Groundwater-recharge estimation using a surface electrical resistivity method in the Himalayan foothill region, India

A new method for the estimation of groundwater recharge is presented using a surface resistivity method and isotope technique. A linear relationship was obtained between the resistivity of the unsaturated top layer and the recharge estimated using a tritium tagging technique for the piedmont zone in the Himalayan foothill region, India. The relation can be used for the estimation of recharge using surface electrical resistivity measurements for the same geological formation. The data used for the study are 32 vertical electrical resistivity sounding measurements at a station interval of 2 km, tritium tagging studies at six selected sites and pre- and post-monsoon water-level monitoring in the piedmont zone of the Himalayan foothill region (India). The results of this study were mapped using GIS techniques. In the study area, a well-defined empirical relationship between unsaturated zone resistivity and recharge per cent was obtained. The method suggests a new application of surface electrical resistivity data in determining recharge per cent due to infiltration. The technique of estimating groundwater recharge using surface electrical resistivity measurement is efficient, economic, less time consuming and easy to use compared with other methods used for this purpose.

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Resumen Se presenta un método nuevo para estimar recarga de agua subterránea utilizando un método superficial de resistividad y una técnica de isótopos. Se ha obtenido una relación linear entre la resistividad de la capa superior no saturada y la recarga estimada utilizando la técnica de tritio marcado etiquetado para la zona de piedemontes en la región de colinas al pie del Himalaya, India. La relación puede utilizarse para estimar recarga usando mediciones superficiales de resistividad eléctrica para la misma formación geológica. Los datos utilizados en el estudio consisten de treinta y dos mediciones de sondeos eléctricos verticales de resistividad en un intervalo de estaciones de dos km, estudios de tritio marcado en seis sitios seleccionados y monitoreo de niveles de agua, pre-monzón y post-monzón, en la zona piedemontes de la región de colinas al pie del Himalaya (India). Se mapearon los resultados de este estudio utilizando técnicas SIG. Se obtuvo para el área una relación empírica bien definida entre la resistividad de la zona no saturada y el porcentaje de recarga. El método sugiere una aplicación nueva de los datos superficiales de resistividad eléctrica en la determinación del porcentaje de recarga ocasionado por infiltración. La técnica de estimar recarga de agua subterránea utilizando mediciones superficiales de resistividad eléctrica es eficiente, económica, demanda poco tiempo, y fácil de utilizar en comparación con otros métodos que se utilizan para este propósito.

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Resumé Une nouvelle méthode permettant destimer la recharge des eaux souterraines a été présentée, utilisant une méthode de résistivité de surface et des méthodes isotopiques. Une relation linéaire a été obtenue entre la résistivité de la zone non saturée et la recharge estimée grâce au Tritium dans la zone du Piedmont au pied de lHimalaya, Inde. La relation peut être utilisée pour lestimation de la recharge en utilisant la méthode de résistivité de surface dans la même formation géologique. Les données utilisées pour létude sont vingt-deux sondages électriques réalisés tous les deux kilomètres, létude de la signature du tritium en six endroits sélectionnés, et la comparaison des niveaux piézométriques pré et post moussons. Les résultats de cette étude ont été cartographiés en utilisant les techniques SIG. Dans la zone détude une relation très bien définie entre la recharge (%) et la résistivité de la zone non saturée a été obtenue. La méthode suggère une nouvelle application de la résistivité de surface, pour déterminer le pourcentage de la recharge due à linfiltration. Cette technique est efficace, économique, rapide et facile à mettre en oeuvre, en comparaison dautres techniques utilisées pour atteindre le même objectif.

     

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

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

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

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

     

Study of cavernous underground conduits in Nam La (Northwest Vietnam) by an integrative approach

This paper presents the result of an investigation of underground conduits, which connect the swallow holes and the resurgence of a blind river in the tropical, highly karstified limestone Nam La catchment in the NW of Vietnam. The Nam La River disappears underground in several swallow holes near the outlet of the catchment. In the rainy season this results in flooding upstream of the sinkholes. A hypothesis is that the Nam La River resurges at a large cavern spring 4.5 km east of the catchment outlet. A multi-thematic study of the possible connections between the swallow holes and the resurgence was carried out to investigate the geological structure, tectonics, cave structure analysis and discharge time series. The existence of the underground conduits was also tested and proven by tracer experiments. On the basis of a lineament analysis the location of the underground conduits were predicted. A remote sensing derived lineament-length density map was used to track routes from the swallow holes to the resurgence, having the shortest length but highest lineament density. This resulted in a plan-view prediction of underground conduits that matches with the cave and fault development. The functioning of the conduits was further explained by analysing flooding records of a nearby doline, which turns out to act as a temporary storage reservoir mitigating flooding of the catchment outlet area.

