A very large scale GIS-based groundwater flow model for the Nubian sandstone aquifer in Eastern Sahara (Egypt,northern Sudan and eastern Libya)

A three-dimensional GIS-based groundwater flow model for the Nubian Sandstone Aquifer in the eastern Sahara was developed and calibrated under steady-state and transient conditions. The model was used to simulate the response of the aquifer to climatic changes that occurred during the last 25,000 years. The simulation results indicated that the groundwater in this aquifer was formed by infiltration during the wet periods 20,000 and 5,000 years b.p. The recharge of groundwater due to regional groundwater flow from more humid areas in the south was excluded. It also indicates that the Nubian Aquifer System is a fossil aquifer, which had been in an unsteady state condition for the last 3,000 years.

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Resumen Fue desarrollado un modelo de flujo de agua subterránea en tres dimensiones, basado en un SIG, para el Acuífero Arenisca Nubian en el Sahara Oriental, el cual fue calibrado para condiciones de estado estacionario y transitorio. El modelo se usó para simular la respuesta del acuífero a los cambios climáticos que ocurrieron durante los últimos 25000 años. Los resultados de esta simulación indicaron que el agua subterránea en este acuífero, se formó por infiltración, durante los períodos húmedos que hubo hace 20000 y 5000 años, antes del presente. Fue excluida la recarga del acuífero debida a un flujo regional de agua subterránea proveniente de áreas con un clima más húmedo en el sur. El modelo también muestra, que el Sistema Acuífero Nubian es un acuífero fósil, el cual ha permanecido en una condición de estado no estacionario, durante los últimos tres mil años.

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Résumé Pour laquifère gréseux Nubien de Sahara -Est on a mis au points un modèle tridimensionnel, basé sur GIS. Le modèle a été calibré tant pour lécoulement stationnaire que pour lécoulement transitoire. On a simulé après la réponse de laquifère aux changements climatiques des derniers 25000 ans. Les résultats des simulations indiquent que la nappe a été rechargée par des infiltrations pendant une période humide qui sétend 5000 et 20000 ans, dès temps actuel. On na pas pris en compte la recharge de laquifère par la zone plus humide située dans sa partie sud. Le modèle indique aussi que leau de laquifère Nubien est une eau fossile qui a eu un écoulement transitoire pendant les derniers 3000 ans.

     

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.

     

Determination of hydraulic parameters of an unconfined alluvial aquifer by the floodwave-response technique

Groundwater constitutes a vital component of the water-resource system. Adequate knowledge of aquifer parameters is of utmost importance for proper groundwater management. In the present study, an attempt has been made to critically analyze the river–aquifer interaction and to explore the practicability and reliability of the floodwave-response technique in estimating the hydraulic parameters of the Konan aquifer, Japan. The analysis of the pertinent hydrologic and hydrogeologic data revealed a strong relationship between the Monobe River stage and the groundwater levels over a major portion of the Konan basin. Inverse modeling, using the floodwave-response model at four sites, yielded high values of hydraulic diffusivity that ranged from 16 to 194 m²/s. However, the overall average aquifer diffusivity was found to be reasonable (0.7–3.5 m²/s). All the selected flood events were not found suitable for determining reasonable values of hydraulic diffusivity at a given site. Using the optimal diffusivities at two sites and the aquifer transmissivity from the pumping tests at these sites, the storage coefficient values were estimated as those of truly confined aquifers. In contrast, reasonable values of storage coefficient were obtained based on the average aquifer diffusivity estimates. The sensitivity analysis of the floodwave-response model indicated that the optimal hydraulic diffusivity is very sensitive to the distance parameters of the model, which necessitate precise measurement of these parameters. It is concluded that a judicious application of the floodwave-response technique is essential, especially in the case of unconfined aquifers.

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Resumen El agua subterránea constituye un componente vital de los sistemas de recursos hídricos. El conocimiento adecuado de los parámetros del acuífero es de suma importancia para el manejo apropiado del agua subterránea. En el presente estudio se ha realizado un intento para analizar críticamente la interacción río-acuífero y explorar la confiabilidad y utilidad de la técnica de respuesta de onda de crecida para estimar los parámetros hidráulicos del acuífero Konan, Japón. El análisis de datos hidrológicos e hidrogeológicos pertinentes muestra una relación fuerte entre el nivel del Río Monobe y los niveles de agua subterránea en gran parte de la cuenca Konan. El modelizado de inversión utilizando el modelo de respuesta de onda de crecida en cuatro sitios generó valores altos de difusividad hidráulica que varían de 16 a 194 m²/s. Sin embargo, se encontró que la difusividad promedio global del acuífero tenía valores razonables (0.7 a 3.5 m²/s). Todos los eventos de crecida seleccionados no fueron encontrados satisfactorios para determinar valores razonables de difusividad hidráulica en un sitio determinado. Utilizando las difusividades óptimas en dos sitios y la transmisividad del acuífero proveniente de pruebas de bombeo en esos sitios se estimaron valores del coeficiente de almacenamiento como los que se obtendrían para acuíferos completamente confinados. En contraste, se obtuvieron valores razonables del coeficiente de almacenamiento basados en los cálculos de difusividades promedio del acuífero. Los análisis de sensitividad del modelo de respuesta de onda de crecida indicaron que la difusividad óptima hidráulica es muy sensitiva a los parámetros de distancia del modelo por lo que se necesitan mediciones precisas de esos parámetros. Se concluye que es esencial una aplicación sensata de la técnica de respuesta de onda de crecida, especialmente en el caso de acuíferos no confinados.

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Resumé Leau souterraine constitue une composante vitale des systèmes de ressource en eau. Une connaissance adéquate des paramètres des aquifères est importante pour une gestion correcte de ces systèmes. Dans cette étude, la démarche consiste à analyser linteraction rivière–aquifère de manière critique et dexplorer la technique permettant destimer les paramètres hydrauliques de laquifère Konan, Japon. Lanalyse pertinente des données hydrologiques et hydrogéologiques révèle une relation forte entre le niveau de la rivière Monobe et les niveaux piézométriques sur une grande partie du bassin de Konan. La modélisation inverse utilisant le modèle de réponse aux vagues de crue sur quatre sites fournit des valeurs de diffusivité comprises entre 16 et 194 m²/s. Néanmoins la valeur moyenne de diffusivité est apparue raisonnable (entre 0.7 et 3.5 m²/s). Tous les évènements de crue nont pas été retenus comme permettant de calculer avec une bonne fiabilité la diffusivité sur un site donné. En utilisant les données optimales de diffusivité provenant de deux sites, et la transmissivité fournie par les essais de pompage, le coefficient demmagasinement a été déterminé et correspond bien à un aquifère confiné. Par contraste, des valeurs raisonnables de coefficient demmagasinement ont été déterminées par estimation de la diffusivité moyenne de laquifère. Lanalyse de sensibilité du modèle de réponse aux vagues de crue indique que la diffusivité hydraulique optimale est très sensible à la distance utilisée dans le modèle, qui nécessite dés lors une mesure précise. En conclusion il est essentiel que ce type dapplication doit tre judicieusement mis en oeuvre, et spécialement dans le cadre daquifères captifs.

