Révision stratigraphique de l’Ile de Timor (Indonésie orientale)

Resume. De nombreuses échelles stratigraphiques de l’?le de Timor ont vu le jour car les corrélations stratigraphiques étaient rendues difficiles par la complexité tectonique de l’?le et par la variété des faciès. Dès les premiers travaux, plusieurs séries ont été distinguées, regroupées en trois unités litho-structurales principales: unité allochtone, sub-autochtone et autochtone. Les données stratigraphiques et géodynamiques récentes montrent que l’?le de Timor est en fait constituée par six unités litho-structurales, chacune témoignant d’un épisode majeur de l’histoire géologique de l’Ile. Cette histoire consiste d’abord à la séparation, au Jurassique, d’un bloc issu du continent de Gondwana (unité para-allochtone) qui est entré en collision avec l’arc volcanique asiatique à l’Oligo-Miocène (unités allochtone et sub-allochtone). Cet ensemble a ensuite été séparé de l’Asie lors de l’ouverture de la mer de Banda sud, au Miocène supérieur (unité sub-autochtone) pour finalement entrer en collision avec la marge nord australienne au cours du Pliocène moyen (plateforme australienne et groupe de Kolbano). Timor est depuis incorporée à la marge nord australienne (unité autochtone). Ce travail présente les différentes échelles stratigraphiques de chaque nouvelle unité, des propositions de corrélations et une comparaison avec les ?les voisines de Sumba et de Sulawesi pour aboutir à une proposition d’évolution géodynamique. Manuscrit re?u le 13 février 2004 Révision acceptée le 14 février 2005     

Effect of sorption intensities on dispersivity and macro-dispersion coefficient in a single fracture with matrix diffusion

Matrix diffusion and sorption are among the key processes impacting the efficiency of natural attenuation in the subsurface. While these processes have been studied extensively in fractured media, limited information exists on the sorption nonlinearity. To address this shortfall, a numerical model has been developed that couples matrix diffusion and nonlinear sorption at the scale of a single fracture using the dual-porosity concept. The study is limited to a constant continuous-solute-source boundary condition. The influence of sorption intensities on dispersivity and macro-dispersion coefficient is investigated using a method of spatial moments. Results suggest that mixing of solutes is significantly lowered by nonlinear sorptive behavior, with respect to the mixing caused by matrix diffusion for linearly sorbing solutes. Also, the magnitude of time dependent dispersivity during the pre-asymptotic regime is lower for nonlinearly sorbing solutes with respect to the linearly sorbing solutes. Reduced mixing is also observed for nonlinearly sorbing solutes under combined mechanisms of matrix diffusion and decay.

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Résumé Les phénomènes de diffusion et de sorption comptent parmi les processus clés qui influent sur l’atténuation naturelle en subsurface. Si ces processus ont été massivement étudiés en milieu fracturé, il existe en revanche peu d’informations sur la non-linéarité de la sorption. Afin de combler cette lacune, un modèle numérique a été développé ; il couple la diffusion dans la matrice et la sorption non-linéaire à l’échelle d’une fracture unitaire en utilisant le concept de double porosité. La seule condition aux limites fixée pour toute l’étude est une source de soluté constante et continue. L’influence de l’intensité de la sorption sur la dispersivité et sur le coefficient de macro-dispersion est étudié via une méthode utilisant les moments spatiaux. Les résultats suggèrent que les mélanges de solutés sont significativement réduits par les phénomènes de sorption non-linéaires, comparativement aux mélanges causés par la diffusion pour des solutés à sorption linéaire. C’est pourquoi la dispersivité, dépendante du temps, est plus faible pour les solutés à sorption non-linéaire que pour les solutés à sorption linéaire, lors du régime pré-asymptotique. Des mélanges réduits ont également été observés pour des solutés à sorption non-linéaire, sous les mécanismes combinés de diffusion dans la matrice et de dégradation.

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Resumen La difusión intersticial y la adsorción se encuentran entre los procesos clave que impactan la eficiencia de la atenuación natural en el subsuelo. Mientras que estos procesos se han estudiado extensamente en medios fracturados existe información limitada acerca de la no linealidad de la adsorción. Para abordar esta situación se ha desarrollado un modelo numérico que acopla la difusión intersticial y la adsorción no lineal a la escala de una sola fractura usando el concepto de porosidad doble. El estudio se restringe a condiciones limitantes de fuente de soluto constante y continuo. Se investiga la influencia de las intensidades de adsorción sobre el coeficiente de dispersión-macro y dispersividad usando un método de momentos espaciales. Los resultados sugieren que la mezcla de solutos disminuye significativamente mediante comportamiento de adsorción no lineal, en relación con la mezcla causada por difusión intersticial para solutos con adsorción lineal. Se observa que la magnitud de la dispersividad dependiente del tiempo durante el régimen pre-asintótico es más baja para solutos con adsorción no lineales en relación a los solutos con adsorción lineal. También se observa mezcla reducida para solutos con adsorción no lineal bajo mecanismos combinados de difusión intersticial y desintegración.

     

Remote sensing and GIS for mapping groundwater recharge and discharge areas in salinity prone catchments,southeastern Australia

Identifying groundwater recharge and discharge areas across catchments is critical for implementing effective strategies for salinity mitigation, surface-water and groundwater resource management, and ecosystem protection. In this study, a synergistic approach has been developed, which applies a combination of remote sensing and geographic information system (GIS) techniques to map groundwater recharge and discharge areas. This approach is applied to an unconfined basalt aquifer, in a salinity and drought prone region of southeastern Australia. The basalt aquifer covers ~11,500 km² in an agriculturally intensive region. A review of local hydrogeological processes allowed a series of surface and subsurface indicators of groundwater recharge and discharge areas to be established. Various remote sensing and GIS techniques were then used to map these surface indicators including: terrain analysis, monitoring of vegetation activity, and mapping of infiltration capacity. All regions where groundwater is not discharging to the surface were considered potential recharge areas. This approach, applied systematically across a catchment, provides a framework for mapping recharge and discharge areas. A key component in assigning surface and subsurface indicators is the relevance to the dominant recharge and discharge processes occurring and the use of appropriate remote sensing and GIS techniques with the capacity to identify these processes.

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Résumé Sur un bassin versant, l’identification des zones d’alimentation et des aires d’émergence des eaux souterraines est capitale pour mettre en œuvre des stratégies de réduction de la salinité, de gestion des eaux souterraines et superficielles, et de protection des écosystèmes. Une approche synergique a été développée, sur la base de recherches existantes pour cartographier de manière systématique les zones de recharge et d'émergence. Elle combine des techniques de télédétection et de Systèmes d’Information Géographique, dans le but de cartographier les zones d’alimentation et d’émergence. Ces techniques ont été appliquées à un aquifère basaltique libre, dans un secteur sujet à la sécheresse et à la salinité du Sud-Est australien. L’aquifère considéré couvre environ 11,500 km² d’une région essentiellement agricole. Un inventaire des processus hydrogéologiques locaux a conduit à l’établissement d’une série d’indicateurs superficiels et subsuperficiels des zones d’alimentation et d’émergence. Plusieurs méthodes de télédétection et de SIG furent alors utilisées pour cartographier ces indicateurs de surface, y compris les analyses de terrain, le suivi de l’activité de la végétation et la cartographie des capacités d’infiltration. Toutes les régions en dehors des zones d'émergence sont considérées commes des zones d'alimentation potentielles. Un des composants clés de l’attribution des indicateurs superficiels et subsuperficiels est la concordance avec les processus majeurs d’alimentation et de prélèvement entrant en jeu, et l’utilisation de méthodes de télédétection et SIG adaptées permettant d’identifier ces processus.

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Resumen La identificación de áreas de descarga y recarga de agua subterránea es crítica para la implementación de estrategias efectivas relacionadas con mitigación de salinidad, gestión de recursos de agua subterránea y agua superficial, y protección de ecosistemas. En este estudio se ha desarrollado un enfoque sinérgico apoyándose en investigación existente el cual aplica una combinación de técnicas de sistemas de información geográfico (SIG) y sensores remotos para cartografiar áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Este enfoque se aplica a un acuífero de basalto no confinado en una región del sureste de Australia propensa a sequía y salinidad. El acuífero de basalto cubre aproximadamente 11,500 km² en una región con agricultura intensiva. Una revisión de los procesos hidrogeológicos locales permitió el establecimiento de una serie de indicadores superficiales y subterráneos de áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Luego se utilizaron varias técnicas de SIG y sensores remotos para cartografiar estos indicadores superficiales incluyendo: análisis del terreno, monitoreo de la actividad de la vegetación, y cartografiado de la capacidad de infiltración. Todas las regiones donde el agua subterránea no descarga en la superficie fueron consideradas áreas potenciales de recarga. Este enfoque que se ha aplicado sistemáticamente a través de la cuenca aporta un marco para la cartografía de áreas de recarga y descarga. Un componente clave en la asignación de indicadores superficiales y subterráneos lo constituye la relevancia a los procesos dominantes de recarga y descarga que ocurren y el uso de técnicas apropiadas de SIG y sensores remotos con la capacidad para identificar esos procesos.

