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.

     

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.

     

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.

     

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.

     

Evaluation of an intrinsic and a specific vulnerability assessment method in comparison with groundwater salinisation and nitrate contamination levels in two agricultural regions in the south of Portugal

The applicability of two vulnerability assessment methods in evaluating the impact of agricultural activities on groundwater quality, is tested in two areas in the south of Portugal with modest results. Intensive citri- and horticulture require large amounts of fertiliser and water supplied by irrigation, which induces groundwater salinisation and contamination by nitrates. The degree of contamination varies highly within and between the study areas and is related to hydrogeological factors as well as intensity of agricultural practices. Vulnerability mapping is performed with the intrinsic DRASTIC method and the specific Susceptibility Index (SI), which is an adaptation of DRASTIC. These methods can constitute useful groundwater management tools, for instance when designating new Nitrate Vulnerable Zones as defined in the European Directive 91/676/EEC. However, in the case of DRASTIC, little correspondence exists between the most vulnerable and the most contaminated areas. This is mainly a result of underestimating the dilution capacity and overemphasising the attenuating potential of the unsaturated zone and aquifer, as both chloride and nitrate prove to be very stable contaminants. By including a parameter for land use, SI manages to produce more reliable results, although in many areas the vulnerability is overestimated.

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Resumen Se evalúa la aplicabilidad de dos métodos de estimación de vulnerabilidad en evaluar el impacto de actividades agrícolas en la calidad del agua subterránea para dos áreas en el sur de Portugal obteniendo resultados modestos. La horticultura y citricultura intensiva requiere grandes cantidades de fertilizantes y agua abastecida por riego, lo cual induce salinización de agua subterránea y contaminación por nitratos. El grado de contaminación varía fuertemente dentro y entre las áreas de estudio y se relaciona con factores hidrogeológicos así como con la intensidad de las prácticas agrícolas. El mapeo de vulnerabilidad se lleva a cabo con el método intrínsico DRASTIC y el Índice de Susceptibilidad específica (SI), el cual es una adaptación de DRASTIC. Estos métodos pueden constituir herramientas de manejo de aguas subterráneas útiles, por ejemplo al designar nuevas Zonas Vulnerables por Nitratos del modo que se definen en la Directiva Europea 91/676/EEC. Sin embargo, en el caso de DRASTIC, existen poca correspondencia entre las zonas más vulnerables y las áreas más contaminadas. Esto se debe principalmente a la subestimación de la capacidad de dilución y a al sobre énfasis del potencial de atenuación de la zona no saturada y el acuífero, ya que tanto cloruro como nitrato han probado ser contaminantes muy estables. Al incluir un parámetro del uso de la tierra, SI genera resultados más confiables, aunque en muchas áreas se sobrestima la vulnerabilidad.

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Résumé Lapplication de deux méthodes de calcul de la vulnérabilité permettant dévaluer limpact des activités agricoles sur la qualité des eaux souterraines, est testée dans deux zones du Sud du Portugal, avec des résultats modestes. La citriculture et lhorticulture intensives nécessitent de grandes quantités e fertilisants et deau souterraine pour lirrigation, ce qui induit la salinisation et la contamination des eaux souterraines par les nitrates. Le degré de contamination varie grandement à lintérieur et entre les zones détudes, en fonction des facteurs hydrogéologiques et de lintensité des pratiques agricoles. La cartographie de la vulnérabilité est mise en oeuvre via la méthodologie DRASTIC et lIndex de Susceptibilité (SI) spécifique, qui est une adaptation de la méthode DRASTIC. Ces méthodes êuvent constituer des outils de management des eaux souterraines, par exemple lors de la désignation de nouvelles zones de vulnérabilité aux Nitrates selon la n Directive Européenne 91/676/EEC. Par ailleurs dans le cas de DRASTIC, de petites correspondances existent entre les zones les plus vulnérables et les plus contaminées. Ceci est principalement le résultat dune sous-estimation de la capacité de dilution et de la sur-accentuation du potentiel datténuation de la zone non-saturée de laquifère, car et le chlore et les nitrates sont des contaminants très stables. En incluant un paramètre dutilisation des sols, SI produit des résultats plus réalistes, bien que dans de nombreuses zones la vulnérabilité soit surestimée.