     

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.

     

Hydraulic properties and scale effects investigation in regional rock aquifers,south-western Quebec,Canada

This paper reports on the characterization of hydraulic properties of regional rock aquifers carried out within a groundwater resources assessment project in the St. Lawrence Lowlands of south-western Quebec. To understand the aquifer behavior at both the fracture level and at field scale, hydraulic investigations were carried out using various aquifer tests. The groundwater flow at the local scale is controlled mostly by the fracture system. Results of the constant-head injection tests show a weak decreasing trend of hydraulic conductivity with depth indicating that a major part of the groundwater flow occurs in the first meters of the rock sequence. At the regional scale, the equivalent porous media approach is applicable. The hydraulic conductivity measurements were correlated to the scale of the aquifer tests expressed with the investigated aquifer volume. A simple interpolation procedure for the hydraulic conductivity field was developed based on the distance between field measurements and the tested aquifer volumes. The regional distribution of the hydraulic conductivity for the major fractured aquifer units indicates that dolostone is the most permeable whereas sandstone and crystalline rocks are the least permeable units.

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Resumen Este artículo trata de la caracterización de las propiedades hidráulicas en acuíferos regionales rocosos, la cual se llevó a cabo dentro del proyecto de evaluación de los recursos de agua subterránea en St. Lawrence Lowlands al suroeste de Quebec. Para entender el comportamiento del acuífero tanto a nivel de fractura como a escala del campo, se ejecutaron investigaciones hidráulicas usando varias pruebas de acuífero. El flujo del agua subterránea a escala local está controlado principalmente por el sistema de fracturas. Los resultados de las pruebas de inyección con cabeza constante muestran una tendencia decreciente débil de la conductividad hidráulica con la profundidad, indicando que la mayor parte del flujo de agua subterránea sucede en los primeros metros de la secuencia rocosa. A escala regional se puede aplicar la aproximación equivalente de medios porosos. Las medidas de la conductividad hidrálica fueron comparadas con la escala de las pruebas del acuífero, expresadas con el volumen investigado del acuífero. Se desarrolló un proceso de interpolación simple para la conductividad hidráulica de campo, con base en la distancia entre las medidas de campo y los volúmenes probados del acuífero. La distribución regional de la conductividad hidráulica, para las unidades acuíferas fracturadas mayores, indica que la dolomita es más permeable mientras que la arenisca y las rocas cristalinas son las unidades menos permeables.

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Résumé Larticle présente les propriétés hydrauliques dun aquifère régional rocheux qui ont été mesurées dans le cadre dun projet concernant lestimation de la ressource en eau de la plaine de St. Lawrence située dans la partie sud-ouest de Quebec. Affin de comprendre le comportement de l› aquifère tant à l› échelle de fracture qu› à l› échelle régionale on a mené des investigations hydrauliques en utilisant des essais differents. À l› échelle locale lécoulement est déterminé en principal par le système des fractures. Les résultats des essais dinjection au niveau constant ont montré une tendence de décroissance de la conductivité hydraulique avec la profondeur ce qui indique que l› écoulement ait lieu en principal dans les premiers mètres de la structure rocheuse. À l› échelle règionale on peut appliquer lapproche de milieux poreux equivalent. Les mesures de conductivité hydraulique ont été corrélées avec l› échelle des essais de pompage exprimée en termes de volume investigué de l› aquifère. On a mis au point une méthode simple dinterpolation pour le champ de la conductivité hydraulique basée sur la distance entre les essais in situ et les volume investigués de l› aquifère. La distribution règionale de la conductivité hydraulique montre que pour la majorité des unités de roche fracturé les plus perméable sont les roches dolomitiques alors que les grés et les roches cristalines presentent la plus faible perméabilité.

     

Matrix permeability of the confined Floridan Aquifer,Florida, USA

The Upper Floridan Aquifer of peninsular Florida retains most of its depositional porosity and, as a result, is a multi-porosity aquifer: double porosity (fractured porous aquifer) downdip where the aquifer is confined, and triple porosity (karstic, fractured porous aquifer) in the updip, unconfined region. Matrix permeability in the confined region varies in the range <10^–14.4–10^–11.1 m², as determined by 12,000 minipermeameter measurements on 1,210 m of slabbed core. Limestones divide into 13 textural classes and dolomites into two. Depositional facies (textural class) strongly correlates with matrix permeability. As a result, the facies architecture of the Eocene and Oligocene carbonates that compose the confined portion of the aquifer controls the lateral and vertical distribution of its matrix transmissivity. The most-permeable facies are grainstones (median k, 10^–12.4 m²) and sucrosic dolomites (median k, 10^–12.0 m²). Together, they are responsible for ~73% of the matrix transmissivity of the logged cores, although they constitute only ~24% of the thickness. Examination of the flow equations of fractured porous aquifers suggests that the permeability of these two facies is large enough that matrix permeability cannot be discounted in modeling the hydraulics of the double-porosity system. This conclusion likely applies to most, if not all, Cenozoic double-porosity carbonate aquifers, as average matrix and fracture permeabilities in the Floridan Aquifer are similar to other Cenozoic carbonates from around the world.

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Resumen El Acuífero Superior de Florida conserva gran parte de su porosidad deposicional y, como resultado, se comporta como un acuífero multi-poroso: de doble porosidad (acuífero poroso fracturado) a favor del buzamiento, donde se halla confinado, y de triple porosidad (acuífero poroso fracturado y kárstico) en sentido opuesto, en la zona en que se comporta como libre. La permeabilidad de la matriz en la región confinada está comprendida entre menos de 10^–14,4 y 10^–11,1 m², según determinaciones hechas a partir de 12.000 medidas de mini-permeámetro en 1.210 rodajas de testigos. Se ha distinguido quince clases texturales de calcita (n=2.298) y dos de dolomita (n=983), y las facies ejercen un gran control en la permeabilidad de la matriz. Como consecuencia, la arquitectura de las facies de los carbonatos Eocenos y Oligocenos que forman la zona confinada del acuífero controla la distribución lateral y vertical de la transmisividad de la matriz. Las facies más permeables son grainstones o grano-soportadas sin matriz (mediana de permeabilidad de 10^–12,4 m²) y dolomitas sacaroideas (10^–12,0 m²). Ambas son responsables de aproximadamente el 73% de la transmisividad de los testigos ensayados, aunque sólo constituyen el 24% de su espesor. El examen de las ecuaciones de flujo en acuíferos porosos fracturados sugiere que la permeabilidad de estas facies más permeables es lo suficientemente elevada como para no poder despreciar la permeabilidad de la matriz en la modelación hidráulica de dichos sistemas de doble porosidad. La proyección de la estratigrafía regional y de las tendencias de las facies en la parte del acuífero ubicado en sentido contrario al buzamiento, que tiene carácter de libre y está más karstificado, predice que las permeabilidades mayores son debidas al incremento de los porcentajes de grainstones y dolomitas sacaroideas. Por tanto, es probable que la transmisividad de la matriz deba ser tenida en cuenta en el sistema de triple porosidad de la región.