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Resumen Este artículo presenta el resultado de una investigación de conductos subterráneos, los cuales conectan dolinas y la resurgencia de un río ciego en la cuenca tropical Nam La, compuesta por calizas altamente karstificadas, en el noroeste de Vietnam. El Río Nam La desaparece en el subsuelo por medio de varias dolinas cerca de la salida de la cuenca. Durante la estación lluviosa esto resulta en inundaciones aguas arriba de las dolinas. Una hipótesis es que el Río Nam La resurge en un manantial de caverna grande a 4.5 km al oriente de la salida de la cuenca. Se llevó a cabo un estudio multi-temático de las conexiones posibles entre las dolinas y la resurgencia para investigar la estructura geológica, tectónica, análisis estructural de cavernas, y series de tiempo de descarga. Se evalúa y se demuestra también la existencia de conductos subterráneos por medio de experimentos con trazadores. En base a análisis de lineamientos se predice la localización de los conductos subterráneos. Se utiliza un mapa de densidad de longitudes de lineamientos construido a partir de sensores remotos para seguir las rutas de las dolinas a la resurgencia, teniendo longitudes más cortas pero densidad de lineamientos más altas. Esto da por resultado una predicción en vista de planta de conductos subterráneos que se ajustan con el desarrollo de cavernas y fallas. El funcionamiento de los conductos se explica posteriormente mediante el análisis de registro de inundaciones de una dolina cercana la cual actúa como un reservorio de almacenamiento temporal que mitiga inundaciones en el área de salida de la cuenca.

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Résumé Cet article présente les résultats de linvestigation de conduits souterrains, qui mettent en connexion les pertes et les résurgences dune rivière souterraine dans le bassin versant de Nam La, dans une région tropicale fortement karstique du NW du Vietnam. La rivière Nam La disparaît dans le sous-sol via plusieurs pertes à proximité de lexutoire du bassin. Durant la saison des pluies, les pertes se mettent en charge et des inondations apparaissent. Une hypothèse serait que la rivière ressort 4.5 km à lEst de lexutoire du bassin, dans une grande caverne. Une étude multi-thématique visant les connexions possibles entre les pertes et les résurgences a été réalisée. Elle comprend létude de la structure géologique, la tectonique, lanalyse de la structure karstique et des chroniques de débits. Lexistence des conduits souterrains est également testée et prouvée par des essais de traçages. Sur base de lanalyse des linéaments, la localisation des conduits souterrains est prédite. Grâce à la télédétection et une cartographie de la densité et de la longueur des linéaments, on peut deviner le cheminement de leau entre les pertes et la résurgence (via le chemin le plus court et la densité de fracturation la plus importante). Il en résulte une vue en plan prédisant la localisation des conduits, qui correspond par ailleurs avec le développement des cavités et des failles. Le fonctionnement des conduits est ensuite expliqué sur base de lanalyse des chroniques de débits enregistrés à proximité dune doline, qui joue le rôle dun réservoir temporaire, mitigeant les inondations à la zone de lexutoire du bassin-versant.

     

Estimation of transport hydraulic parameters in loessic sediment, Argentina: Application of column tests

Dispersivity and porosity parameters needed to simulate flow and non-reactive transport were calculated and validated for loess-like sediments of the Pampean aquifer located in southeastern Buenos Aires province, Argentina, using infiltration experiments in laboratory columns filled with selected undisturbed sediment. To obtain values for these parameters, the experimental curves of arrival for chloride were visually adjusted to the curves obtained from numerical simulation using PHREEQC 2.0. Visual adjustment consisted of trying different parameter values until the most representative one was obtained. The best adjustment was obtained for dispersivity and porosity values of 0.01 m and 0.35, respectively. Since analytical solutions for the flow and transport equations are applicable to simplified cases such as this, an attempt was made to adjust the parameters automatically, using a model based on this type of solution. This automated analytical solution was developed using the Fortran programming language, and the automatic parameter calibration was achieved by minimizing the distance between the observed and calculated values of two parameters. The automated technique gave values of 0.0084 m and 0.39 for dispersivity and porosity, respectively. The sediments studied here constitute the uppermost unit of the Pampean aquifer. Given the relevance of this layer and the growing anthropic influence on it, parameter quantification is important for both laboratory tests and for hydrogeochemical simulations that investigate contaminant transport.