     

Significance of enhanced infiltration due to groundwater extraction on the disappearance of a headwater lagoon system: Toluca Basin, Mexico

Mexico City relies significantly on groundwater resources drawn from the Sistema Lerma well field located in the Toluca Basin, Mexico. Enhanced infiltration caused by groundwater extraction is suspected to be both a prime factor in the disappearance of a lagoon system at the Toluca Basin and a potential risk to long-term groundwater quality. A combined approach of field investigation and numerical modeling was adopted to assess the groundwater-surface water interactions within the lagoon system. Potentiometric data indicate that current downward vertical hydraulic gradients below the lagoon and surrounding wetland area are extremely low suggesting very slow infiltration rates. Geochemical and isotope data from surface water and groundwater sampling also indicate that very little surface water infiltration has occurred. Numerical simulations demonstrate that enhanced surface water infiltration is unlikely to be the primary cause in the significant reduction in size of the lagoon system. Other factors such as modifications to the surface water drainage system and capture of spring flow from the surrounding mountainous regions are likely more significant. Simulations also suggest that contaminants originating in the lagoon system are currently entering nearby production wells although the total contaminant mass flux to the wells is still very low and significantly diluted.

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Resumen La Ciudad de México depende significativamente de los recursos de aguas subterráneas obtenidos del campo de pozos Sistema Lerma ubicado en la Cuenca Toluca, oeste de la Cuenca de México. Se sospecha que la infiltración estimulada causada por extracción intensiva de aguas subterráneas es un factor principal en la desaparición de un sistema de lagunas en la cabeceras del Río Lerma en el centro de México y un riesgo potencial para la calidad de aguas subterráneas a largo plazo en la región. Se adoptó un enfoque combinado de investigación de campo y modelizado numérico para evaluar las interacciones de agua superficial-agua subterránea dentro del sistema de lagunas. Datos potenciométricos indican que los gradientes hidráulicos verticales descendentes actuales, ubicados por debajo de la laguna y vecina área de humedales, son extremadamente bajos sugiriendo ritmos de infiltración muy lentos. Datos geoquímicos e isotópicos provenientes del muestreo de agua superficial y subterránea también indican que ha ocurrido muy poca infiltración de agua superficial. Las simulaciones numéricas demuestran cuantitativamente que no es probable que la infiltración estimulada de agua superficial sea la causa principal en la reducción significativa del tamaño del sistema de lagunas en la cabecera. Otros factores tal como modificaciones al sistema superficial de drenaje de agua y captura de flujo de manantial en las regiones montañosas vecinas son probablemente más significativos. Las simulaciones también sugieren que los contaminantes que se originan en el sistema de lagunas están actualmente ingresando a pozos de producción cercanos aunque el flujo de masa contaminante total a los pozos es aún muy bajo y diluido significativamente en los volúmenes grandes de extracción. La magnitud de la amenaza a largo plazo a la calidad del agua subterránea en los pozos de producción Sistema Lerma proveniente de contaminantes infiltrados es una preocupación y amerita estudios futuros.

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Résumé La Cité de Mexico dépend significativement des ressources en eau souterraine pompées au site de captages de Sistema Lerma, dans le Bassin de Toluca, à lOuest du Bassin de Mexico. Laugmentation de linfiltration, causée par lextraction extensive des eaux souterraines, est suspectée dêtre à la fois un facteur primaire de la disparition dun système de lagons en amont de la rivière Lerma au centre de Mexico, et un risque potentiel à long-terme pour la qualité de leau souterraine dans la région. Uen approche combinée détudes de terrain et de modélisation numérique a été adoptée pour estimer les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines, au sein du système de lagons. Les données potentiométriques indiquent que les gradients hydrauliques verticaux descendants sont très bas au niveau des lagons, ce qui suppose un taux dinfiltration faible. Les données géochimiques et isotopiques provenant des eaux de surface et souterraines, indiquent également que peu deau de surface sinfiltrent. La simulation numérique démontre quantitativement que laugmentation de linfiltration des eaux de surface nest probablement pas la première cause de réduction des lagons. Dautres facteurs, tels que les modifications du drainage des eaux de surface, laménagement en captage des sources situées aux pieds des montagnes environnantes, sont probablement plus importants. Les simulations suggèrent également que les contaminants provenant des lagons se retrouvent également dans les captages les plus proches, bien que le flux total de contaminants entrant dans les captages reste faible. Les volumes dextraction étant très important ils diluent effectivement les contaminants. Les effets à long-terme de lextraction critique au niveau des forages de Sistema Lerma et de la dégradation de la qualité des eaux souterraines par les contaminants, nécessite une grande attention pour le futur.