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Résumé Laquifère floridien supérieur de la péninsule de Floride contient plus que sa porosité de dépôt et, par conséquent, est un aquifère à porosité multiple: double porosité (aquifère fracturé poreux) en aval-pendage, là où laquifère est captif, et triple porosité (aquifère karstique et fracturé poreux) en amont-pendage, dans la région où il est libre. La perméabilité de matrice dans la région captive est comprise entre moins de 10^–14,4 et 10^–11,1 m² daprès 12.000 mesures par miniperméamètre sur 1.200 m de carottes. Quinze classes texturales de calcaires (n=2.298) et deux classes de dolomies (n=983) ont été reconnues; il existe un fort contrôle du faciès sur la perméabilité. En effet, larchitecture des carbonates de lEocène et de lOligocène qui constituent la partie captive de laquifère contrôle la distribution latérale et verticale de la transmissivité de la matrice. Les faciès les plus perméables sont les grainstones (k médian, 10^–12,4 m²) et les dolomies saccharoïdes (10^–12,0 m²). Ces deux faciès rendent compte de 73% environ de la transmissivité dans les carottes étudiées, bien quils ne contribuent quà 24% environ de lépaisseur. Lexamen des équations découlement en aquifères fracturés poreux suggère que la perméabilité de ces faciès les plus perméables est assez importante pour que la perméabilité de matrice ne puisse pas être écartée dans la modélisation de lhydraulique de ces systèmes à double porosité. Si lon projette ces tendances de la stratigraphie régionale et des faciès à lamont-pendage, la partie non captive et karstifiée de laquifère laisse prévoir de fortes perméabilités dues à des pourcentages croissants de grainstones et de dolomies saccharoïdes. Il est donc très probable quil sera nécessaire de prendre en compte la transmissivité de matrice dans un système à triple porosité dans cette région.

     

A reactive flow model of the geothermal reservoir Waiwera, New Zealand

A numerical model of the complex interaction between fluid flow, heat transfer, and chemical reactions of the shallow, coastal, hydrothermal system of Waiwera (New Zealand) is used to test the proposed conceptual model of the field.Due to declining water levels, resulting from over-exploitation during the 1970s, the objective here was to set up a coupled fluid flow and heat transfer model to help in enabling a predictive and sustainable use of the resource. The presented conceptual model of the area is based on hydraulic, thermal, and chemical field observations, which date back as far as 1863. The numerical simulations were carried out with the reactive transport code SHEMAT.The inflow of geothermal water at the bottom of the reservoir prevents seawater from entering the aquifer. If seawater intrusion occurs, it is due to over-exploitation and happens in the upper parts of the aquifer. This is in contrast to common seawater-freshwater interfaces where seawater intrudes at the bottom. The numerical investigations emphasize that, after modifications of the production regime in the late 1980s, the system is recovering again.Additionally, geochemical calculations have been conducted to answer the question if dissolution or precipitation reactions might change the hydraulic properties of the geothermal aquifer. Mixing of fresh, geothermal, and seawater, although each of them in thermodynamic equilibrium with calcite, lead to calcite precipitation or dissolution. Nevertheless, the simulations show that the hydraulic properties of the aquifer are not significantly affected by dissolution or precipitation.

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Resumen Se ha utilizado un modelo numérico de la interacción compleja entre el flujo de fluidos, la transferencia de calor y las reacciones químicas del sistema hidrotermal costero poco profundo de Waiwera (Nueva Zelanda) con el objeto de probar el modelo conceptual del área propuesto. Debido a los niveles de agua decrecientes, el objetivo de este trabajo es establecer un modelo pareado del flujo de aguas y de la transferencia de calor para colaborar en el uso predecible y sostenible del recurso. El modelo conceptual del área presentado está basado en observaciones de terreno hidráulicas, termales y químicas que datan de 1863. Las simulaciones se llevaron a cabo con el código de transporte reactivo SHEMAT. El influjo de agua geotermal al fondo del reservorio impide que el agua de mar entre en el acuífero. Si la intrusión de agua de mar se presenta, esto sucede a causa de la sobreexplotación y ocurre en las partes superiores del acuífero. Esto contrasta con las interfaces comunes de agua de mar-agua dulce donde la intrusión del agua de mar se da al fondo. Las investigaciones numéricas enfatizan que el sistema se está recuperando de nuevo luego de las modificaciones al regimen de producción a fines de los 80. Adicionalmente, los cálculos geoquímicos están dirigidos a contestar si las reacciones de disolución o precipitación pueden cambiar las propiedades hidráulicas del acuífero geotérmico. La mezcla de agua dulce, geotermal y de mar causa precipitación o disolución de calcita a pesar de que cada una de ellas se encuentra en equilibrio termodinámicao con la calcita. Sin embargo, las simulaciones muestran que las propiedades hidráulicas del acuífero no son afectadas siginificativamente por la disolución o precipitación.

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Résumé Un modèle numérique de linteraction complexe entre lécoulement de leau, le transfert de chaleur et les réactions chimiques du système hydrothermal côtier peu profond de Waiwera (Nouvelle-Zélande) est utilisé afin de tester le modèle conceptuel. Lobjectif est de bâtir un modèle couplé découlement et de transfert de chaleur afin dencourager une approche prévisioniste et une utilisation durable de la ressource en réponse à des niveaux deau en déclin qui résultent dune surexploitation depuis les années 1970. Le modèle conceptuel présenté est basé sur des observations de terrain concernant lhydraulique, la température et la composition chimique de laquifère, des observations qui peuvent dater daussi loin que 1863. Les simulations numériques ont été réalisées avec le modèle de transport SHEMAT. Lentrée deau géothermale à la base du réservoir préviens lintrusion deau de mer dans laquifère. Si lintrusion deau de mer a lieu, elle est due à la surexploitation qui a lieu dans la partie supérieure de laquifère. Cette situation est lopposée des interfaces eau de mer - eau douce traditionnelles où leau de mer pénètre par la base. Les simulations numériques suggèrent que suite aux modifications du régime de production à la fin des années 1980, le système récupère. De plus, des calculs géochimiques ont été effectués afin de répondre à la question à savoir si les réactions de dissolution et de précipitation changent les propriétés hydrauliques de laquifère géothermal. Le mélange de leau douce, leau géothermale et leau de mer, même si elle sont tous en équilibre thermodynamique avec la calcite, provoque la dissolution ou précipitation de la calcite. Néanmoins, les simulations montrent que les propriétés hydrauliques de laquifère ne sont pas significativement affectées par la dissolution ou la précipitation.

