology, based upon nitrate concentrations from 1,108 boreholes throughout England and Wales. These largely confirm the current aquifer and soil leaching potential classifications and demonstrate the benefits of combining soil and low permeability drift information. European legislation such as the Water Framework Directive will require more dynamic assessments of pollutant risk to groundwater. These results demonstrate that a number of improvements are required to future intrinsic groundwater vulnerability methodologies. The vertical succession of geological units must be included, so that non-aquifers can be zoned in the same way as aquifers for water supply purposes, while at the same time recognising their role in influencing the quality of groundwater in deeper aquifers. Classifications within intrinsic vulnerability methodologies should be based upon defined diagnostic properties rather than expert judgement. Finally the incorporation into groundwater vulnerability methodologies of preferential flow in relation to geological deposits, soil type and land management practices represents a significant, but important, future challenge.

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Resumen La importancia de las aguas subterráneas en el abastecimiento de agua potable, y las muchas fuentes de contaminación antropogénica, ha llevado al desarrollo del mapeo de vulnerabilidad a la contaminación intrínseca de aguas subterráneas. Se han utilizado un análisis de co-varianza y análisis de varianza para validar la metodología que se ha aplicado extensamente en UK basada en concentraciones de nitrato de 1108 pozos a través de Inglaterra y Gales. Se confirma ampliamente las clasificaciones actuales de acuíferos y potencial de lixiviación del suelo y se demuestra los beneficios de combinar la información de suelos y derrubios de baja permeabilidad. La legislación europea tal como el Marco Directivo del Agua requerirá evaluaciones más dinámicas del riesgo a la contaminación de agua subterránea. Estos resultados demuestran que se requieren varias mejoras en las metodologías futuras de vulnerabilidad intrínseca a la contaminación de agua subterránea. Tiene que incluirse la secuencia vertical de las unidades geológicas de modo que las unidades que no son acuíferos puedan zonificarse de la misma manera que los acuíferos con fines de abastecimiento de agua, mientras que al mismo tiempo se reconozca el papel que tienen en la influencia de la calidad de agua subterránea en acuíferos profundos. Las clasificaciones de las metodologías de vulnerabilidad intrínseca deberían basarse en las propiedades diagnósticas características más que en el juicio experto. Finalmente la incorporación de flujo preferencial en las metodologías de vulnerabilidad de agua subterránea en relación a las formaciones geológicas, tipo de suelo y prácticas de manejo de la tierra representa un desafío futuro no solo significativo sino que importante.

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Résumé Limportance des eaux-souterraines pour lalimentation en eau potable, et les multiples sources de contaminations anthropiques, ont conduit au développement de cartes de vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines aux pollutions. Une analyse de la co-variance et lanalyse de la variance sont utilisées pour valider la méthodologie extensive utilisée en UK, basée sur les concentration en nitrates de 1108 forages en Angleterre et en Ecosse. Ceci confirme les classifications courantes basées sur la nature des aquifères et le potentiel de lessivage des sols, et démontre le bénéfice que lon peut tirer à combiner linformation dérivant des sols et des faibles perméabilités. La législation européenne telle la Directive Cadre Européenne demandera des évaluations plus dynamiques des risques de pollution affectant les eaux souterraines. Ces résultats démontrent quun certain nombre daméliorations sont nécessaires aux futures méthodes de vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines. La succession verticale dunités géologiques doit être pris en compte, de telle manière que les parties non-aquifères puissent être zonées de la même manière que les aquifères pour lapprovisionnement en eaux potables, et reconnaître par la même occasion leur influence sur la qualité des eaux souterraines dans les aquifères profonds. Les classifications utilisées dans les méthodes de vulnérabilité intrinsèque devraient être basées sur les propriétés dun diagnostique défini plutôt que sur un jugement expert. Finalement lincorporation, dans les méthodes de vulnérabilité intrinsèque, des écoulements préférentiels en relation avec les formations géologiques, les types de sol et les pratiques daménagement du territoire représentent un challenge futur significatif et ortant.