     

Determination of aquifer roof extending under the sea from variable-density flow modelling of groundwater response to tidal loading: case study of the Jahe River Basin,Shandong Province,China

The main task of studies on salt-water intrusion into coastal confined aquifers is to predict the position of the fresh- salt-water interface, which can be determined from the length of the aquifer roof extending under the sea. Records of groundwater level affected by tides can be used to infer hydrological conditions and determine hydraulic parameters of an aquifer extending under the sea. In this paper, a three-dimensional, variable-density groundwater flow model has been developed to determine the equivalent roof length of an aquifer extending under the sea from the tidal-effected data of groundwater level in the Jahe River Basin, Shandong Province, China. The seaward boundary is obtained by converging hydraulic head fluctuations observed in drill holes with calculated values, and the aquifer parameters in the extending zone are estimated. The impacts of aquifer roof length and aquifer parameters on the fluctuation of tidal groundwater are studied. It is concluded that the length of the aquifer roof extending under the sea should correspond with certain aquifer parameters in the extrapolation zone. Therefore, the seaward boundary determined from tidal-effect information is the equivalent boundary in hydrodynamic characteristics rather than the true boundary of the confined aquifer

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Resumen El principal objetivo de los estudios sobre intrusiones de agua salada en acuíferos costeros confinados es predecir la posición de la interfase agua dulce-agua salada, la cual puede determinarse a partir de la longitud del techo del acuífero que se extiende por debajo del mar. Los registros de niveles de agua subterránea afectados por las mareas puede utilizarse para inferir las condiciones hidrológicas y determinar los parámetros hidráulicos de un acuífero que se extiende por debajo del mar. En este artículo se ha desarrollado un modelo de flujo tri-dimensional de agua subterránea de densidad variable para determinar la longitud del techo equivalente de un acuífero que se extiende por debajo del mar a partir de datos, afectados por la marea, de niveles de agua subterránea en la Cuenca del Río Jahe, Provincia Shandong, China. El límite hacia el océano se obtiene por convergencia de fluctuaciones de presiones hidráulicas observadas en pozos con valores calculados, y se estiman los parámetros del acuífero en la zona extendida. Se estudian los impactos de la longitud del techo del acuífero y los parámetros del acuífero en la fluctuación del agua subterránea afectada por las mareas. Se concluye que la longitud del techo del acuífero que se extiende por debajo del mar debería corresponder con ciertos parámetros del acuífero en la zona de extrapolación. Por lo tanto, el límite hacia el océano determinado a partir de información de efectos de marea es el límite equivalente en características hidrodinámicas más que el límite real del acuífero confinado.

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Résumé Les sujets principaux des études dinstrusion saline dans les aquifères confinés en zone côtière sont la prédiction de la position de linterface entre leau salée et leau fraîche, qui peut être déterminée à partir de lextention du toit de laquifère sous la mer. Les enregistrements des niveaux des eaux souterraines influencés par les marées peuvent être utilisés pour préciser les conditions hydrologiques et déterminer les paramètres hydrauliques dun aquifère possédant une extension sous la mer. Dans cet article, un modèle tridimensionnel comprenant des eaux souterraines de densité variable a été développé pour déterminer la longueur équivalente du toit dun aquifère qui sétend sous la mer à partir des données concernant les effets de marée sur les eaux souterraines dans le bassin de la rivière Jahe, dans la province de Shandong, Chine. La limite de salinité est déterminée en faisant converger les fluctuations des hauteurs piézométriques avec les valeurs calculées, et les paramètres de laquifère sont estimés dans la zone sétendant sous la mer. Lincidence de la longueur de laquifère sous la mer sur les fluctuations des niveaux est étudiée. On en conclut que la longueur du toit de laquifère sous la mer peut correspondre à certains aquifères paramètres dans la zone dextrapolation. Par conséquent, la limite de salinité déterminée à partir des effets de marée est léquivalent dune limite hydrodynamique plutôt que la véritable limite de laquifère.

     

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%).

     

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.

     

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.

     

Recharge areas and geochemical evolution of groundwater in an alluvial aquifer system in the Sultanate of Oman

A regional hydrogeochemical model was developed to evaluate the geochemical evolution of different groundwaters in an alluvial aquifer system in the Interior of Oman. In combination with environmental isotopes the model is able to extract qualitative and quantitative information about recharge, groundwater flow paths and hydraulic connections between different aquifers. The main source of water to the alluvial aquifer along the flow paths of Wadi Abyadh and Wadi Muaydin in the piedmont is groundwater from the high-altitude areas of the Jabal Akhdar and local infiltration along the wadi channels. In contrast, the piedmont alluvial aquifer along Wadi Halfayn is primarily replenished by lateral recharge from the ophiolite foothills to the east besides smaller contributions from the Jabal Akhdar and local infiltration. Further down gradient in the Southern Alluvial Plain aquifer a significant source of recharge is direct infiltration of rain and surface runoff, originating from a moisture source that approaches Oman from the south. The model shows that the main geochemical evolution of the alluvial groundwaters occurs along the flow path from the piedmont to the Southern Alluvial Plain, where dedolomitization is responsible for the observed changes in the chemical and carbon isotope composition in these waters.