     

Natural tracers in recent groundwaters from different Alpine aquifers

Groundwater with underground residence times between days and a few years have been investigated over more than 20 years from 487 remote sites located in different aquifer types in the Alpine belt. Analysis of the data reveals that groundwaters evolved in crystalline, evaporite, carbonate, molasse, and flysch aquifers can be clearly distinguished based on their major and trace element composition and degree of mineralisation. A further subdivision can be made even within one aquifer type based on the trace element compositions, which are characteristic for the lithologic environment. Major and trace element concentrations can be quantitatively described by interaction of the groundwater with the aquifer-specific mineralogy along the flow path. Because all investigated sites show minimal anthropogenic influences, the observed concentration ranges represent the natural background concentrations and can thus serve as a geo-reference for recent groundwaters from these five aquifer types. This geo-reference is particularly useful for the identification of groundwater contamination. It further shows that drinking water standards can be grossly exceeded for critical elements by purely natural processes.

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Resumen Durnate más de 20 años se ha investigado aguas subterráneas con una residencia subterránea con una duración de días a varios años en 487 puntos remotos localizados en diferentes tipos de acuíferos en la cadena alpina. El análisis de los datos revela que las aguas subterráneas que han evolucionado dentro de acuíferos cristalinos, evaporíticos, carbonatos, flysch, y molasse se pueden distignuir claramente en base a la composición de sus elementos mayores y marcadores y al grado de minerlización. Asimismo es posible hacer una subdivisión más específica incluso dentro de un tipo de acuífero en base a las composiciones de los elementos marcadores los cuales soncaracterísticos del ambiente litológico. Las concentraciones de los elementos marcadores se pueden describir cuantitativamente por la interacción de las aguas subterráneas con la mineralogía específica del acuífero a lo largo del trayecto del flujo. Puesto qze todos los puntos investigados muestran mínimas influencias antropogénicas, los rangos deconcentraciones observados representan las concentraciones delescenario natural y, por tanto, pueden servir como georeferencia para aguas subterráneas recientes que forman parte de estos cinco tipos de acuíferos. Esta georeferencia es particularmente útil para la identificcación de contaminación de aguas subterráneas. Asimismo muestra que los estándares de agua potable pueden mostrar excesos en elementos críticos por procesos puramente naturales.

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Résumé Leau souterraine ayant résidé sous la surface du sol entre quelques jours et quelques années a été étudiée sur une période de plus de 20 ans à partir de 487 sites éloignés situés dans différents types daquifères de la ceinture alpine. Lanalyse des données révèle que leau qui a évoluée dans des aquifères cristallins, évaporitiques, carbonatés, molassiques et composés de flysch, peut être facilement différenciée sur la base de sa composition en éléments majeurs et traces, ainsi que par son degré de minéralisation. Une subdivision supplémentaire peut être apportée à lintérieur même dun type daquifère en se basant sur la composition des éléments traces, lesquels sont caractéristiques de lenvironnement lithologique. La concentration en éléments majeurs et traces peut être expliquée quantitativement par linteraction de leau souterraine avec la composition minéralogique spécifique de laquifère le long des lignes découlement. Puisque la majorité des sites étudiés ne montrent que très peu dinfluences anthropogéniques, le registre de concentrations observées représente la concentration de fond naturelle et peut ainsi servir comme géo-référence pour les eaux souterraines récentes dans ces cinq types daquifères. Ces géo-références sont particulièrement utiles pour lidentification de la contamination des eaux souterraines. Par ailleurs, cela démontre que les standards deau potable peuvent être excédés pour certains éléments en raison de processus purement naturels.

     

Quaternary Aquifer of the North China Plain—assessing and achieving groundwater resource sustainability

The Quaternary Aquifer of the North China Plain is one of the worlds largest aquifer systems and supports an enormous exploitation of groundwater, which has reaped large socio-economic benefits in terms of grain production, farming employment and rural poverty alleviation, together with urban and industrial water-supply provision. Both population and economic activity have grown markedly in the past 25 years. Much of this has been heavily dependent upon groundwater resource development, which has encountered increasing difficulties in recent years primarily as a result of aquifer depletion and related phenomena. This paper focuses upon the hydrogeologic and socio-economic diagnosis of these groundwater resource issues, and identifies strategies to improve groundwater resource sustainability.

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Resumen El acuífero cuaternario de la Llanura Septentrional de China es uno de los mayores sistemas acuíferos del mundo y soporta una enorme explotación de su agua subterránea, las cuales han originado grandes beneficios socioeconómicos en términos de producción de grano, empleo en agricultura y mitigación de la pobreza rural, además de proveer agua para abastecimiento urbano e industria. Tanto la población como la actividad económica han crecido mucho en los últimos 25 años con una gran dependencia de las aguas subterráneas, que ha encontrado dificultades recientes por la explotación intensiva del acuífero y fenómenos relacionados. Este artículo se centra en la diagnosis hidrogeológica y socioeconómica de los problemas relacionados con las aguas subterráneas e identifica estrategias para mejorar la sustentabilidad de este recurco.

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Résumé Laquifère Quaternaire de la Plaine du Nord de la Chine est lun des plus grands systèmes aquifères du monde; il permet une exploitation énorme deau souterraine, qui a permis des très importants bénéfices socio-économiques en terme de production de céréales, demplois ruraux et de réduction de la pauvreté rurale, en même temps que lapprovisionnement en eau potable et pour lindustrie. La population comme lactivité économique ont remarquablement augmenté au cours de ces 25 dernières années. Elles ont été sous la forte dépendance du développement de la ressource en eau souterraine, qui a rencontré des difficultés croissantes ces dernières années, du fait du rabattement de laquifère et des phénomènes associés. Cet article est consacré aux diagnostiques hydrogéologique et socio-économique des retombées de cette ressource en eau souterraine; il identifie les stratégies pour améliorer la pérennité des ressources en eau souterraine.

     

A local-scale groundwater flow model for groundwater resources management in Dakhla Oasis,SW Egypt

Dakhla Oasis is located in the Western Desert of Egypt. Groundwater exploited from the Nubian Sandstone aquifer is the only available water resource in this area. This resource has been heavily exploited since 1960, which has led to a substantial decline in the potentiometric surface of the aquifer. A regional numerical groundwater flow model, calibrated under unsteady-state conditions, has been developed and used to investigate the hydrodynamic impacts of different groundwater management options on the potentiometry of the aquifer. To account for local details and to allow a precise analysis of pumping and the resulting drawdown in Dakhla Oasis, a local-scale model was developed by refining the grid cells in the calibrated regional model. The local-scale model gave a detailed picture about the expected drawdown due to the different groundwater management options in the next 100 years. The simulated results indicated that the planned increase in groundwater extraction will have a major impact on groundwater flow patterns in the whole area located southwest of Dakhla Oasis.