     

Use and abuse of the urban groundwater resource: Implications for a new management strategy

Various human activities threaten the groundwater quality and resource under urban areas, and yet residents increasingly depend on it for their livelihood. The anticipated expansion of the worlds urban population from 3 to 6 billion in the coming 50 years does not only pose a large water management threat but also provides an opportunity to conserve groundwater in a better way than up to now. The authors argue for a new way to manage urban activities in order to conserve the precious groundwater resource. The focus is on the quality of the discharged water after use in households. Restrictions on what is added to water while using it, e.g. detergents, excreta, paint residues, oils, and pharmaceuticals, are important to simplify the treatment and reuse of used water. Avoiding mixing different wastewater flows has the same positive effect. If increased volumes of wastewater can be treated and reused, the demand on the groundwater resource is reduced, as also occurs with demand management measures. Reduced discharge of polluted water to the environment from households and utilities also conserves the quality of groundwater and reduces sophisticated treatment costs.

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Resumen La urbanización lleva a una demanda elevada y concentrada de agua de calidad adecuada, acompañada por el vertido de volúmenes análogamente mayores de aguas residuales. Los alimentos se importan a ciudades donde los microorganismos y nutrientes de los excrementos humanos son descargados a ríos, lagos y, también, aguas subterráneas. Más aún, gran número de los bienes de consumo son eliminados vía las tuberías de las cloacas. Las deudas medioambientales, es decir, el empobrecimiento de las condiciones medioambientales, que requerirán de aportaciones humanas y económicas para rehabilitarlas, son comunes a todas las ciudades, sobretodo en el Hemisferio Sur, donde, según la Valoración Global de Suministro de Agua y Saneamiento (OMS y UNICEF), la mayor parte de las aguas residuales urbanas no son tratadas (65% en Asia, 86% en Latinoamérica, 100% en África). La tarea pendiente consiste en proteger los recursos de aguas subterráneas para que estén disponibles de forma rápida para los habitantes urbanos también el futuro. En los próximos 50 años, se espera que la población urbana aumente de 3,000 a 6,000 millones de personas, según estimaciones de las Naciones Unidas, por lo que es imperativo dejar de contaminar las aguas subterráneas existentes bajo las nuevas áreas urbanas en construcción. En este artículo, se escudriña la calidad de las aguas subterráneas y su protección a la luz de los cambios recientemente introducidos en las políticas del agua, esto es, desde la gestión de los abastecimientos de agua a la gestión de la demanda y, eventualmente, hastaa la gestión de la reutilitzación.

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Résumé Lurbanisation conduit à une demande élevée et concentrée deau de qualité adéquate, accompagnée du rejet dimportants volumes correspondants deaux usées. La nourriture est importée dans les villes tandis que les micro-organismes et les nutriments provenant des excrétas humains sont rejetés dans les rivières, les lacs et aussi les eaux souterraines. De plus, une large gamme de biens de consommation est évacuée par les égouts. Les créances environnementales, cest-à-dire lappauvrissement des conditions environnementales qui demandera des apports humains et économiques pour la réhabilitation, sont habituelles dans toutes les villes, et pas seulement dans lhémisphère sud, comme cela est indiqué dans le rapport sur lalimentation en eau et la santé publique du monde (publié par lOMS et UNICEF), établissant que la plupart des eaux résiduaires des zones urbaines reste non traitée (65% en Asie, 86% en Amérique latine et 100% en Afrique). La tâche à réaliser pour lhomme est de protéger les ressources en eau souterraine en sorte quelle reste disponible pour les habitants des villes dans le futur. Dans les prochaines 50 années, il faut sattendre à ce que la population urbaine saccroisse de 3 à 6 milliards de personnes selon les estimations des Nations Unies; aussi il est impératif de ne pas continuer à polluer les eaux souterraines sous les nouvelles zones urbaines en cours de construction. Dans cet article, nous analyserons la qualité des eaux souterraines et leur protection à la lumière des récents changements de politique de leau, cest-à-dire de la gestion de lalimentation en eau jusquà une gestion de la demande et en abordant éventuellement la période de gestion du recyclage.