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Resumen Se han obtenido los parámetros hidráulicos dispersividad y porosidad efectiva para sedimentos loessoides del acuífero denominado Pampeano cuya extensión abarca casi todo el sector central de la República Argentina. Los sedimentos estudiados en este trabajo se localizan en el sudeste de la provincia de Buenos Aires, Argentina. Los parámetros fueron calculados y validados mediante la obtención de curvas de arribo de cloruro en ensayos en columnas de laboratorio con el sedimento no perturbado, y su ajuste visual a curvas obtenidas en modelos numéricos con el programa PHREEQC 2.0. Los mejores ajustes se alcanzaron con valores de porosidad y dispersividad de 0.01 y 0.35 respectivamente. Asimismo, se implementó una solución analítica del problema en código FORTRAM para lograr el ajuste automático de estos dos parámetros mediante la minimización de las distancias en función de los dos parámetros. Los valores obtenidos fueron: dispersividad 0.0084 m y porosidad efectiva 0.39. Los resultados fueron validados mediante la realización de nuevos ensayos y ajustes numéricos. Los sedimentos aquí estudiados son de importancia por constituir la unidad mas superficial del sistema acuífero Pampeano, la cual es usualmente explotada por perforaciones domiciliarias. La cuantificación de sus parámetros hidráulicos es necesaria para ensayos de laboratorio y simulaciones hidroquímicas orientadas al estudio de la contaminación.

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Résumé Les paramètres de dispersivité et de porosité nécessaires à la simulation des écoulements et des transports non-réactifs, ont été calculés et validés pour des sédiments loessiques de laquifère Pampéien dans le Sud-Est de la province de Buenos Aires, Argentine, au moyen dexpériences dinfiltration sur colonnes expérimentales remplies du sédiment non remanié. Pour obtenir les valeurs des paramètres, les courbes expérimentales de larrivée du chlore (élément conservatif) ont été visuellement calibrées sur les courbes obtenues par la simulation numérique sur Phreeqc 2.0.3 Lajustement visuel consistait à tester différents paramètres jusquà trouver le plus représentatif. Le meilleur ajustement était atteint avec des dispersivités et des porosités respectivement de lordre de 0.01 m et 0.35 m. Dés lors que la solution analytique de lécoulement et du transport est applicable dans des cas simplifiés comme celui-ci, il a également été opté dajuster automatiquement les paramètres, en utilisant un programme Fortran ; le calibrage automatique a été obtenu en minimisant la distance fonction des deux paramètres. Les valeurs obtenues ont été de 0.0084 m et 0.39 pour la dispersivité et la porosité. Le sédiment étudié ici constitue lunité supérieure de laquifère. Cette couche est primordiale notamment du point de vue de lactivité anthropique qui est menée dessus ; la quantification des paramètres de transport est importante pour les tests en laboratoire et les simulations hydrogéochimiques orientées vers les études de transport de soluté.

     

Participatory groundwater management in Jordan: Development and analysis of options