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Resumen El oasis Dakhla está situado en el gran desierto occidental de Egipto. El agua subterránea que se extrae del acuífero de roca arenosa nubia es la única fuente de agua disponible en esta área. Este recurso ha sido explotado en medida considerable desde 1960. Este hecho he causado una disminución sustancial en la superficie potenciométrica del acuífero. Se ha desarollado un modelo de flujo de agua subterránea numérico regional calibrado bajo condiciones de estado variable. Este modelo se ha utilizado para investigar el impacto hidrodinámico que diferentes opciones de manejo de aguas subterráneas tienen sobre la potenciometría del acuífero. Se desarolló un modelo de escala local mediante el refinamiento de las células de malla en el modelo regional calibrado con el objecto de involucrar los detalles locales y de permitir un análisis preciso del bombeo y disminución del nivel de aqua resultante en el oasis Dakhla. El modelo de escala local proporcionó un imagen detallada de la disminución de nivel esperada según las diferentes opciones de manejo de agua subterranea en los próximos 100 años. Los resultados simulados indican que el incremento de extración planificado en la agua subterránea tendrá un gran impacto en el patrón de flujo de agua subterranea en toda el area ubicada al suroeste del oasis de Dakhla.

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Résumé Loasis de Dakhla est située dans la partie occidentale du désert dÉgypte. La seule source deau disponible dans la région provient de lexploitation de laquifère gréseux de Nubian. Cette ressource a largement été exploitée depuis 1960, résultant en la diminution significative de la surface piézométrique de laquifère. Un modèle numérique découlement régional de leau souterraine, calibré en régime transitoire, a été développé et utilisé afin détudier les impacts hydrodynamiques de différents scénarios de gestion de laquifère sur la surface piézométrique. Afin dinclure les particularités locales et de réaliser une analyse précise du pompage et du rabattement qui y est associé dans lOasis de Dakhla, un modèle local découlement a été développé en raffinant le maillage dans le modèle régional préalablement calibré. Le modèle local découlement fournit une image détaillée du rabattement prévu pour les cent prochaines années selon les différents scénarios de gestion de laquifère. Les résultats obtenus par simulation numérique indiquent que laugmentation prévue dans lexploitation de leau souterraine aura un impact majeur sur les patrons découlement de leau souterraine dans toute la région située au sud-ouest de loasis de Dakhla.

     

Evaluation of groundwater availability and sustainable extraction rate for the Upper Santiago Valley Aquifer,Chile

The use of groundwater as water supply has increased dramatically in Santiago, Chile, during the last decades, and there is a need for accurately estimating the actual groundwater supply capacity in the upper Santiago Valley aquifer. The behavior of this aquifer was studied in order to determine the availability of water and the long-range sustainable extraction rate.Water-table depths were simulated using a numerical model with information on recharge from the last 48 years under different extraction policies. With this series of groundwater level data, groundwater level probability distribution functions were determined and extraction statistics were estimated by fitting time series models and by using the crossing theory. With this information, it has been possible to calculate the risk of being unable to supply groundwater demand because the results verify that only 67% of the water rights granted are able to be extracted on a sustained basis with a 90% exceedance probability. Furthermore, the results obtained demonstrate that the method is adequate for determining exceedance probabilities of groundwater flow.

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Resumen El uso de las aguas subterráneas como fuente de abastecimiento se ha incrementado enormemente en Santiago de Chile durante las últimas décadas, por lo que se necesita estimar de forma adecuada la capacidad actual de suministro del acuífero superior del Valle de Santiago. Se ha estudiado el comportamiento de este acuífero para determinar la disponibilidad de recursos y la tasa de extracción sustentable a largo plazo.Se ha simulado los niveles freáticos del acuífero utilizando un modelo numérico con información de la recarga en los últimos 48 años bajo diferentes regímenes de extracción. Con esta serie de datos de los niveles en el acuífero, se ha determinado la distribución de probabilidad de los niveles de las aguas subterráneas y se ha estimado las estadísticas de las extracciones mediante el ajuste de modelos de series temporales y la teoría de cruce. Con esta información, se ha podido calcular el riego de no satisfacer la demanda de abastecimiento, puesto que los resultados verifican que sólo se podría extraer el 67% de las concesiones de agua existentes de manera sustentable con un 90% de probabilidad de excedencia. Aún más, los resultados obtenidos demuestran que el método es adecuado para determinar las probabilidades de excedencia del flujo de las aguas subterráneas.

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Resumé Lutilisation de leau souterraine pour leau potable sest considérablement accrue à Santiago (Chili) au cours des derniers lustres; cest pourquoi il est maintenant nécessaire destimer avec précision la capacité réelle dalimentation de la nappe de laquifère supérieur de la vallée de Santiago. Le fonctionnement de cet aquifère a été étudié afin de déterminer la disponibilité en eau et le taux dextraction durable à long terme.Les niveaux de la nappe ont été simulés avec un modèle numérique à partir dinformation sur la recharge au cours des 48 dernières années pour différentes politiques dextraction. A partir de cette série de données piézométriques, des fonctions de distribution de probabilité des niveaux de la nappe ont été déterminées et des statistiques dextraction ont été estimées par ajustement de modèles de séries chronologiques en utilisant la théorie du croisement. Avec ces informations, il a été possible de calculer le risque de ne pas pouvoir satisfaire la demande deau souterraine, puisque les résultats vérifient que seulement 67% des droits deau attribués peuvent être extraits sur une base durable avec une probabilité de dépassement de 90%. En outre, les résultats obtenus démontrent que la méthode est adaptée à la détermination des probabilités de dépassement de lécoulement souterrain.

     

Three-dimensional variable-density flow simulation of a coastal aquifer in southern Oahu, Hawaii, USA

Three-dimensional modeling of groundwater flow and solute transport in the Pearl Harbor aquifer, southern Oahu, Hawaii, shows that the readjustment of the freshwater–saltwater transition zone takes a long time following changes in pumping, irrigation, or recharge in the aquifer system. It takes about 50 years for the transition zone to move 90% of the distance to its new steady position. Further, the Ghyben–Herzberg estimate of the freshwater/saltwater interface depth occurred between the 10 and 50% simulated seawater concentration contours in a complex manner during 100 years of the pumping history of the aquifer. Thus, it is not a good predictor of the depth of potable water. Pre-development recharge was used to simulate the 1880 freshwater-lens configuration. Historical pumpage and recharge distributions were used and the resulting freshwater-lens size and position were simulated through 1980. Simulations show that the transition zone moved upward and landward during the period simulated.Previous groundwater flow models for Oahu have been limited to areal models that simulate a sharp interface between freshwater and saltwater or solute-transport models that simulate a vertical aquifer section. The present model is based on the US Geological Surveys three-dimensional solute transport (3D SUTRA) computer code. Using several new tools for pre- and post-processing of model input and results have allowed easy model construction and unprecedented visualization of the freshwater lens and underlying transition zone in Hawaiis most developed aquifer.