     

Groundwater risk intensity mapping in semi-arid regions using optical remote sensing data as an additional tool

Due to semi-arid to arid climatic conditions, Jordan has limited groundwater resources. As a result of agricultural activities and untreated wastewater, most of the groundwater in the karstic areas is microbiologically contaminated. Groundwater vulnerability, hazards, and risk intensity were mapped (scale 1:50,000) at a test site near the Jordan Rift Valley. The mapping included the use of optical remote sensing to complement conventional data in areas with poor data. LANDSAT ETM+ data, and colour and panchromatic aerial photographs at different scales were incorporated using visual image interpretation and digital image processing. The applicability of the different remote sensing data sources is discussed and recommendations for their usage are given. Information derived from digital images offers new opportunities for vulnerability and hazard assessment, particularly when related to land use, vegetation cover, urbanisation and infrastructure. The resulting maps indicate clearly the vulnerable areas and the “hot spots” of potential contamination in the test site and form an important basis for integrated groundwater management studies and the long-term planning of protective measures. The application and transferability of the European vulnerability approach (COST Action 620) to the test site in Jordan proved to be good, in general, although modifications were necessary to suit local conditions.

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Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorised users.

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Résumé La Jordanie ne dispose que de ressources limitées en eaux souterraines, étant donné le climat semi-aride à aride prévalant dans ce pays. La contamination microbiologique de la plupart des eaux souterraines des régions karstiques est due aux activités agricoles et l’absence de traitement des eaux usées. La vulnérabilité des eaux souterraines, et le danger et l’intensité du risque de leur contamination ont été cartographiés (à l’échelle de 1:50 000) pour un site d’étude situé près de la vallée du Rift du Jourdain. La cartographie inclut l’utilisation de données optiques de télédétection pour complémenter les sources de données conventionnelles, dans les zones où la couverture est déficiente. Des données de LANDSAT ETM+ et des photographies aériennes en couleur et panchromatiques à différentes échelles ont été incorporées en utilisant des méthodes d’interprétation visuelle et informatique de l’image. La qualité des différentes sources de données de télédétection est discutée et évaluée, et des recommandations pour leur utilisation sont suggérées. L’informations obtenue des images digitales offre de nouvelles opportunités pour l’évaluation des vulnérabilités et des dangers, surtout reliés à l’usage du sol, la couverture végétale, l’urbanisation et les diverses infrastructures. Les cartes ainsi obtenues indiquent clairement les zones vulnérables et les points critiques potentiels pour la contamination du site d’étude et forment une base importante pour l’étude de la gestion intégrée des eaux souterraines et pour la planification à long terme des mesures de protection. L’applicabilité de l’approche européenne de cartographie de la vulnérabilité et des risques (COST action 620) au site d’étude jordanien est généralement approprié, même si certaines modifications ont été nécessaires pour s’ajuster aux particularités régionales.

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Resumen Los recursos hídricos subterráneos en Jordania son limitados debido principalmente a su clima semi árido. En la mayoría de las áreas kársticas, las aguas subterráneas están contaminadas microbiológicamente a consecuencia de la actividad agrícola y de las aguas residuales. Por ello, se han realizado mapas de peligro, vulnerabilidad e intensidad del riesgo (a escala 1/50.000) de un área piloto próxima al Rift en Jordania. Los mapas han sido elaborados con el apoyo de técnicas de teledetección en aquellas zonas donde la información era escasa. Se han utilizado imágenes del LANDSAT ETM+ a y fotografía aérea, de color y pancromática, a diferentes escalas para el procesamiento de las imágenes digitales y la fotointerpretación. En este trabajo se discute y se dan recomendaciones sobre la aplicabilidad de las diferentes imágenes de satélite en los análisis de teledetección. Los datos que se pueden derivar de las imágenes digitales son un avance para la evaluación de la vulnerabilidad y los peligros de contaminación, particularmente aquellos referidos a usos del suelos, cubierta vegetal e infraestructuras urbanas. Los mapas resultantes muestran claramente la vulnerabilidad y los peligros potenciales de contaminación en la zona de estudio, lo que genera una importante base para los estudios de gestión integrada de las aguas subterráneas y de planificación de las medidas protectoras. La aplicabilidad de la aproximación europea a los estudios de vulnerabilidad en karst (COST Action 620) en la zona de estudio (Jordania) es buena, aunque fueron necesarias algunas leves modificaciones de la metodología para ajustarla a las condiciones locales.

     

Salinization of groundwater in the Nefzawa oases region,Tunisia: results of a regional-scale hydrogeologic approach

Groundwater pumped from the semi-confined Complexe Terminal (CT) aquifer is an important production factor in irrigated oases agriculture in southern Tunisia. A rise in the groundwater salinity has been observed as a consequence of increasing abstraction from the aquifer during the last few decades. All sources of contamination were investigated using hydrochemical data available from the 1980s. Water samples were taken from drains and observation wells tapping both the CT and the phreatic aquifers and analyzed with regard to chemistry, temperature, isotopes and other environmental tracers. Local salinization mechanisms are suggested, i.e. the upwelling of saline water from the underlying, confined Continental Intercalaire (CI) aquifer, as well as backflow of agricultural drainage water. At this stage, the main salt pan, the Chott el Djerid, is not a contamination source. A finite difference model was also developed to simulate groundwater flow and contaminant transport in the oases. Calibration for the period 1950–2000 was carried out in order to adjust geological and chemical system parameters. The simulation of planned extraction projects predicts a worsening of the present situation. Maintenance of the present abstraction regime will not reduce or stop the salinity increase.

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Résumé L’eau souterraine pompée dans l’aquifère semi-captif du Complexe Terminal (CT) est un facteur de production important pour l’agriculture des oasis irriguées du sud de la Tunisie. Une augmentation de la salinité de l’eau souterraine a été considérée comme la conséquence de l’augmentation des prélèvements dans l’aquifère au cours des dernières décades. Toutes les sources de contamination ont été étudiées à l’aide de données hydro-chimiques disponibles depuis les années 80. Des échantillons d’eau ont été prélevés dans des drains et des puits d’observation qui captent à la fois le CT et les aquifères phréatiques; la chimie, la température, les isotopes ainsi que d’autres traceurs environnementaux ont été analysés. Des processus locaux de salinisation sont proposés, comme par exemple la remontée d’eau salée en provenance de l’aquifère captif du Continental Intercalaire (CI) sous-jacent, ainsi que le reflux des eaux du drainage agricole. A ce stade, le principal marais salé, le Chott el Djerid, n’est pas une source de contamination. Un modèle aux différences finies a également été élaboré pour simuler les écoulements souterrains et le transport de contaminants dans les oasis. Une calibration pour la période 1950–2000 a été effectuée afin d’ajuster les paramètres des systèmes géologique et chimique. La simulation de projets planifiés d’extraction prédit une aggravation de la situation actuelle. La conservation du régime d’extraction actuel ne réduira ou ne stoppera pas l’augmentation de la salinité.

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Resumen El agua subterránea que se bombea del acuífero semi-confinado Terminal Complejo (CT) es un importante factor de producción en la agricultura de riego con oasis en el sur de Túnez. Se ha observado un incremento en la salinidad del agua subterránea como consecuencia de la abstracción creciente del acuífero durante las últimas décadas. Se investigaron todas las fuentes de contaminación usando datos hidroquímicos disponibles de la década de 1980s. Las muestras de agua se tomaron de drenajes y pozos de observación alojados tanto en el CT como los acuíferos freáticos y se analizaron en relación con química, temperatura, isótopos y otros trazadores ambientales. Se sugieren mecanismos de salinización local, i.e. el ascenso de agua salada a partir del acuífero confinado subyacente Intercalado Continental (CI), así como también retorno de flujo de agua de drenaje agrícola. En esta etapa, el pan salado principal, el Chott el Djerid, no es una fuente de contaminación. También se desarrolló un modelo de diferencia finita para simular el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes en los oasis. Se calibró el modelo para el periodo 1950–2000 para de este modo ajustar parámetros del sistema químico y geológico. La simulación de los proyectos de extracción que se han planeado predice un empeoramiento de la situación actual. El mantenimiento del régimen de extracción actual no reducirá o detendrá el incremento de salinidad.