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Resumen Un modelo hidrogeoquímico regional fue desarrollado, para evaluar la evolución geoquímica de diferentes aguas subterráneas en un sistema acuífero aluvial ubicado en el interior de Omán. El modelo, en combinación con isótopos ambientales, es capaz de obtener información cualitativa y cuantitativa sobre recarga, direcciones de flujo de agua subterránea y sobre las conexiones hidráulicas entre diferentes acuíferos. La fuente principal de agua para el acuífero aluvial en el piedemonte son las aguas subterráneas, a lo largo de las direcciones de flujo del Wadi Abyadh y del Wadi Muaydin, desde las áreas de gran altura de Jabal Akhdar y como infiltración local a lo largo de los canales del wadi. En contraste, el acuífero aluvial del piedemonte a lo largo del Wadi Halfayn, esta alimentado principalmente por recarga lateral desde las partes bajas de las montañas de ofiolitas hacia el Este, además por pequeñas contribuciones desde el Jabal Akhdar e infiltración local. Siguiendo gradiente abajo en el acuífero de la Llanura Aluvial del Sur, allí tanto la infiltración directa de lluvia, como la escorrentía superficial constituyen fuentes significativas de recarga, las cuales se originan en una fuente de humedad que llega a Omán proveniente del Sur. El modelo muestra, que la evolución geoquímica principal de las aguas subterráneas en el aluvión, sucede a lo largo de la dirección de flujo, que va desde el piedemonte hacia la Llanura Aluvial Sur, en donde el proceso de des-dolomitización es el responsable de los cambios observados en la composición química y también del contenido de isótopos de carbono en estas aguas.

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Résumé On a développé un modèle régional hydrogéochimique pour évaluer lévolution géochimique des différentes eaux souterraines dans le système aquifère de lintérieur dOman. Avec la contribution des isotopes denvironnement, le modèle est capable de fournir des informations qualitatives et quantitatives sur la recharge, les directions découlement et sur les connections hydrauliques entre les différents aquifères du système. La source principale pour laquifère situé au long de la direction découlement des oueds de Abdyah et de Muaydin dans le piémont est leau souterraine provenant des zones de haute altitude de Jabal Akhbar ainsi que linfiltration locale au long des canaux de loued. Par contre, à part dune petite contribution provenant des infiltrations locaux et de Jabal Akhbar, l aquifère alluvial de Wadi Halfayan est en principal alimenté par la recharge latérale provenant des ophiolites situées dans la partie est. Les plus importantes sources de recharge dans laval de laquifère de la Plaine Alluviale sont linfiltration directe et le ruissellement provenant dune source dhumidité qui sapproche dOman par le sud. Le modèle montre que la principale évolution géochimique se produise au long de la direction découlement qui part de piémont de la Plaine Alluviale du Sud, où le procès de dédolomisation est responsable pour les changements observés dans la composition géochimique et en carbone des eaux.

     

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.

     

Introductory review of specific factors influencing urban groundwater, an emerging branch of hydrogeology, with reference to Barcelona, Spain

A number of specific factors must be considered when dealing with groundwater in urban areas. Urbanization significantly affects the natural water cycle, both in terms of quantity and quality. In particular, the main contributors to recharge and discharge clearly differ from those in natural systems. Moreover, water can affect underground structures and infrastructure characteristics of cities such as basements, public transport services (trains, underground railways, etc.), and utility conduits. As a result, urban groundwater is emerging as a distinct branch of hydrogeology. The objective of this paper is to review some of the topics that are specific to urban groundwater. These include (1) fluctuations in groundwater levels caused by changes in land and water uses; (2) pollution problems caused by point or non-point sources in urban areas; (3) characterization and quantification of the components contributing to groundwater recharge and discharge; (4) specific characteristics of groundwater flow and solute transport models in urban areas; and (5) integration of data for sustainable urban water management. Some of these issues are illustrated for the particular case of Barcelona, where a comprehensive hydrogeological study has been carried out during the last few years by both the public and the private sectors.