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Electronic Supplementary Material Supplementary material is available in the online version of this article at .

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Resumen La modelación tridimensional del flujo de agua subterránea y del transporte de solutos en el acuífero de Pearl Harbor, en la parte sur de Oahu, Hawaii, muestra que el reajuste de la zona de transición agua dulce–agua salada, toma un largo tiempo a partir de cambios en el bombeo, irrigación o recarga en el sistema acuífero. Le toma alrededor de 50 años, a la zona de transición, moverse el 90% de la distancia hacia su nueva posición estacionaria. Además, el estimativo de Ghyben–Herzberg, sobre la profundidad de la interfase agua dulce–agua salada, se encuentra entre el 10 y el 50% en los contornos simulados de concentración de agua salada, de una manera compleja, durante 100 años de la historia de bombeo del acuífero. Por tanto, no es este un buen predictor de la profundidad del agua potable. Se utilizó una recarga pre – desarrollo, para simular la configuración del lente de agua dulce en 1880. Fueron utilizadas las distribuciones históricas del bombeo y de la recarga y se simularon el tamaño y posición resultantes del lente de agua dulce hasta 1980. Esas simulaciones muestran que la zona de transición se movió tierra adentro y hacia arriba, durante el periodo que se simuló.Los anteriores modelos de flujo para agua subterránea en Oahu, han sido limitados a modelos areales, que simulan una interfase abrupta entre agua dulce y agua salada, o bien han sido modelos de transporte de solutos que simulan una sección vertical del acuífero. El modelo presente está basado en el programa de computador del US Geological Survey (3D SUTRA), para transporte de solutos en tres dimensiones. Mediante el uso de varias herramientas nuevas para pre – procesamiento y post – procesamiento de las entradas y resultados del modelo, se ha permitido una construcción fácil del mismo y una visualización sin precedentes del lente de agua dulce y de la zona de transición subyacente en el acuífero más desarrollado de Hawaii.

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Résumé La modélisation tridimensionnelle de lécoulement et du transport dans la partie sud de laquifère Oahu-Hawai montre que le temps de réajustement de la zone de transition entre leau douce et leau salée est assez long et dépend de la variation des pompages et des irrigations, ainsi que de la recharge du système aquifère. Il sont nécessaires 50 ans pour que la zone de transition parcoure 90% de la distance qui la sépare de sa nouvelle position. La profondeur du biseau estimée par le schéma Ghyben–Herzberg se trouve entre les contours de 10 et 50% de la concentration de leau salée. Ce résultat a été obtenu après la simulation de lhistoire du pompage de laquifère pendant une période de 100 ans. Donc le schéma Ghyben–Herzberg conduit aux valeurs erronées de la profondeur de leau potable. La valeur de la recharge davant lexploitation de laquifère a été utilisée pour simuler la configuration des lentilles deau douce en 1880. En utilisant lhistoire du pompage et la distribution de la recharge ont on a simulé les dimensions et le positions des lentilles deau douce jusqu› en 1980. Les simulation montrent que le mouvement de la zone de transition est ascendant et vers le continent.Les modèles antérieurs de la zone dOahu ont été des modèles locaux qui ont simulé une interface nette eau douce-eau salée ou des modèles de transport bidimensionnels, dans une coupe verticale. Le modèle actuel est basé sur le code 3D-SUTRA, réalisé par le Service Géologique des États-Unis. L› utilisation des différents techniques de traitement des données a permis une construction facile du modèle, ainsi qu› une visualisation sans précédent des lentilles deau douces et de la zone de transition sous-jacente dans le plus grand aquifère du Hawai.

     

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.

     

Inverse problem in hydrogeology

The state of the groundwater inverse problem is synthesized. Emphasis is placed on aquifer characterization, where modelers have to deal with conceptual model uncertainty (notably spatial and temporal variability), scale dependence, many types of unknown parameters (transmissivity, recharge, boundary conditions, etc.), nonlinearity, and often low sensitivity of state variables (typically heads and concentrations) to aquifer properties. Because of these difficulties, calibration cannot be separated from the modeling process, as it is sometimes done in other fields. Instead, it should be viewed as one step in the process of understanding aquifer behavior. In fact, it is shown that actual parameter estimation methods do not differ from each other in the essence, though they may differ in the computational details. It is argued that there is ample room for improvement in groundwater inversion: development of user-friendly codes, accommodation of variability through geostatistics, incorporation of geological information and different types of data (temperature, occurrence and concentration of isotopes, age, etc.), proper accounting of uncertainty, etc. Despite this, even with existing codes, automatic calibration facilitates enormously the task of modeling. Therefore, it is contended that its use should become standard practice.

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Resumen Se sintetiza el estado del problema inverso en aguas subterráneas. El énfasis se ubica en la caracterización de acuíferos, donde los modeladores tienen que enfrentar la incertidumbre del modelo conceptual (principalmente variabilidad temporal y espacial), dependencia de escala, muchos tipos de parámetros desconocidos (transmisividad, recarga, condiciones limitantes, etc), no linealidad, y frecuentemente baja sensibilidad de variables de estado (típicamente presiones y concentraciones) a las propiedades del acuífero. Debido a estas dificultades, no puede separarse la calibración de los procesos de modelado, como frecuentemente se hace en otros campos. En su lugar, debe de visualizarse como un paso en el proceso de entendimiento del comportamiento del acuífero. En realidad, se muestra que los métodos reales de estimación de parámetros no difieren uno del otro en lo esencial, aunque sí pueden diferir en los detalles computacionales. Se discute que existe amplio espacio para la mejora del problema inverso en aguas subterráneas: desarrollo de códigos amigables al usuario, acomodamiento de variabilidad a través de geoestadística, incorporación de información geológica y diferentes tipos de datos (temperatura, presencia y concentración de isótopos, edad, etc), explicación apropiada de incertidumbre, etc. A pesar de esto, aún con los códigos existentes, la calibración automática facilita enormemente la tarea de modelado. Por lo tanto, se sostiene que su uso debería de convertirse en práctica standard.