     

Simulating the impacts of groundwater pumping on stream–aquifer dynamics in semiarid northwestern Oklahoma,USA

Visual MODFLOW, a numerical groundwater flow model, was used to evaluate the impacts of groundwater exploitation on streamflow depletion in the Alluvium and Terrace aquifer of the Beaver-North Canadian River (BNCR) in northwestern Oklahoma, USA. Water demand in semi-arid northwestern Oklahoma is projected to increase by 53% during the next five decades, driven primarily by irrigation, public water supply, and agricultural demand. Using MODFLOW’s streamflow routing package, pumping-induced changes in baseflow and stream leakage were analyzed to estimate streamflow depletion in the BNCR system. Simulation results indicate groundwater pumping has reduced baseflow to streams by approximately 29% and has also increased stream leakage into the aquifer by 18% for a net streamflow loss of 47%. The magnitude and intensity of streamflow depletion, however, varies for different stream segments, ranging from 0 to 20,804 m³/d. The method provides a framework for isolating and quantifying impacts of aquifer pumping on stream function in semiarid alluvial environments.

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Résumé  Visual MODFLOW, un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines, a été utilisé pour évaluer les impacts de l’exploitation de l’eau souterraine sur la réduction du régime de la rivière dans un aquifère d’alluvions et de terrasse de la Rivière canadienne Beaver-North (BNCR) au nord-ouest de l’Oklahoma, aux USA. La demande d’eau dans le nord-ouest semi-aride de l’Oklahoma devrait augmenter de 53% durant les cinq prochaines décennies, essentiellement du fait de l’irrigation, la demande en eau potable et la demande agricole. En utilisant le module numérique traitant les rivières dans MODFLOW, les changements sur le régime de base des cours d’eau induits par le pompage et la recharge par la rivière ont été analysés pour estimer la réduction du régime de la rivière du système BNCR. Les résultats de la simulation indiquent que le pompage de l’eau souterraine réduit le débit de base de la rivière de 18% pour une perte nette du débit de la rivière de 47%. L’importance et l’intensité de la réduction du débit de base, toutefois, varie selon le bief, de 0 à 20,840 m³/d. La méthode apporte un cadre pour isoler et quantifier les impacts sur le pompage de l’aquifère sur le fonctionnement de la rivière dans un environnement alluvial semi-aride.

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Resumen  El Visual MODFLOW, que es un modelo numérico de flujo de agua subterránea, fue usado para evaluar los impactos de la explotación del agua subterránea, en la disminución de la cantidad de flujo de una corriente superficial, relacionada al acuífero del aluvión y de la terraza del Río canadiense Beaver-North (BNCR) en Oklahoma del noroeste, EUA. Se proyecta que la demanda de agua aumentará en un 53%, en el sector semiárido de Oklahoma del noroeste, durante las próximas cinco décadas, principalmente debido a la irrigación, suministro de agua público, y la demanda agrícola. Mediante el uso del paquete especial para relaciones corriente superficial- acuífero (SFR) de MODFLOW, se analizaron cambios inducidos por el bombeo, tanto en el flujo base, como en el goteo del río, para estimar la disminución del flujo de la corriente en el sistema de BNCR. Los resultados de la simulación indican, que el bombeo de agua subterránea ha reducido el flujo base a los arroyos aproximadamente en un 29% y también ha aumentado el goteo del arroyo hacia el acuífero en 18%, resultando una pérdida neta del flujo del río de un 47%. La magnitud e intensidad de la disminución del flujo del río, sin embargo, varía en sus diferentes segmentos, oscilando de 0 a 20,804 m³/d. El método suministra un marco, para aislar y cuantificar los impactos del bombeo del acuífero, sobre el funcionamiento de una corriente superficial en los ambientes aluviales semiáridos.

     

Nouvelles données pour l’histoire des fluctuations holocènes du niveau du lac de Neuchatel (Suisse): la séquence sédimentaire de Marin-Les Piécettes

Resume. Les fouilles archéologiques réalisées de 1998 à 2002 sur le site néolithique de Marin-Les Piécettes sur la rive nord-ouest du lac de Neuchatel ont offert l’opportunité d’observer deux séquences sédimentaires intéressantes pour la reconstitution des variations holocènes du niveau du lac, en particulier au cours de la période correspondant au changement de cours de l’Aar en direction du nord-est, vers 5650–5500 cal BP. La géométrie des corps sédimentaires et les changements lithologiques permettent de reconna?tre plusieurs phases majeures de bas niveaux relatifs du plan d’eau vers 6870, 5660, 5060–3990, 3580, 2280, 1640 et 1170 cal BP. Le site néolithique de Marin-Les Piécettes s’est développé vers 5454–5433 cal BP à la faveur d’un court épisode de bas niveau du lac qui a interrompu une importante phase de haut niveau au début du Subboréal. Les événements paléohydrologiques identifiés à Marin-Les Piécettes apparaissent cohérents avec ceux reconstitués sur le site de Montilier au bord du lac de Morat, ainsi qu’avec les variations paléohydrologiques reconstituées à partir des lacs du Jura, du Plateau suisse et des Préalpes du Nord fran?aises. Ceci suggère qu’ils témoignent d’un signal climatique. La séquence sédimentaire de Marin-Les Piécettes met enfin en évidence la formation d’un cordon littoral sur la rive nord-ouest du lac juste après 5660 cal BP. Manuscrit re?u le 22 septembre 2004 Révision acceptée le 11 mars 2005     

Comparative analysis between analytical approximations and numerical solutions describing recession flow in unconfined hillslope aquifers

Recession flow of aquifers from a hillslope can be described by the non-linear Boussinesq equation. Under strong assumptions and for specific conceptual formulations, different authors derived analytical approximations or linearized versions to this partial differential equation. A comparative analysis between some analytical approximations of the Boussinesq equation and the numerical solution of the recession flow of an unconfined homogeneous aquifer (horizontal, inclined and concave aquifer floor) was carried out. The objective was to define the range where the analytical solutions approximate the numerical solution. The latter was considered in this study as the reference method, because it requires fewer assumptions. From the considered analytical approximations, exponential decay relationships were found to be mainly valid for fine domain materials when horizontal, mild slopes (less than 2%) and concave aquifer floors were considered, but failed to reproduce coarse aquifer numerical model outflows, in contrast to the quadratic decay relationship, which better reproduce outflows in such domains. On the basis of the comparative analysis, it has been found that recession flows obtained with the considered analytical approximations yield similar values only for certain ranges of aquifer properties and geometries.

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Résumé L’écoulement de décrue dans les aquifères de versant peut être décrit par l’équation non-linéaire de Boussinesq. En considérant d’importantes hypothèses et des formulations conceptuelles spécifiques, différents auteurs ont dérivé des approximations analytiques ou des versions linéarisées de cette équation partielle différentielle. Une analyse comparative entre des approximations analytiques de l’équation de Boussinesq et une solution numérique de la décrue d’un aquifère homogène libre (limite inférieure de l’aquifère horizontale, inclinée et concave) a été effectuée. L’objectif était de définir la plage pour laquelle les solutions analytiques approchent la solution numérique. Cette dernière a été considérée dans cette étude comme la méthode de référence car elle demande moins d’hypothèses. Parmi les approximations analytiques considérées, les relations de décroissance exponentielle se sont avérées être principalement valides pour des matériaux fins lorsque des couches aquifères horizontales, concaves et de pentes douces (moins de 2%) étaient considérées; en revanche, celles-ci n’ont pas réussi à reproduire les écoulements sortants d’un modèle numérique pour un aquifère à matériaux grossiers, contrairement à la relation de décroissance quadratique qui reproduit mieux les écoulements sortants dans de tels milieux. Sur la base de l’analyse comparative, il s’est avéré que les écoulements en décrue obtenus avec les approximations analytiques considérées présentent des valeurs similaires seulement pour certains critères géométriques et propriétés de l’aquifère.

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Resumen Puede describirse el flujo de recesión de acuíferos de una ladera mediante la ecuación no-lineal de Boussinesq. Bajo fuertes supuestos y para formulaciones conceptuales específicas, distintos autores han derivado aproximaciones analíticas o versiones lineales para esta ecuación parcial diferencial. Se realizó un análisis comparativo entre algunas aproximaciones analíticas de la ecuación de Boussinesq y la solución numérica del flujo de recesión de un acuífero homogéneo no confinado (piso de acuífero cóncavo, inclinado, y horizontal). El objetivo consistió en definir el rango donde las soluciones analíticas aproximan la solución numérica. En este estudio se consideró la solución numérica como el método de referencia debido a que requiere menores supuestos. De las aproximaciones analíticas consideradas se encontró que las relaciones de desintegración exponencial eran principalmente válidas para materiales de ámbitos finos donde se consideraron pisos de acuíferos horizontal, pendientes medianas (menores a 2%) y cóncavos pero fallaron en reproducir flujos de salida de modelos numéricos de ámbito grueso, en contraste con la relación de desintegración cuadrática la cual reproduce mejor los flujos de salida en tales ámbitos. En base al análisis comparativo se encontró que los flujos de recesión obtenidos con las aproximaciones analíticas consideradas aportaron valores similares solo para ciertos rangos de propiedades y geometrías de acuíferos.