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Resumen Se debe considerar una serie de factores específicos al tratar las aguas subterráneas en áreas urbanas. El proceso de urbanización afecta el ciclo natural del agua de manera significativa tanto en lo que se refiere a cantidad como a calidad. En particular, los contribuyentes principales a la recarga y descarga claramente difieren de aquellos aplicables a los sistemas naturales. Es más, el agua puede afectar los estructuras subterráneas de las ciudades tales como sótanos, servicios de transporte público (trenes, trenes subterráneos) y los servicios básicos. Como resultado de esto, la hidrogeologia urbana está emergiendo como una rama específica de la hidrogeología. El objectivo de este artículo es revisar algunos de los temas que son específicos al agua subterránea urbana. Estos incluyen: 1) Fluctuaciones en los niveles de agua subterránea causados por cambios en los usos de terreno y del agua; 2) Problemas de contaminación causados por fuentes puntuales o no puntuales en áreas urbanas; 3) Caracterización y cuantificación de los componentes que contribuyen a la recarga y descarga de agua subterránea; 4) Características especificas de flujo de agua subterránea y modelos de transporte de solutos en áreas urbanas; y 5) Integración de datos para el manejo sostenible de agua urbana. Algunos de estos puntos se han ilustrados para el caso particular de Barcelona en donde se ha llevado a cabo un estudio hidrogeológico amplio durante los últimos años tanto por el sector privado como el público.

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Résumé Une série de facteurs spécifiques doit être considérée lorsque leau souterraine en région urbaine est étudiée. Lurbanisation affecte significativement le cycle naturel de leau, autant du point de vue quantitatif que qualitatif. Plus particulièrement, les zones de recharge et de décharge diffèrent considérablement des systèmes naturels. Leau souterraine peut affecter les structures souterraines ainsi que les infrastructures municipales telles que les sous-sols, les systèmes de transport publique (trains, métros, ...) et les conduits de service. De ce fait, lhydrogéologie en milieu urbain émerge comme une branche distincte de lhydrogéologie classique. Lobjectif de cet article est de revoir certaines notions qui sont spécifiques à létude de leau souterraine en milieu urbain. Parmi ces notions : 1) les fluctuations de la nappe phréatique causées par des changements dans lutilisation du territoire et de leau, 2) les problèmes de pollution causés par des sources ponctuelles ou diffuses en milieu urbain, 3) la caractérisation et quantification des composants qui contribuent à la recharge et décharge des aquifères, 4) les caractéristiques spécifiques des modèles découlement de leau souterraine et de transport de solutés en milieux urbain, et 5) lintégration des données pour la gestion durable de leau en milieu urbain. Certaines de ces questions sont étudiées pour le cas particulier de la ville de Barcelone où une étude hydrogéologique complète a été menée au cours des dernières années par les secteurs privé et public.

     

Assessing selected natural and anthropogenic impacts on freshwater lens morphology on small barrier Islands: Dog Island and St. George Island, Florida, USA

Abstract The freshwater lens morphologies of the barrier islands Dog Island and St. George Island on the panhandle coast of Florida (FL), USA, are controlled to varying degrees by both natural and anthropogenic factors. Variable-density groundwater flow models confirm that spatial variability of recharge values can account for the observed lens asymmetry on these islands. The depth to the base of the lens does not vary significantly seasonally. Human development has altered recharge patterns in some areas, locally thinning the freshwater lens. Aqueduct water supply to St. George Island represents 7–25% of natural recharge; higher recharge rates are required to simulate the lens on St. George Island than on Dog Island. On both islands, coastal erosion rates are sufficiently rapid that the freshwater lens may not be in equilibrium with current boundary conditions.

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Resumen Las morfologías de los lentes de agua dulce en las islas de barrera: Islas Dog y St. George, en la costa alargada y estrecha de Florida, EUA, están controladas en diferentes grados por factores antropogénicos y naturales. Los modelos de flujo con densidad variable del agua subterránea, confirman que la variabilidad espacial de los valores de recarga, pueden ser la causa de la asimetría observada en los lentes de estas islas. La profundidad hasta la base de los lentes no varía significativamente con las estaciones climáticas. El desarrollo humano ha alterado las tendencias de recarga en algunas áreas, causando adelgazamiento local de los lentes de agua dulce. El abastecimiento de agua del acueducto en la Isla St. George, representa entre 7% y 25% de la recarga natural; por otro lado se necesitan cantidades mayores de recarga para simular los lentes en la Isla St. George que en la Isla Dog. En ambas islas, las tasas de erosión costera son tan rápidas, que las lentes de agua dulce podrían no estar en equilibrio con las condiciones actuales de frontera.