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Résumé Létat du problème inverse des eaux souterraines est synthétisé. Laccent est placé sur la caractérisation de laquifère, où les modélisateurs doivent jouer avec lincertitude des modèles conceptuels (notamment la variabilité spatiale et temporelle), les facteurs déchelle, plusieurs inconnues sur différents paramètres (transmissivité, recharge, conditions aux limites, etc.), la non linéarité, et souvent la sensibilité de plusieurs variables détat (charges hydrauliques, concentrations) des propriétés de laquifère. A cause de ces difficultés, le calibrage ne peut être séparé du processus de modélisation, comme cest le cas dans dautres cas de figure. Par ailleurs, il peut être vu comme une des étapes dans le processus de détermination du comportement de laquifère. Il est montré que les méthodes dévaluation des paramètres actuels ne diffèrent pas si ce nest dans les détails des calculs informatiques. Il est montré quil existe une large panoplie de techniques d ‹inversion : codes de calcul utilisables par tout-un-chacun, accommodation de la variabilité via la géostatistique, incorporation dinformations géologiques et de différents types de données (température, occurrence, concentration en isotopes, âge, etc.), détermination de lincertitude. Vu ces développements, la calibration automatique facilite énormément la modélisation. Par ailleurs, il est souhaitable que son utilisation devienne une pratique standardisée.

     

Assessment of hydraulic properties of sedimentary and volcanic aquifer systems under arid conditions in the Republic of Djibouti (Horn of Africa)

The Republic of Djibouti (23,000 km²; 500,000 inhabitants), located within the Horn of Africa, undergoes an arid climate with an average annual rainfall less than 150 mm. Water resources are provided up to 98% by groundwater. Two types of aquifers are encountered: volcanic and sedimentary aquifers. This paper focuses on the assessment of their hydraulic properties, which is necessary for future tasks regarding the management of these aquifers. To this end, a data base consisting of all available pumping test data obtained since the 1960s was compiled. Pumping tests have been interpreted to determine transmissivity. Solely for volcanic aquifers, transmissivity also has been estimated through an empirical relationship using specific capacity corrected for turbulent well losses. The transmissivity of each type of aquifer can span up to four orders of magnitude, pointing out their strong heterogeneity. For the various volcanic rocks, the younger the rock, the higher the transmissivity. The transmissivity of volcanic rocks has therefore decreased in the course of geological time. At present, a much better understanding of the hydraulic properties of these complex aquifers has been obtained, which should enable optimal management of their groundwater resources through the use of numerical modeling.

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Resumen La República de Yibuti (23.000 km², 500.000 habitantes) está situada en el Cuerno de África, donde se han formado diversas unidades volcánicas—basaltos y riolitas—y rocas sedimentarias desde la expansión de los continentes acaecida al inicio de la deriva continental (hace 30 millones de años). La precipitación media anual es inferior a 150 mm. Las rocas volcánicas y sedimentarias, con dimensión inferior a 2.000 km², constituyen acuíferos locales. Los basaltos estratificados forman un acuífero regional que se extiende a más de 9.000 km². La multitud de datos existente ha sido almacenada desde los años 1960 en una base de datos. La transmisividad de estos acuíferos ha sido determinada mediante datos de ensayos de bombeo y una relación empírica que usa la capacidad específica corregida con las pérdidas turbulentas en el pozo. La transmisividad de estos acuíferos se comporta como una variable lognormal, hecho importante para los trabajos previstos de modelación con métodos estadísticos. La transmisividad de cada acuífero puede variar hasta en cuatro órdenes de magnitud, manifestando su gran heterogeneidad. Para los materiales volcánicos, la transmisividad es mayor cuanto más joven es la roca. La permeabilidad de las rocas volcánicas ha evolucionado por tanto con el tiempo geológico. Actualmente, se posee un mayor conocimiento sobre las propiedades hidráulicas de estos acuíferos complejos, de manera que se puede hacer una gestión óptima de sus recursos hídricos subterráneos con la utilización de modelos numéricos.

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Résumé La République de Djibouti (23,000 km²; 500,000 habitants), située dans la Corne de lAfrique, subit un climat aride avec une pluviométrie moyenne annuelle inférieure à 150 mm. Les ressources en eau sont fournies à plus de 98% par les eaux souterraines contenues dans des aquifères sédimentaires ou volcaniques. Cet article a pour objectif lévaluation des propriétés hydrauliques de ces aquifères, étape indispensable pour entreprendre par la suite des études en vue de la gestion de ces aquifères. Une base rassemblant les données dessais par pompage disponibles depuis les années Soixante a dabord été établie. Les essais par pompage ont été interprétés pour déduire la transmissivité. Concernant les aquifères volcaniques, la transmissivité a également été estimée à laide dune relation empirique reliant la transmissivité et le débit spécifique corrigé des pertes de charge anormales. La transmissivité pour chaque aquifère couvre jusquà quatre ordres de grandeur, montrant la forte hétérogénéité de ces milieux. Pour les roches volcaniques, on observe que la transmissivité est dautant meilleure que la roche est plus jeune. Leur transmissivité a ainsi diminué durant les temps géologiques. La compréhension des propriétés hydrauliques de ces aquifères complexes est à présent bien meilleure, ce qui permet denvisager une gestion optimale de leurs ressources à laide de modèles numériques.

     

Sustainable development and management of an aquifer system in western Turkey

This study presents the establishment of sustainable development and management policies for the Küçük Menderes River Basin aquifer system in western Turkey. Geological, hydrogeological, and geophysical data are used conjunctively to define various hydrogeological units and their geometry. Distributions of hydraulic-parameter values and recharge are estimated by geostatistical methods and hydrologic simulations, respectively. A finite-difference groundwater flow model is used to represent the unconfined flow in the aquifer system. The model has been calibrated under steady state and transient conditions. The resulting model was used to test seven management scenarios for a planning period of 21 years to determine the so-called safe yield and sustainable yield of the aquifer system and to investigate the potential impacts of four planned surface water reservoirs on groundwater resources in the basin. The results demonstrate that the continuation of the present pumping rates exceeds both the safe yield and the sustainable yield of the aquifer system. Consequently, the growing need for irrigation water should be met by the construction of the planned surface water reservoirs and the implementation of efficient water management policies and plans.

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Resumen Este estudio presenta el establecimiento de políticas sustentables de desarrollo y gestión en el sistema acuífero de la cuenca del río Küçük Menderes, al Oeste de Turquía, para lo que se ha utilizado datos geológicos, hidrogeológicos y geofísicos de forma conjunta de cara a definir diversas unidades hidrogeológicas y su geometría. La distribución de los parámetros hidráulicos y de la recarga ha sido estimada mediante métodos geoestadísticos y simulaciones hidrológicas, respectivamente. Se ha empleado un modelo de las aguas subterráneas en diferencias finitas para representar el flujo no confinado en el sistema acuífero, el cual se ha calibrado bajo condiciones estacionarias y transitorias. El modelo resultante ha sido usado para contrastar siete escenarios de gestión durante un período de planificación de 21 años con el fin de determinar el punto de explotación segura y sustentable del sistema acuífero, así como para investigar los impactos potenciales sobre los recursos subterráneos de los cuatro embalses superficiales que se hallan en proyecto. Los resultados demuestran que el mantenimiento de las tasas actuales de extracción del acuífero supera tanto el régimen de bombeo seguro como el sustentable del sistema. Por consiguiente, se debería compensar la necesidad creciente de agua para riego con la construcción de los reservorios superficiales previstos y con la implementación de políticas y planes de gestión eficiente del agua.