     

Dryland salinity processes within the discharge zone of a local groundwater system,southeastern Australia

Detailed study of a localised saline discharge zone in southeastern Australia shows that the salinisation is mostly due to the shallow water table (<1–2 m from the surface). Direct evaporation, particularly in summer, leads to extremely high soil–water salinities at the surface, even though the underlying groundwater is moderately fresh. Groundwater discharge is localised at a break of slope, where the water table intersects the surface, and where the transition from permeable sands to clay-rich sediments inhibits lateral groundwater flow. Higher salt concentrations build up in the clays because of the long residence times during which soil-waters are exposed to evapotranspiration and the reduced potential for salts to be flushed from the sediments. As a result the saline discharge area does not correspond to the part of the site with the largest salt store. Results of the study demonstrate that for dryland salinisation to occur, the groundwater beneath the discharge zone need not be saline, and the presence of a large salt store does not necessarily lead to problems of dryland salinisation if, as in the clay-rich sediments at the site, the salt lies below the pasture root zone. Furthermore, mobilisation of salt stores within low permeability sediments by rising groundwater may be minor.

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Résumé L’étude détaillée d’une zone localisée d’émergence salée au sud-est de l’Australie montre que la salinisation est surtout due à la nappe phréatique (<1–2 m sous la surface). L’évaporation directe, particulièrement durant l’été, conduit à des salinités de l’eau du sol extrêmement élevées à la surface, même si l’eau souterraine sous-jacente est modérément douce. L’émergence de l’eau souterraine est localisée à la rupture de pente, là où la nappe phréatique rencontre la surface du sol et où la transition entre sables perméables et sédiments riches en argiles inhibe les écoulements d’eau souterraine latéraux. Les plus fortes concentrations en sel s’accumulent dans les argiles du fait de temps de résidence élevés, durant lesquels les eaux du sol sont exposées à l’évapotranspiration et à un lessivage réduit des sédiments. Il en résulte que l’aire d’émergence des eaux salées ne correspond pas à la partie du site rencontrant la réserve de sel la plus importante. Les résultats de l’étude démontrent que pour que la salinisation d’une zone aride devienne effective, l’eau souterraine sous la zone ne doit pas être forcément salée, et la présence d’une zone étendue de réserve de sel ne conduit pas forcément à des problèmes de salinisation de zones arides si, comme dans les sédiments argileux du site, le sel ne repose pas sous la zone de pature. De plus, la mobilisation des réserves de sel dans les sédiments peu perméables par la montée du niveau de l’eau souterraine devrait être mineure.

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Resumen El estudio detallado de una zona local de descarga salina en el sudeste de Australia, muestra que la salinización es principalmente debido a un nivel freático poco profundo (<1–2 m de la superficie). La evaporación Directa, particularmente en verano, conlleva a salinidades de suelo-agua sumamente altas en la superficie, aunque el agua subterránea subyacente es moderadamente dulce. La descarga de Agua subterránea se localiza en una interrupción de la ladera, dónde el nivel freático intercepta la superficie, y donde la transición de las arenas permeables a los sedimentos ricos en arcilla inhibe el flujo lateral del agua subterránea. Las concentraciones de sal más altas se forman en las arcillas debido a los tiempos de residencia largos durante los cuales se exponen el conjunto suelo-agua a la evapotranspiración y también por el potencial reducido para las sales de ser expulsadas de los sedimentos. Como resultado el área de la descarga salina no corresponde a la parte del sitio con el contenido de sal más grande. Los resultados del estudio demuestran que para que ocurra la salinización en terrenos secos, el agua subterránea bajo la de zona de descarga no necesita ser salina, y que la presencia de un almacenamiento de sal grande, no necesariamente lleva a los problemas de salinización en terrenos secos si, como en los sedimentos ricos en arcilla del sitio, la sal yace debajo de la zona de raíz de la pastura. Además, la movilidad de depósitos de sal dentro de los sedimentos de permeabilidad baja pueden ser menores, por causa del agua subterránea ascendente.

     

Analysis of radial movement of an unconfined leaky aquifer due to well pumping and injection

Radial movement of an unconfined leaky aquifer was studied with respect to hydraulic forces that are induced by well recharge and discharge. New analytic solutions in the velocity and displacement fields were found and applied to describe transient movement in an unconfined leaky aquifer. Linear momentum and mass balance of saturated porous sediments, the Darcy-Gersevanov law, and the analytic solution of hydraulic drawdown for unsteady flow within the unconfined leaky aquifer were introduced to find the new solutions. Analytic results indicate that the nonlinear relation between the initial hydraulic head (h₀) and the well function has an insignificant effect on the aquifer transient movement when the drawdown s<0.02h ₀. When the well function is simplified with different assumptions and pumping conditions, the new solutions correspondingly reduce to cases that are similar to the Hantush-Jacob, Muskat, and Theis transient movement of a confined leaky aquifer. It was found that large leakance is important in slowing radial movement and reducing aquifer deformation. Flow velocity in the aquifer is more responsive to leakance than to cumulative displacement within the aquifer. The zones and boundary with tensile stress can be located using the same approach applied to a confined aquifer for risk assessment of earth fissuring.

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Résumé Le mouvement radial dans un aquifère semi-perméable libre a été étudié en considérant les forces hydrauliques induites par la recharge et le prélèvement au niveau d’un puits. De nouvelles solutions analytiques des champs de vitesse et de déplacement ont été trouvées et appliquées pour décrire le mouvement transitoire dans un aquifère semi-perméable libre. Pour trouver les nouvelles solutions, le moment linéaire et le bilan de masse dans les sédiments poreux saturés, la loi de Darcy-Gersevanov, et la solution analytique du rabattement hydraulique pour un écoulement transitoire dans un aquifère semi-perméable libre sont pris en compte. Les résultats analytiques montrent que la relation non-linéaire entre le potentiel hydraulique initial (h₀) et la fonction de puits a un effet insignifiant sur le mouvement transitoire de l’aquifère quand le rabattements s <0.02h₀. Si la fonction de puits est simplifiée en tenant compte de différentes hypothèses et conditions de pompage, les nouvelles solutions se réduisent en conséquence à des cas similaires au mouvement transitoire dans un aquifère semi-perméable captif selon Hantush-Jacob, Muskat, et Theis. Il s’est avéré qu’une drainance élevée est importante pour le ralentissement du mouvement radial et la réduction de la déformation de l’aquifère. La vitesse d’écoulement dans l’aquifère est plus sensible à la drainance qu’au déplacement cumulé dans l’aquifère. Les zones et la frontière présentant des contraintes de traction peuvent être localisées en utilisant la même approche appliquée à un aquifère captif pour l’évaluation des risques de fissuration du sol.

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Resumen Se ha estudiado el movimiento radial en un acuífero no confinado con fuga en relación a las fuerzas hidráulicas que son inducidas por la descarga y recarga del pozo. Se encontraron nuevas soluciones analíticas en los campos de desplazamiento y velocidad, las cuales se aplicaron para describir el movimiento transitorio en un acuífero no confinado con fuga. Se han introducido cálculos de balance de masa y momentum lineal de los sedimentos porosos saturados, la Ley Darcy-Gersevanov, y la solución analítica de descenso hidráulico para flujo sin régimen permanente dentro del acuífero no confinado con goteo para encontrar las nuevas soluciones. Los resultados analíticos indican que la relación no lineal entre la presión hidráulica inicial (h₀) y la función del pozo tiene efecto insignificante en el movimiento transitorio del acuífero cuando el descenso s < 0.02h₀. Cuando se simplifica la función del pozo en base a diferentes supuestos y condiciones de bombeo se reducen las nuevas soluciones a casos que son similares a el movimiento transitorio Hantush-Jacob, Muskat, y Theis de un acuífero confinado con goteo. Se encontró que las fugas grandes son importantes en la disminución del movimiento radial y en la reducción de la deformación del acuífero. La velocidad de flujo en el acuífero responde más a las fugas que al desplazamiento acumulativo dentro del acuífero. Pueden localizarse zonas y límites con esfuerzos tensionales usando el mismo enfoque aplicado a acuíferos confinados para evaluación de riesgo de generación de fracturas en el terreno.