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Résumé La morphologie des lentilles deau douce des îles de Dog et de St. George, situés dans le district côtier de Florida-Etats Unis est contrôlé dans une mesure variable par des facteurs naturelles et humaines. Les modèles découlement à densité variable des eaux souterraines confirment que la variation spatiale de la recharge peut expliquer les asymétries observées des lentilles des cettes îles. La profondeur des lentilles ne présente pas des variations saisonnières importantes. Les activités humaines ont modifié la recharge dans certaines zones en amincissant localement les lentilles deau douce. Lalimentation en eaux de lîle de St. George représente 7–25% de la recharge naturelle; pour simuler les lentilles de lîle de Dog il a été nécessaire dintroduire des valeurs plus élevées de la recharge par rapport aux ceux utilisés pour lîle de St. George. Pour les deux îles lérosion côtière est assez rapide ainsi que les lentilles de eau douce ne sont pas en équilibre avec les conditions à la frontière.

     

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.

     

Groundwater behaviour in Madeira, volcanic island (Portugal)

Madeira Island is a hot-spot originating from a mantle plume. K-Ar age determinations indicate that the emerged part of the island was generated during Post-Miocene times 6000–7000 years B.P. Groundwater occurs in perched-water bodies, spring discharge from them is high, about 3,650 l/s; in dike-impounded water and basal groundwater. Basal groundwater is exploited by tunnels (1,100 l/s) and wells (1,100 l/s). Hydraulic gradients range from 10^–4 to 10^–2 and transmissivity ranges from 1.16×10^–2 to 2.89×10^–1 m²/s, indicating the heterogeneity of the volcanic aquifers. Water mineralisation is variable, and electrical conductivity ranges from 50 to 3,300 S/cm. There is a difference between groundwater discharging from perched-water bodies (43–201 S/cm) and from basal groundwater (109–3,300 S/cm). Groundwater average pH is 7.37, with waters acid to slightly alkaline (6.13–8.4), and generally cold. Nevertheless, a few samples associated with fault zones can be classified as thermal waters.

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Resumen La Isla de Madeira tuvo origen en un punto caliente proveniente de una pluma del manto. Las dataciones K – Ar, indican que la parte emergida de la isla se formó durante en Post—Mioceno, hace unos 6000–7000 años. El agua subterránea se encuentra en acuíferos colgados, cuya descarga a través de manantiales es alta, alrededor de 3650 l/s; también como agua retenida en diques o bien como agua subterránea propiamente dicha. Esta última es explotada por túneles (1100 l/s) y pozos (1100 l/s). Los gradientes hidráulicos varían desde 10–4 hasta 10–2 y la transmisividad varía desde 1.16×10^–2 hasta 2.89×10^–1 m²/s, indicando la heterogeneidad de los acuíferos volcánicos. La mineralización de agua es variable y la conductividad eléctrica varía desde 50 mS/cm hasta 3300 mS/cm. Hay una diferencia entre el agua subterránea proveniente de acuíferos colgados (43–201 mS/cm) y aquella del acuífero principal (109–3300 mS/cm). El pH promedio para el agua subterránea es 7.37; con variación desde ácida hasta ligeramente alcalina (6.13–8.4), y es generalmente fría. Sin embargo unos pocos ejemplos asociados con zonas de falla, pueden ser clasificados como agua termal.

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Résumé Lîle de Madeira est un point chaud, provenant dun panache mantélique. Les datations par la méthode de K-Ar indiquent que la part émergée de lîle a été générée pendant le Post Miocène, il y a 6000–7000 ans. Les eaux souterraines sont cantonnées dans des aquifères perchées qui se déchargent par des sources à grands débits, avec des valeurs dapproximativement de 3500 l/s, ainsi que dans les dikes. Une importante quantité des eaux souterraine se trouve sur la forme deau de fonds, formant une nappe basale, qui est exploitée par des tunnels (1100 l/s) et par des puits (1100 l/s). Les gradients hydrauliques ont des valeurs dans lintervalle de 10^–2 à 10^–4, tandis que les transmissivités se rangent entre 1.16×10^–2 m²/s et 2.81×10^–1 m²/s, ce quindique la hétérogénéité de laquifère volcanique. La minéralisation des eaux est aussi variable avec des conductivités électriques qui se rangent ente 50 mS/cm et 3300 mS/cm. Il y a une différence entre la conductivité des eaux provenant des aquifères perchées (30–201 mS/cm) par rapport à la conductivité les eaux de la nappe basale (109–3300 mS/cm). Le pH moyen est de 7.37 avec des valeurs de 6.13 pour les eaux acides et de 8.4 pour les eaux à faible alcalinité. En général il sagit des eaux froides, mais quelques échantillons provenant des zones faillées peuvent être classifiés comme des eaux thermales.