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Résumé Cette étude présente la proposition dune politique de développement et de gestion durables du système aquifère du bassin du Petit Mendérès dans louest de la Turquie. Des données géologiques, hydrogéologiques et géophysiques ont été utilisées conjointement pour définir les différentes unités hydrogéologiques et leur géométrie. Les distributions des paramètres hydrauliques et de la recharge ont été estimées respectivement par des méthodes géostatistiques et des simulations hydrologiques. Un modèle découlement souterrain aux éléments finis a été utilisé pour représenter lécoulement non captif dans le système aquifère. Le modèle a été calibré dans des conditions de régimes permanent et transitoire. Le modèle résultant a servi à tester sept scénarios de gestion pour une période de programmation de 21 ans, afin de déterminer les débits de prélèvement sûr et durable dans le système aquifère et détudier les impacts potentiels de quatre réservoirs deau de surface en projet sur les eaux souterraines du bassin. Les résultats montrent que la poursuite des prélèvements au débit actuel excède aussi bien le débit dexploitation de sécurité que celui durable pour le système aquifère. Par conséquent, les besoins croissants deau pour lirrigation doivent être satisfaits par la construction des réservoirs projetés et par la mise en place de politiques et de plans de gestion de leau efficace.

     

3D geologic framework models for regional hydrogeology and land-use management: a case study from a Quaternary basin of southwestern Quebec, Canada

During a regional hydrogeologic survey in the St. Lawrence Lowlands, Canada, a computer-based 3D Geologic Framework Model (GFM) was constructed to obtain a consistent representation of this typical Quaternary glaciated basin over a 1,400 km² area. Such a detailed stratigraphic reconstruction was needed because the Quaternary sediments control the recharge to the underlying regional fractured rock aquifer and also because buried granular aquifers are partly connected to the regional system. The objectives of this geomodeling effort are 1) to improve understanding of subsurface conditions above the regional aquifer and; 2) to provide a common stratigraphic framework for hydrogeologic applications. The method draws on knowledge-driven discrete modeling using gOcad, as well as standardization and quality control procedures to maximize the use of a multisource database. The resulting model represents the bedrock topography and the complex stratigraphic architecture of overlying sediments. The regional till aquitard, the marine clay aquiclude and the buried granular aquifers have been modeled with unprecedented details thus providing a well-constrained 3D hydrostratigraphic framework. The recharge zones of the rock aquifer represent about 35% of the study area. Buried granular aquifers are directly connected to the regional aquifer system over about 10% of the area. The model allows several applications such as assessing aquifer vulnerability and areal groundwater recharge rates; improving the GFM inter-operability with groundwater modeling systems would be the next logical step.

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Resumen Se construyó un Modelo del Marco Geológico (GFM) 3D basado en computadora durante un levantamiento hidrogeológico regional en las Tierras Bajas de St. Lawrence, Canada para obtener una representación consistente de esta cuenca glaciar Cuaternaria típica en un área de 1,400 km². Se necesitó tal grado de reconstrucción estratigráfica debido a que los sedimentos Cuaternarios controlan la recarga del acuífero rocoso fracturado regional subyacente y también porque los acuíferos granulares enterrados están parcialmente conectados con el sistema regional. Los objetivos de este esfuerzo de modelizado geológico son: 1) mejorar el entendimiento de las condiciones subsuperficiales por encima del acuífero regional y; 2) aportar un marco estratigráfico común para aplicaciones hidrogeológicas. El método se basa en el conocimiento de modelizado discreto utilizando gOcad, así como también en estandarización y procedimientos de control de calidad para maximizar el uso de bancos de datos de fuentes múltiples. El modelo obtenido representa la topografía del macizo rocoso y la arquitectura de la compleja estratigrafía de los sedimentos sobreyacentes. El acuitardo regional de tillita, el acuicludo arcilloso marino y los acuíferos granulares enterrados se han modelizado con detalles sin precedentes aportando de este modo un marco hidroestratigráfico 3D bien definido. Las zonas de recarga del acuífero rocoso representan casi el 35% del área de estudio. Los acuíferos granulares enterrados están conectados directamente al sistema acuífero regional sobre aproximadamente el 10% del área. El modelo permite varias aplicaciones tal como evaluar la vulnerabilidad de acuíferos y ritmos de recarga areales de agua subterránea; el paso lógico siguiente sería mejorar la inter-operabilidad del GFM con los sistemas de modelizado de agua subterránea.

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Résumé Dans le cadre dune étude dhydrogéologie régionale dans les basses terres du Saint-Laurent (Canada), un Modèle surfacique géologique en 3D (MSG) a été développé pour obtenir une représentation cohérente par ordinateur de ce bassin quaternaire sur une superficie de plus de 1,400 km². Une telle reconstitution stratigraphique était nécessaire en raison du contrôle quexercent les sédiments quaternaires sur la recharge de laquifère régional fracturé sous-jacent et aussi parce que les aquifères granulaires enfouis sont partiellement connectés au système régional. Les objectifs de cet effort de géomodélisation sont: 1) daméliorer la compréhension des conditions de sous-surface au-dessus de laquifère régional et; 2) de fournir un cadre stratigraphique commun à des fins de caractérisation hydrogéologique. La méthode repose sur lintégration de linterprétation géologique dans la modélisation discrète effectuée à laide du logiciel gOcad, ainsi que sur des procédures duniformisation et de contrôle de la qualité des données afin doptimiser lutilisation dune base de données multisources. Le MSG représente la topographie du roc et larchitecture stratigraphique des sédiments sus-jacents. Laquitard régional (till), laquiclude dargile marine et les aquifères granulaires ont été modélisés à un niveau de détail sans précédent, fournissant ainsi un cadre hydrostratigraphique solidement établi. Les zones de recharge de laquifère rocheux représentent environ 35% de la zone détude. Les aquifères granulaires enfouis sont connectés directement au système aquifère régional sur au moins 10% du territoire. Le MSG permet de multiples usages tels lévaluation de la vulnérabilité des aquifères et lestimation de la distribution de la recharge; la prochaine étape logique serait lamélioration de linteropérabilité avec les systèmes de modélisation numérique de lécoulement.