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Climate-induced hydrological impacts on the groundwater system of the Pingtung Plain,Taiwan

The Pingtung Plain is one of the most important groundwater-resource areas in southwestern Taiwan. The overexploitation of groundwater in the last two decades has led to serious deterioration in the quantity and quality of groundwater resources in this area. Furthermore, the manifestation of climate change tends to induce the instability of surface-water resources and strengthen the importance of the groundwater resources. Southwestern Taiwan in particular shows decreasing tendencies in both the annual amount of precipitation and annual precipitation days. To effectively manage the groundwater resources of the Pingtung Plain, a numerical modeling approach is adopted to investigate the response of the groundwater system to climate variability. A hydrogeological model is constructed based on the information from geology, hydrogeology, and geochemistry. Applying the linear regression model of precipitation to the next two decades, the modeling result shows that the lowering water level in the proximal fan raises an alarm regarding the decrease of available groundwater in the stress of climate change, and the enlargement of the low-groundwater-level area on the coast signals the deterioration of water quantity and quality in the future. Suitable strategies for water-resource management in response to hydrological impacts of future climatic change are imperative.

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Resumen La llanura Pingtung constituye uno de los recursos de aguas subterráneas más importantes en el Suroeste de Taiwan. La sobreexplotación de las aguas subterráneas en las dos últimas décadas ha dado lugar a un serio deterioro de la calidad y la cantidad de los recursos subterráneos en esta área. En particular el Suroeste de Taiwan muestra una tendencia decreciente en las cantidades de precipitación y en los días anuales de lluvia. Para gestionar de forma efectiva los recursos subterráneos en la Llanura Pingtung, se ha utilizado un modelo numérico aproximado para investigar la respuesta de las aguas subterráneas a la variabilidad climática. Un modelo hidrogeológico se construye a partir de la información geológica, hidrogeológica y geoquímica. Aplicando el modelo de regresión linear de la precipitación para las próximas dos décadas, el modelo resultante muestra que el descenso de los niveles de agua en el abanico proximal es alarmante, observándose el descenso del agua subterránea disponible en la presión del cambio climático, y el crecimiento del área de descensos de niveles de agua subterránea en la costa apunta a un deterioro de la cantidad y calidad del agua subterránea en el futuro. Se imponen pues, estrategias apropiadas para la gestión de los recursos hídricos en respuesta a los impactos hidrológicos del futuro cambio climático.

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Résumé La plaine de Pingtung est l’une des plus importantes zones de ressource en eau souterraine du Sud-Ouest de Taiwan. La surexploitation de l’eau souterraine durant les deux dernières décennies a conduit à une sérieuse détérioration de la quantité et de la qualité des ressources en eau souterraine dans cette zone. De plus, la manifestation des changements climatiques tend à induire une instabilité des ressources en eau souterraine et renforce l’importance des ressources en eau souterraine. Le Sud-Ouest de Taiwan montre, en particulier, des précipitations annuelles et des nombres annuels de jour de pluie à la baisse. Pour gérer efficacement les ressources en eau souterraine de la Plaine de Pingtung, une approche par modélisation numérique est adoptée pour étudier la réponse du système hydrogéologique aux variabilités climatiques. La construction du modèle hydrogéologique est basée sur les informations géologiques, hydrogéologiques et géochimiques. En appliquant le modèle de régression linéaire aux précipitations pour les deux prochaines décades, le résultat de la modélisation montre que la baisse du niveau d’eau atteint un état alarmant au regard de la décroissance des eaux souterraines disponibles et la contrainte du changement climatique, tandis que l’extension de la zone de niveau bas des eaux souterraines à la cote indique une détérioration de la quantité et de la qualité de l’eau dans le futur. Des stratégies convenables pour la gestion des ressources en eau souterraine en réponse aux impacts hydrologiques de futurs changements climatiques sont impératifs.

     

Thermochemical behaviour of Pt, Ir, Rh and Ru vs fO2 and fS2 in a basaltic melt. Implications for the differentiation and precipitation of these elements

Summary ?This paper describes an experiment conducted at 1430°C to study the behaviour of Pt, Ir, Rh and Ru in a silicate melt of basaltic composition in relation to fO₂ and fS₂. Previous results showing the existence of a passivation layer on the metals are confirmed and demonstrated by an electrochemical technique. The presence in the silicate melt of platinum and iridium at zero valency is used to explain the observed behaviour for these elements. On the other hand, the presence of Rh³⁺ and Ru³⁺ ions likely to enter the spinel lattice helps to explain the mineralogical observations made on the samples of a Tropoja chromite (Albania), formed in a sulphur-depleted system. While the variation in oxygen fugacity can explain the premature precipitation of IPGEs (Ir, Ru, Os), it is the variation in sulphur fugacity which explains the similar precipitation of PPGEs (Rh, Pt, Pd). Complex Pt (or Rh) compounds in the silicate melt are highlighted for a sulphur fugacity greater than 1.5 × 10⁻² atm. The PPGEs precipitate only when the base metal sulphides (BMS) precipitate. This occurs after precipitation of a large amount of iron and calcium, i.e., after a significant reduction in the sulphur capacity of the magmatic liquid and a concomitant increase in fS₂. The temperature and oxygen fugacity of a dunitic assemblage are determined from intrinsic oxygen fugacity measurements performed by means of a solid electrolyte cell with chromites and olivines from the Krasta (Albania) differentiated series. This enabled the validity of the thermochemical results to be checked. Finally, a PGE differentiation and precipitation scheme is proposed as a function of oxygen and sulphur fugacities and in the presence of a fluid phase.

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Résumé ?Le comportement de Pt, Ir, Rh et Ru a étéétudié dans un bain silicaté fondu à 1430 °C en fonction de fO₂ et fS₂, ce qui a permis de tracer des diagrammes de prédominance. Les résultats antérieurs mettant en évidence l'existence d'une couche de passivation sur les métaux sont confirmés, et l'existence de cette couche de passivation est démontrée par une expérience de chronopotentiométrie. La présence dans le silicate fondu de platine et d'iridium à la valence zéro est utilisée pour expliquer le comportement de ces éléments. En outre, la présence dans le bain silicaté d'ions Rh³⁺ et Ru³⁺, susceptibles d'entrer dans le réseau des spinelles, est mise en évidence thermochimiquement et permet d'expliquer la présence de phases minéralogiques aux compositions inhabituelles trouvées dans des échantillons d’une chromite de Tropoja (Albanie), formés dans un syste-me pauvre en soufre. Alors que la variation de la fugacité en oxygène peut expliquer la précipitation précoce des IPGEs (Ir, Ru, Os), c’est la variation de la fugacité en soufre qui permet d’expliquer la précipitation des PPGEs (Rh, Pt, Pd). Un composé complexe de platine (et/ou de rhodium) est mis en évidence dans le bain silicaté pour une fugacité en soufre supérieure à 1.5 10⁻² atm. On explique ainsi que les PGEs précipitent seulement quand les sulfures de métaux de base (BMS) précipitent. Cette précipitation se produit après une précipitation importante de fer et/ou de calcium c’est à dire après une réduction significative de la capacité en soufre du liquide magmatique et une augmentation concomitante de fS₂. La température de cristallisation et la fugacité en oxygène d’un assemblage dunitique sont déterminées à partir de mesures de fugacités intrinsèques d’oxygène réalisées par piles àélectrolyte solide avec les chromites et les olivines d’une série différenciée cumulative de Krasta (Albanie). Ces mesures permettent de controler que les minéralisations observées se produisent effectivement pour les valeurs de fugacités en oxygène qui ont été déterminées thermochimiquement au Laboratoire et pour des températures de l’ordre de 1130 °C. Enfin un schéma de différenciation et de précipitation des PGEs est tracé, montrant l’apparition des phases minéralogiques en fonction des fugacités en oxygène et en soufre et en présence d’une phase fluide.

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Received August 7, 1998/Revised version accepted July 16, 1999     

Application of a resistivity survey and geographical information system (GIS) analysis for hydrogeological zoning of a piedmont area, Himalayan foothill region, India

A Geographical Information System (GIS) has been used for the integration of the results of 70 vertical electrical soundings and hydrogeological data in the piedmont zone of the Himalayan foothills region of Uttaranchal, India. Indian remote sensing (IRS) LISS-III data has been used to prepare thematic maps for the geomorphology and slope maps of the area. The ranges of electrical resistivity values have been assigned to the different formations by calibrating electrical resistivity values with the borehole data. Electrical resistivity, groundwater level monitoring, and borehole and remote sensing data have been integrated in the GIS analysis to delineate the hydrogeological zoning in the study area. Suitable weights were assigned to the different features affecting the groundwater potential. The total score for a particular location is translated in terms of groundwater potential of the area. The results indicate that the southern part of the study area has a very good groundwater potential for meeting the demand of water for irrigation and domestic purposes whereas the steeply sloping area in the northern part, having high relief, has a poor groundwater potential. The resulting delineation of groundwater potential zones are in general agreement with the available yield data of the tube wells.