     

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.

     

Arsenic in groundwater of the Bengal Basin, Bangladesh: Distribution, field relations, and hydrogeological setting

Arsenic contaminates groundwater across much of southern, central and eastern Bangladesh. Groundwater from the Holocene alluvium of the Ganges, Brahmaputra and Meghna Rivers locally exceeds 200 times the World Health Organisation (WHO) guideline value for drinking water of 10 µg/l of arsenic. Approximately 25% of wells in Bangladesh exceed the national standard of 50 µg/l, affecting at least 25 million people. Arsenic has entered the groundwater by reductive dissolution of ferric oxyhydroxides, to which arsenic was adsorbed during fluvial transport. Depth profiles of arsenic in pumped groundwater, porewater, and aquifer sediments show consistent trends. Elevated concentrations are associated with fine-sands and organic-rich sediments. Concentrations are low near the water table, rise to a maximum typically 20–40 m below ground, and fall to very low levels between about 100 and 200 m. Arsenic occurs mainly in groundwater of the valley-fill sequence deposited during the Holocene marine transgression. Groundwater from Pleistocene and older aquifers is largely free of arsenic. Arsenic concentrations in many shallow hand-tube wells are likely to increase over a period of years, and regular monitoring will be essential. Aquifers at more than 200 m below the floodplains offer good prospects for long-term arsenic-free water supplies, but may be limited by the threats of saline intrusion and downward leakage of arsenic.

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Resumen El arsénico ha contaminado gran parte de las aguas subterráneas en el Sur, centro y Este de Bangla Desh. Su concentración en las aguas subterráneas del aluvial Holoceno de los ríos Ganges, Brahmaputra y Meghna supera localmente en un factor 200 el valor guía del arsénico en el agua potable, establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 10 µg/L. Aproximadamente, el 25% de los pozos de Bangla Desh superan el estándar nacional de 50 µg/L, afectando al menos a 25 millones de personas. El arsénico ha llegado a las aguas subterráneas por la disolución reductora de hidróxidos férricos a los que se adsorbe durante el transporte fluvial. Los perfiles del arsénico en las aguas subterráneas bombeadas, agua de poro y sedimentos del acuífero muestran tendencias coherentes. Las concentraciones elevadas están asociadas a arenas finas y sedimentos ricos en materia orgánica. Las concentraciones de arsénico son bajas cerca del nivel freático, se incrementan hasta un máximo que se localiza generalmente a entre 20 y 40 m bajo la cota del terreno, y disminuyen a valores muy pequeños entre alrededor de 100 y 200 m. El arsénico se encuentra sobretodo en las aguas subterráneas existentes en la secuencia de sedimentación que tuvo lugar en el valle durante la transgresión marina del Holoceno. Las aguas subterráneas del Pleistoceno y acuíferos más antiguos están mayoritariamente libres de arsénico. Es probable que las concentraciones de arsénico aumenten en los próximos años en muchos pozos de tipo tubo perforados manualmente, por lo que será esencial efectuar un muestreo regular. Los acuíferos ubicados a más de 200 m bajo las llanuras de inundación ofrecen buenas perspectivas de abastecimiento a largo plazo sin problemas de arsénico, pero pueden estar limitados por las amenazas de la intrusión salina y de la precolación de arsénico desde niveles superiores.

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Résumé Larsenic contamine les eaux souterraines dans la plus grande partie du sud, du centre et de lest du Bangladesh. Les eaux des nappes alluviales holocènes du Gange, du Brahmapoutre et de la Meghna dépassent localement 200 fois la valeur guide donnée par lOMS pour leau de boisson, fixée à 10 µg/l darsenic. Environ 25% des puits du Bangladesh dépassent la valeur standard nationale de 50 µg/l, affectant au moins 25 millions de personnes. Larsenic a été introduit dans les nappes par la dissolution par réduction doxy-hydroxydes ferriques sur lesquels larsenic était adsorbé au cours du transport fluvial. Des profils verticaux darsenic dans leau souterraine pompée, dans leau porale et dans les sédiments des aquifères montrent des tendances convergentes. Les concentrations élevées sont associées à des sédiments à sable fin et riches en matières organiques. Les concentrations sont faibles au voisinage de la surface de la nappe, atteignent un maximum typiquement entre 20 et 40 m sous le sol, puis tombent à des niveaux très bas entre 100 et 200 m. Larsenic est surtout présent dans les eaux souterraines de la séquence de remplissage de vallée déposée au cours de la transgression marine holocène. Les eaux souterraines des aquifères pléistocènes et plus anciens sont très largement dépourvus darsenic. Les concentrations en arsenic dans de nombreux puits creusés à la main doivent probablement augmenter au cours des prochaines années ; aussi un suivi régulier est essentiel. Les aquifères à plus de 200 m sous les plaines alluviales offrent de bonnes perspectives pour des alimentations en eau sans arsenic à long terme, mais ils peuvent être limités par les risques dintrusion saline et la drainance descendante de larsenic.