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Resumen Se ha utilizado un Sistema de Información Geográfica (SIG) para la integración de los resultados de 70 sondeos eléctricos verticales y datos hidrogeológicos en la zona piamonte de la región al pie de los Himalaya de Uttaranchal, India. Se han utilizados datos de sensores remotos Indios (IRS) LISS-III para elaborar mapas temáticos de la geomorfología y mapas de pendientes del área. Se han asignado los rangos de valores de resistividad eléctrica a diferentes formaciones mediante la calibración de valores de resistividad eléctrica con datos de barrenos. Se han integrado datos de resistividad eléctrica, monitoreo de niveles de agua subterránea, y barrenos, y datos de sensores remotos mediante un análisis SIG para delimitar la zonificación hidrogeológica del área de estudio. Se asignaron pesos apropiados a las diferentes características que afectan el potencial del agua subterránea. El puntaje total de un lugar particular se ha transformado en términos de potencial de agua subterránea del área. Los resultados indican que la parte sur del área de estudio tiene muy buen potencial de agua subterránea para satisfacer la demanda de agua por riego y uso doméstico mientras que el área de pendientes pronunciadas en la parte norte, de alto relieve, tiene potencial pobre de agua subterránea. La delimitación de zonas potenciales de agua subterránea encaja muy bien con los datos disponibles de rendimiento de pozos entubados.

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Résumé Un système d’information géographique (SIG) a été utilisé pour l’intégration de résultats en provenance de 70 sondages électriques et données hydrogéologiques dans la zone de piedmont, au pied de l’Himalaya dans la région de Uttaranchal en Inde. Des données du satellite IRS LISS-III ont été utilisées pour préparer des cartes thématiques sur la géomorphologie et les pentes de la zone d’étude. Les valeurs de résistivités électriques ont été assignées aux différentes formations en les calibrant sur les données de sondages. La résistivité électrique, la piézométrie, et les données de sondages et de télédétection ont été intégrées dans une analyse par SIG pour délimiter les zones hydrogéologiques de l’aire d’étude. Des poids ont été assignés aux différents éléments affectant le potentiel en eau souterraine. Le résultat final pour une localisation particulière est traduit en terme de potentiel en eau souterraine. Les résultats indiquent que la partie Sud a un potentiel très bon pour la demande en eau domestique et eau d’irrigation, tandis que les zones plus pentues dans la partie Nord, caractérisée par un relief élevé, présente un potentiel assez pauvre. La délinéation globale des zones à différents potentiels s’accorde assez bien avec les données disponibles concernant la capacité des puits.

     

Empirical analysis of electromagnetic profiles for groundwater prospecting in rural areas of Ibadan, southwestern Nigeria

The Slingram electromagnetic (EM) survey using a coil separation of 60 and 100 m was carried out in ten villages in the Akinyele area of Ibadan, southwestern Nigeria to aid in the development of groundwater. Five main rock types including an undifferentiated gneiss complex (Su), biotite-garnet schist/gneiss (Bs), quartzite and quartz schist (Q), migmatized undifferentiated biotite/hornblende gneiss (M) and pegmatite/quartz vein (P) underlie the study area. A total of 31 EM profiles was made to accurately locate prospective borehole sites in the field. Four main groups with different behavioural patterns were categorized from the EM profiles. Group 1 is characterized by a high density of positive (HDP) or a high density of negative (HDN) real and imaginary curves, Group 2 by parallel real and imaginary curves intersecting with negligible amplitude (PNA), Group 3 by frequent intersection of a high density of negative minima (FHN) real and imaginary curves, and Group 4 by separate and approximately parallel (SAP) real and imaginary curves. Qualitative pictures of the overburden thickness and the extent of fracturing have been proposed from these behavioural patterns. A comparison of the borehole yield with the overburden thickness and the level of fracturing shows that the borehole yield depends more on the fracture density than on the overburden thickness. The asymmetry of the anomaly was also found to be useful in the determination of the inclination of the conductor/fracture.

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Résumé Une prospection électromagnétique Silgram (EM) utilisant une séparation de 60 et 100 m, a été réalisée sur 10 sites villageois dans la zone d’Akinyele, Ibadan, au Sud-Ouest du Nigeria, pour le développement de l’exploitation des eaux souterraines. De cette manière il a été possible de définir cinq principaux types de roches comprenant un complexe gneissique indifférencié (Su), un schiste gneissique à biotite et garnet (Bs), une quartzite et un schiste quartzitique (Q), un gneiss migmatisé à hornblende et biotite indifférenciées (M) et une veine de pegmatite et quartz recouvrant la zone d’étude. Un total de 31 profils EM a été réalisé de manière à améliorer sérieusement la localisation des forages de reconnaissance. Quatre groupes principaux ont été définis sur base de leur comportement dans les profils EM. Le Groupe 1 est caractérisé par une forte densité de courbes réelles et imaginaires, positives ou négatives (HDP ou HDN). Le Groupe 2 est caractérisé par des courbes parallèles, réelles et imaginaires, superposées à une amplitude négligeable (PNA). Le Groupe 3 rassemble les densités importantes de courbes réelles et imaginaires, d’amplitude négative minimum, fréquemment intersectées. Le Groupe 4 rassemble les courbes réelles et imaginaires, distinctes et sensiblement parallèles (SAP). Les images qualitatives de l’épaisseur de la couverture et la largeur des fractures ont pu être déterminées sur base du comportement des éléments précédemment cités. La comparaison des débits de forage, de l’épaisseur de la couche supérieure, et du degré de fracturation, montre que le débit du forage dépend plus de la densité de forage que de l’épaisseur de la couverture. L’asymétrie des anomalies a par ailleurs été très utile pour déterminer l’inclinaison des fractures conductrices.

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Resumen Se llevó a cabo un levantamiento electromagnético (EM) Slingram utilizando una separación de bobinas de 60 y 100 metros en 10 comunidades en el área Akinyele de Ibadan, suroeste de Nigeria para ayudar en el desarrollo de agua subterránea. Cinco tipos de rocas principales incluyendo un complejo de gneiss no diferenciado (Su), gneiss/esquisto de granate-biotita (Bs), cuarzita y esquisto de cuarzo (Q), gneiss de hornblenda/biotita migmatizado no diferenciado (M) y vetas de cuarzo/pegmatita (P) se encuentran en el área de estudio. Se levantaron un total de 31 perfiles EM para localizar con precisión sitios prospectivos para pozos en el campo. Se distinguieron cuatro grupos principales con diferente patrón de comportamiento a partir de los perfiles EM. El Grupo 1 se caracteriza por una alta densidad de curvas reales e imaginarias positivas (HDP) o negativas (HDN); el Grupo 2 por curvas paralelas reales e imaginarias que se interceptan con amplitud despreciable (PNA); el Grupo 3 por intersección frecuente de curvas reales e imaginarias con mínimos negativos de alta densidad (FHN); y el Grupo 4 por curvas imaginarias y reales separadas y aproximadamente paralelas (SAP). A partir de estos patrones de comportamiento se han propuesto cuadros cualitativos del espesor del material superficial y la extensión de fracturamiento. Una comparación de la productividad del pozo en relación al espesor del material superficial y el nivel de fracturamiento muestra que la productividad del pozo depende más de la densidad de fracturamiento que del espesor del material superficial. También se encontró que la asimetría de la anomalía era útil en la determinación de la inclinación de la fractura/conductor.

     

Aquifer storage capacity and maximum annual yield from long-term aquifer fluxes

Long-term time series data of aquifer recharge, groundwater extraction, and discharge are used to estimate aquifer storage capacity and maximum annual yield. Aquifer storage capacity is defined as the maximum volume of water that can be stored in an aquifer. It is estimated using a transient water-balance approach. The maximum annual yield is defined as the maximum combined groundwater extraction plus discharge that can be sustained in an aquifer judged by the historical record of recharge. It is determined according to a graphical mass-curve method. These two quantities are useful in aquifer characterization and groundwater management, the apportionment of groundwater rights and aquifer storage and recovery operations being two frequent applications. Time series data from the Edwards Aquifer, Texas, USA, illustrate the application of the methods presented.

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Résumé Des données sur le long terme de la recharge d’aquifère, de l’exploitation de l’eau souterraine et de la vidange sont utilisées pour estimer la capacité d’emmagasinement de l’aquifère et la capacité annuelle maximum. La capacité d’emmagasinement de l’aquifère est définit comme le volume maximum de l’eau qui peut être emmagasinée dans le réservoir. Elle est estimée en utilisant une approche par bilan hydrologique en transitoire. La capacité annuelle maximum est définit comme la combinaison de l’extraction de l’eau souterraine et de la vidange, combinaison qui peut être jugée durable ou non au regard de l’examen des valeurs de recharge. Elle est déterminée au moyen d’une méthode de courbe des valeurs cumulées. Ces deux quantités sont très utiles pour caractériser les aquifères et pour gérer les eaux souterraines, l’imputation des droits aux eaux souterraines, et du fait que les opérations de recharge des aquifères et de récupération sont très fréquentes. Les données temporelles provenant de l’aquifère Edwards, Texas, USA, illustrent l’application de la méthode présentée.

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Resumen Para estimar la capacidad de almacenamiento de un acuífero y su rendimiento máximo anual, se han utilizado series temporales largas de datos de recarga al acuífero, de extracciones de agua subterránea y de descarga. La capacidad de almacenamiento de un acuífero se define como el volumen máximo de agua que puede ser almacenado en el mismo. Se estima utilizando una aproximación con un balance de agua en régimen transitorio. El rendimiento máximo anual se define como el máximo resultante de la combinación de la extracción de aguas subterráneas y la descarga que puede ser sostenido por un acuífero según los registros históricos de recarga y se define según un método gráfico masa-curva. Estos dos valores son útiles en la caracterización de los acuíferos y en la gestión de las aguas subterráneas, el reparto de los derechos sobre las aguas subterráneas y las operaciones de almacenaje y recuperación de los acuíferos, que son dos aplicaciones frecuentes. Las series de tiempo para el Acuífero Edwards, Texas, USA, ilustra la aplicación de los métodos presentados.

     

Development of a GIS-based model for extrapolating mesoscale groundwater recharge estimates using integrated geospatial data sets

A geographic information systems (GIS)-based model was used to derive spatially explicit estimates of recharge using the elevation-dependent chloride mass-balance (EDCMB) approach in a 14-basin area in southwestern Nevada, USA. For each of the 14 basins, a non-linear regression equation was developed relating chloride enrichment to the elevation of spring watersheds. The ratio of chloride enrichment as a function of elevation was used in a GIS framework to transform continuous precipitation data to recharge. Spatial masks that represented two definitions of the lower limits of recharge—one definition based on alluvium/non-alluvium boundaries, the other based on both alluvium/non-alluvium boundaries and an elevation threshold—were applied to each basin. Resultant recharge estimates were then summed for each basin. When compared to summaries of previous recharge estimates for the study area, the EDCMB approach produced results that were within 14 and 3% of two studies, but were significantly greater (31%) than a third. GIS proved to be a very effective tool for combining large spatial data with widely different resolutions into an integrated data set, and also proved to be an efficient mechanism for implementing robust statistical models to estimate recharge.

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Résumé Un modèle basé sur les systèmes d’informations géographiques (SIG) a été utilisé pour obtenir des estimations explicites de la recharge dans l’espace, en utilisant l’approche du bilan des chlorures en fonction de l’altitude (EDCMB en anglais) dans une zone de 14 bassins, dans le Sud-Ouest du Nevada aux Etats-Unis. Pour chacun des 14 bassins, une régression non-linéaire a été établie, reliant l’enrichissement des chlorures à l’altitude des bassins d’alimentation des sources. Le rapport d’enrichissement des chlorures en fonction de l’altitude a été utilisé dans une approche SIG pour transformer des données pluviométriques continues en terme de recharge. Des masques spatiaux représentant deux définitions des limites de recharge les plus basses ont été appliquées à chaque bassin ; l’une basée sur les limites alluvions/autres formations, l’autre sur ces mêmes limites ainsi que sur un seuil altitudinal. Les recharges estimées résultantes ont ensuite été additionnées pour chaque bassin. Comparée aux précédents bilans de recharge estimés dans la zone d’étude, l’approche EDCMB conduit à des résultats se situant entre 14 et 3% de ceux de deux autres études et largement supérieurs (31%) à ceux d’une troisième étude. Le SIG s’est révélé être un outil très efficace pour combiner dans une base de données intégrée, des données spatiales étendues avec des résolutions largement différentes, ainsi que pour implémenter des modèles statistiques conséquents permettant d’estimer la recharge.

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Resumen Se utilizó un modelo basado en un Sistema de Información Geográfico (SIG) para derivar espacialmente estimados explícitos de recarga usando el enfoque de balance de masa de cloruro dependiente de elevación (EDCMB) en un área de 14 cuencas en el suroeste de Nevada, Estados Unidos. Para cada una de las 14 cuencas se desarrolló una ecuación de regresión no linear que relaciona el enriquecimiento de cloruro con la elevación de las cuencas con manantiales. La relación de enriquecimiento de cloruro en función de la elevación se usó en un marco SIG para transformar datos continuos de precipitación a recarga. Se aplicaron máscaras espaciales a cada cuenca las cuales representaron dos definiciones de los límites inferiores de recarga, una definición basada en límites de aluvión/sin aluvión, el otro basado en ambos límites aluvión/sin aluvión y una elevación normal de fondo. Los estimados resultantes de recarga fueron sumados para cada cuenca. Al compararse con estimados de recarga previos para el área de estudio se encontró que el enfoque EDCMB produjo resultados que estaban entre el 14 y 3% de dos estudios pero fueron significativamente mayores (31%) que un tercer estudio. El SIG ha demostrado ser una herramienta muy efectiva para combinar datos espaciales grandes con resoluciones muy distintas en un grupo integrado de datos y también ha mostrado ser un mecanismo eficiente para implementar modelos estadísticos robustos para estimar recarga.

     

Optimization of the DRASTIC method for groundwater vulnerability assessment via the use of simple statistical methods and GIS

The assessment of groundwater vulnerability to pollution has proved to be an effective tool for the delineation of protection zones in areas affected by groundwater contamination due to intensive fertilizer applications. By modifying and optimizing the well known and widely used DRASTIC model it was possible to predict the intrinsic vulnerability to pollution as well as the groundwater pollution risk more accurately. This method incorporated the use of simple statistical and geostatistical techniques for the revision of the factor ratings and weightings of all the DRASTIC parameters under a GIS environment. The criterion for these modifications was the correlation coefficient of each parameter with the nitrates concentration in groundwater. On the basis of their statistical significance, some parameters were subtracted from the DRASTIC equation, while land use was considered as an additional DRASTIC parameter. Following the above-mentioned modifications, the correlation coefficient between groundwater pollution risk and nitrates concentration was considerably improved and rose to 33% higher than the original method. The model was applied to a part of Trifilia province, Greece, which is considered to be a typical Mediterranean region with readily available hydrogeological and hydrochemical data.

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Resumen La evaluación de vulnerabilidad del agua subterránea a la contaminación ha demostrado ser una herramienta efectiva para la delimitación de zonas de protección en áreas afectadas por contaminación de aguas subterráneas debido a aplicaciones intensivas de fertilizantes. Mediante la modificación y optimización del bien conocido y ampliamente utilizado modelo DRASTIC fue posible predecir la vulnerabilidad intrínseca a la contaminación así como el riesgo a la contaminación del agua subterránea con mayor precisión. Este método incorporó el uso de técnicas estadísticas y geoestadísticas simples para la revisión del pesaje y establecimiento de rangos de factores de todos los parámetros DRASTIC bajo un ambiente SIG. El criterio para estas modificaciones fue el coeficiente de correlación de cada parámetro con las concentraciones de nitraros en agua subterránea. En base al grado significativo estadístico algunos parámetros fueros sustraídos de la ecuación DRASTIC, mientras que se consideró el uso de la tierra como un parámetro adicional de DRASTIC. Siguiendo las modificaciones antes mencionadas se mejoró considerablemente el coeficiente de correlación entre el riesgo a la contaminación del agua subterránea y las concentraciones de nitratos incrementando en 33% su valor en relación al método original. El modelo se aplicó en una parte de la provincia Trifilia, Grecia, la cual se considera ser una región Mediterránea típica con datos hidroquímicos e hidrogeológicos fácilmente disponibles.