     

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.

     

Multi-electrode resistivity survey for groundwater exploration in the Harare greenstone belt, Zimbabwe

A multi-electrode resistivity survey, carried out over metasedimentary strata and metavolcanics in the Harare greenstone belt in northeastern Zimbabwe as part of a groundwater resources investigation, illustrates the ability of this technique to produce high-resolution images of the subsurface, which are useful for groundwater resources assessment. The resistivity results provide a clear view of the thickness of the weathered regolith and of the distribution of the various lithological units. Using a combination of apparent formation resistivity and inferred depth of weathering, it is possible to characterize the various lithologies on the geophysical profiles. These assigned lithologies show excellent correlation with the mapped geology, and the main lithologies, metabasalt, meta-arenite, granodiorite and banded iron formation can be clearly identified. The banded iron formation is characterized by low resistivity values, while a combination of the depth of weathering and resistivity values are used to distinguish between the meta-arenite on one hand and the metabasalt and granodiorite on the other. The multi-electrode method is successful in identifying potentially favourable zones for obtaining groundwater, such as areas with a maximum depth of weathered regolith, zones of fracturing and faulting, and high porosity and permeability zones associated with lithological contacts.

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Resumen Un estudio de resistividad multi-electrodo que se llevó a cabo en estratos meta sedimentarios y metavolcánicos en el cinturón de rocas verdes de Harare, en la parte noreste de Zimbabwe, como parte de una investigación de recursos de agua subterránea, ilustra la capacidad de esta técnica para producir imágenes de alta resolución de la subsuperficie, las cuales son útiles para la evaluación de los recursos da agua subterránea. Los resultados de resistividad suministran una visión clara el espesor del regolito meteorizado y de la distribución de varias unidades litológicas. Mediante el uso de una combinación de resistividad aparente de formación y de una profundidad inferida de meteorización, es posible caracterizar las diferentes litologías en los perfiles geofísicos. Estas litologías asignadas muestran una excelente correlación con la cartografía geológica y se pueden identificar las litologías predominantes como metabasalto, meta-arenita, granodiorita y formación de hierro bandeado. Esta última se caracteriza por valores bajos de resistividad, mientras que se utiliza una combinación de profundidad de meteorización y valores de resistividad, para distinguir entre meta-arenita por un lado y metabasalto y granodiorita por el otro. El método multi-electrodo es exitoso para identificar zonas potencialmente favorables para captar agua subterránea, las cuales pueden ser áreas con una profundidad máxima de regolito meteorizado, o bien zonas de fracturamiento y fallamiento, o también zonas de porosidad y permeabilidad altas asociadas con contactos litológicos.

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Résumé La prospection électrique par la méthode de multiélectrodes, effectuée pour linvestigation des eaux souterraines cantonnés dans des roches métamorphiques dorigine sédimentaire et volcanique de la ceinture de Harare-Zimbabwe a mis en évidence les possibilités de cette technique de réaliser des images à grande résolution du sous-sol qui sont très utiles pour lévaluation de la ressource en eaux souterraines. Daprès la distribution de la résistance il résulte une image très claire de lépaisseur des regolithes altérés ainsi que de la distribution des différentes unités lithologiques. Daprès les profiles géophysiques on peut caractériser les différents lithologies en utilisant les résistivités apparentes de la formation respective et les informations sur la profondeur de la zone altérée. Les lithologies ainsi déterminées montrent une excellente corrélation avec les cartes géologiques et on peut très bien identifier les lithologies principales comme les metabasaltes et les meta-arenites, les granodiorites et les formations de fer rubanées. Cettes dernières sont caractérisées par des faibles valeurs de la résistivité, tandis que en utilisant les résistivité et la profondeur de la zone altérée on peut distinguer les meta-arenites de granodiorites et des metabasaltes. La méthode des multiélectrodes est donc capable didentifier des formations favorables à laccumulation en eau comme les zones de faille et des fractures, ainsi que les zones à grande porosité et perméabilité, associées aux contactes lithologiques.