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Résumé L’évaluation de la vulnérabilité des eaux souterraines à la pollution a montré qu’elle est un outil efficace pour délimiter les zones de protection dans les zones affectées par la contamination des eaux souterraines due à l’utilisation intensive de fertilisants. En modifiant et optimisant le modèle DRASTIC, bien connu et souvent utilisé, il a été possible de prédire la vulnérabilité intrinsèque à la pollution, et de définir plus précisément le risque de pollution. Cette méthode incorpore l’utilisation de simples techniques statistiques et géostatistiques, pour la révision des facteurs d’estimation et de pondération de tous les paramètres de DRASTIC sous S.I.G. Le critère de ces modifications était le coefficient de corrélation de chaque paramètre avec la concentration en nitrates dans les eaux souterraines. Sur la base de leur signification statistique, certains paramètres ont été soustraits de l’équation DRASTIC. Suivant les modifications mentionnées ci-dessus, le coefficient de corrélation entre les concentrations en nitrate et le risque de pollution des eaux souterraines a été considérablement amélioré de 33% par rapport à la méthode originale. Le modèle a été appliqué sur une partie de la province de Trifilia en Grèce, qui est considérée comme une région typiquement méditerranéenne avec des données hydrogéologiques et hydrochimiques aisément accessibles.

     

From well-test data to input to stochastic continuum models: effect of the variable support scale of the hydraulic data

The question of how well the true underlying hydraulic conductivity statistics of heterogeneous media are captured by well tests is addressed. The hydraulic conductivity value and the corresponding support volume associated with a theoretical well are correlated, causing a bias in the statistics derived from well-test analyses. Statistics derived from numerically simulated well tests are compared with the known underlying conductivity statistics and the results indicate an under-prediction by simulations at higher hydraulic conductivities. The deviation starts at about mean conductivity and can be as large as an order of magnitude, with the conductivity in the vicinity of the well defining the upper boundary. In other words, the conductivity value interpreted from the well test cannot be larger than the value that the well test first encounters. Consequently, for data in this simulation exercise, the standard deviation, if only determined for the upper range of the conductivity values, would be underestimated by a factor of 1.6–2. While this specific range is likely to depend on the scale and degree of the underlying heterogeneity as well as the duration of the test, the results should be indicative of a more general behaviour and are likely to occur in other heterogeneous data as well.

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Resumen Se plantea la pregunta de qué tan bien son representadas en las pruebas de pozo, las estadísticas reales de conductividad hidráulica subyacente de medios heterogéneos. Son correlacionados el valor de conductividad hidráulica y el volumen de apoyo correspondiente asociado con un pozo teórico, causando una distorsión en las estadísticas derivadas del análisis de la prueba de pozo. Las estadísticas derivadas de las pruebas de pozo simuladas numéricamente son comparadas con las estadísticas de conductividad subyacente conocidas, y los resultados indican una sub-predicción por las simulaciones hechas con conductividades hidráulicas más altas. La desviación empieza casi con la conductividad media y puede ser tan grande como un orden de magnitud, con la conductividad en la vecindad del pozo definiendo el límite superior. En otras palabras, el valor de conductividad interpretado a partir de la prueba del pozo no puede ser más grande que el valor que la prueba de pozo encuentre primero. Por consiguiente, para los datos en este ejercicio de simulación, la desviación estándar, si solamente fue determinada para el rango superior de los valores de conductividad, se subestimaría en un factor de 1.6–2. Mientras es probable que este rango específico dependa de la escala y del grado de la heterogeneidad subyacente, así como de la duración de la prueba, los resultados deben ser indicativos de un comportamiento más general y son probables también de ocurrir en otros datos heterogéneos.

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Résumé Nous posons ici la question de savoir dans quelle mesure les statistiques de la conductivité hydraulique des milieux hétérogènes pourrait être révélée par des essais de puits. La valeur de la conductivité hydraulique et le volume capté correspondant sont corrélés, créant un biais dans l’analyse des statistiques dérivées des essais de puits. Les statistiques en provenance de simulations numériques d’essais de puits sont comparées avec les statistiques de conductivités connues et les résultats indiquent une sous-évaluation par les simulations, pour les conductivités hydrauliques les plus élevées: la déviation commence à partir de la valeur moyenne de la conductivité et peut atteindre la magnitude d’un ordre de grandeur en considérant la conductivité mesurée au voisinage du puits. Autrement dit, la valeur de la conductivité interprétée via l’essais de pompage ne peut être plus importante que les premières valeurs rencontrées. Par conséquence, pour les données de cet exercice de simulation, la déviation standard sera sous-estimée d’un facteur compris entre 1.6–2 pour les valeurs les plus élevées. Tandis que l’échelle spécifique de valeurs est dépendante de l’échelle et du degré de l’hétérogénéité souterraine, de même que de la durée du test, les résultats pourraient être indicatifs d’un comportement plus général et seraient sans doute observables dans d’autres cas de données hétérogènes.

     

A simple daily soil–water balance model for estimating the spatial and temporal distribution of groundwater recharge in temperate humid areas

Quantifying the spatial and temporal distribution of natural groundwater recharge is usually a prerequisite for effective groundwater modeling and management. As flow models become increasingly utilized for management decisions, there is an increased need for simple, practical methods to delineate recharge zones and quantify recharge rates. Existing models for estimating recharge distributions are data intensive, require extensive parameterization, and take a significant investment of time in order to establish. The Wisconsin Geological and Natural History Survey (WGNHS) has developed a simple daily soil–water balance (SWB) model that uses readily available soil, land cover, topographic, and climatic data in conjunction with a geographic information system (GIS) to estimate the temporal and spatial distribution of groundwater recharge at the watershed scale for temperate humid areas. To demonstrate the methodology and the applicability and performance of the model, two case studies are presented: one for the forested Trout Lake watershed of north central Wisconsin, USA and the other for the urban-agricultural Pheasant Branch Creek watershed of south central Wisconsin, USA. Overall, the SWB model performs well and presents modelers and planners with a practical tool for providing recharge estimates for modeling and water resource planning purposes in humid areas.

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Resumen La cuantificación de la distribución espacial y temporal de la recarga natural de agua subterránea es un requisito previo para una modelación y una gestión efectivas de las aguas subterráneas. Dado que se está incrementando el uso de los modelos de flujo para la toma de decisiones de gestión, existe una necesidad creciente de métodos simples y prácticos para delimitar las zonas de recarga y cuantificar los rangos de la misma. Los modelos existentes para la estimación de la distribución de la recarga requieren datos intensivos, una parametrización extensiva y una inversión de tiempo significativa para ser establecidos. El Servicio Geológico y de Historioa Natural de Wisconsin (WGNHS) ha desarrollado un modelo simple de balance diario de agua en el suelo (SWB) que usa de forma sencilla datos disponibles de suelo, de cobertera, topográficos y climáticos conjuntamente con un Sistema de Información Geográfica (GIS) para estimar la distribución espacial y temporal de la recarga de aguas subterráneas a escala de cuenca para zonas templadas húmedas. Para demostrar la metodología, aplicabilidad y el comportamiento del modelo, se presentan dos casos: uno en la cuenca boscosa de Trout Lake, en la zona Norte-Central de Wisconsin, USA y el otro en la Cuenca urbano-agrícola de Pheasant Branch Creek, Sur-Centro de Winconsin, USA. En conjunto, el modelo SWB funciona bien y presenta a los modeladores y planificadores una herramienta práctica para llevar a cabo una estimación de la recarga para propósitos de modelación y planificación de los recursos de agua en zonas húmedas.

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Résumé Quantifier les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation naturelle des eaux souterraines est en règle générale un préalable à une modélisation et une gestion efficaces des eaux souterraines. Etant donné que les modèles numériques sont utilisés de manière croissante dans les prises de décisions en matière de gestion, il existe un besoin accru pour des méthodes simples et pratiques, afin de délimiter les zones d’alimentation et de quantifier les recharges associées. Les modèles existants, destinés à l’estimation de la répartition des réalimentations, demandent énormément de données, un paramétrage long, et un investissement conséquent en temps de mise en œuvre. Le Wisconsin Geologic and Natural History Survey (WGNHS) a développé un modèle simple basé sur un bilan en eau quotidien dans les sols (SWB); il utilise les données directement disponibles sur les sols, l’occupation des sols, la topographie et le climat, en conjonction avec un Système d’Information Géographique, afin d’estimer les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation des eaux souterraines à l’échelle du bassin versant, pour les zones humides tempérées. Afin de démontrer la méthodologie, l’applicabilité et les performances du modèle, deux applications sont présentées: la première sur le bassin versant boisé de Trout Lake au centre-nord du Wisconsin (Etats-Unis), et le second sur le bassin versant agricole et urbanisé de Pheasant Branch Creek au centre-sud du Wisconsin. Le modèle SWB se comporte globalement bien, et offre aux modélisateurs un outil fonctionnel pour estimer les réalimentations, dans le cadre de modélisations et de plans de gestion des ressources en eau souterraine dans les zones humides.