Groundwater over-exploitation has been on the rise in Jordan. Competing demands have grown in the face of perennial water shortages, a situation which has been exacerbated by drought conditions in the past decade. This paper reports findings of a project in which management options to address over-exploitation were developed for one of Jordans principal aquifer systems, the Amman-Zarqa Basin. Options for addressing the situation were developed through a participatory approach that involved government officials and various public and private sector interest groups. Particular efforts were made to involve well irrigators, who are likely to be heavily impacted by the changes required to reduce groundwater pumping to a sustainable level. With information obtained from a rapid appraisal survey as well as from interviews with farmers, community groups, government officials, and technical experts, an extensive set of options was identified for evaluation. Based on integrated hydrogeologic, social, and economic analysis, five complementary management options were recommended for implementation. These included the establishment of an Irrigation Advisory Service, buying out farm wells, placing firm limits on well abstraction and irrigated crop areas, exchanging treated wastewater for groundwater, and measures to increase the efficiency of municipal and industrial water use. Various combinations and levels of these options were grouped in scenarios, representing possible implementation strategies. The scenarios were designed to assist decision makers, well owners and other stakeholders in moving gradually towards a sustainable abstraction regime. Social and economic aspects of each option and scenario were analyzed and presented to stakeholders, together with a summary of legal, institutional and environmental ramifications. Combining scientific analysis with a participatory approach in the Amman Zarqa Basin groundwater management was devised as a prototype to be used in the management of other groundwater basins in Jordan. This participatory management approach would also be useful in other parts of the world that are experiencing similar groundwater over-exploitation problems.Résumé La surexploitation des eaux souterraines prend de limportance en Jordanie. Les demandes en concurrence ont augmenté face à des déficits permanents deau, situation qui a été exacerbée par la sécheresse de la dernière décennie. Cet article rend compte de laboutissement dun projet dans lequel des options de gestion portant sur la surexploitation ont été développées pour lun des principaux systèmes aquifères de Jordanie, le bassin dAmman Zarqa. Des options pour aborder cette situation ont été développées grâce à une approche participative qui implique des fonctionnaires du gouvernement et des groupes dintérêts variés des secteurs public et privé. Des efforts particuliers ont été faits pour impliquer les irrigants utilisant des puits, qui sont probablement ceux qui ont le plus fort impact sur les changements attendus permettant de remettre le système en équilibre. À partir des informations obtenues de campagnes rapides dévaluation, telles que des réunions de communautés et des entrevues avec des experts techniques du gouvernement, un large jeu doptions a été identifié pour lévaluation. Basées sur une analyse hydrogéologique, sociale et économique, cinq options complémentaires de gestion ont été recommandées pour la réalisation. Ce sont la création dun Service Consultatif dIrrigation, achetant les puits agricoles, fixant des limites fermes aux prélèvements des puits et aux zones irriguées, échangeant les eaux usées traitées avec des eaux souterraines, et la mise en place de mesures pour accroître lefficacité des usages collectifs et industriels. Des combinaisons et des niveaux variés de ces options ont été regroupés en scénarios, présentant les stratégies possibles de mise en uvre. Les scénarios ont été mis au point pour assister les décideurs, les propriétaires de puits et les autres acteurs pour atteindre progressivement un régime de prélèvement durable. Les aspects sociaux et économiques de chaque option et de chaque scénario ont été analysés et présentés aux acteurs, en même temps quun résumé des ramifications légales, institutionnelles et environnementales. En combinant une analyse scientifique à une approche participative du bassin dAmman Zarqa, la gestion des eaux souterraines a été imaginée comme un prototype pouvant être utilisé pour la gestion dautres bassins aquifères de Jordanie. Il peut également être utile à dautres régions du monde qui sont concernées par des problèmes similaires de surexploitation des eaux souterraines.Resumen La sobreexplotación de las aguas subterráneas ha ido en aumento en Jordania, donde las demandas en competición han crecido frente a una escasez perenne de agua, situación que ha sido agravada por el estado de sequía de la última década. Este artículo presenta los hallazgos de un proyecto en el que se han desarrollado opciones de gestión para hacer frente a la sobreexplotación en uno de los principales sistemas acuíferos de Jordania: la cuenca de Ammán-Zarga. Se ha elaborado opciones para afrontar la situación mediante un enfoque participativo que incluye a personal del gobierno y a diversos grupos de interés de los sectores público y privado. En particular, se ha intentado involucrar a los regantes que se sirven de aguas subterráneas, quienes tienen más probabilidad de ser directamente afectados por los cambios requeridos para devolver el sistema a un balance equilibrado. A partir de la información obtenida en rápidas campañas de valoración, así como de encuentros con la comunidad y entrevistas con los expertos técnicos del gobierno, se ha identificado un amplio conjunto de opciones para su evaluación. Basándose en un análisis integrado de los aspectos hidrogeológicos, sociales y económicos, se ha recomendado la implementación de cinco opciones complementarias de gestión: establecimiento de un Servicio Asesor de Riego; adquisición de pozos de granjas; imposición de límites estrictos en las extracciones de pozos y superficies de riego; substitución de las aguas subterráneas con aguas residuales depuradas; y medidas para incrementar la eficiencia de los usos municipales e industriales del agua. Se ha agrupado varias combinaciones y niveles de dichas opciones en escenarios, representando estrategias posibles de implementación. Los escenarios han sido diseñados para ayudar a los gestores en la toma de decisiones, a los propietarios de pozos y a otros agentes para que se vaya consiguiendo de forma gradual un régimen de extracciones sustentable. Se ha analizado los aspectos sociales y económicos de cada opción y de cada escenario, presentándolos a los diversos agentes, además de generar un resumen de ramificaciones legales, institucionales y medioambientales. Se ha concebido la combinación de un análisis científico con un enfoque participativo en la cuenca de Ammán-Zarga como un prototipo de gestión de las aguas subterráneas que puede ser aplicado a la gestión de otras cuencas en Jordania. También sería útil en otros lugares del mundo que estén experimentando problemas similares de sobreexplotación de los recursos hídricos subterráneos.Abbreviations and acronyms AED Academy for Educational Development - ARD Associates in Rural Development - AZB Amman–Zarqa Basin - ECC Economic Consultative Council - GMCC Groundwater Management Consultative Committee - GMF Groundwater Management Fund - GIS Geographic Information System - HDH Hashmiya–Dulayl–Hallabat - IAS Irrigation Advisory Service - JICA Japanese International Cooperation Agency - M&I Municipal and Industrial - MOA Ministry of Agriculture - MWI Ministry of Water and Irrigation - NCARTT National Center for Agricultural Research and Technology Transfer - NGO Non-governmental Organization - O&M Operations and Maintenance - RA Rapid Appraisal - RS Remote Sensing - UFW Unaccounted for Water - USAID United States Agency for International Development - WAJ Water Authority of Jordan - WEPIA Water Education & Public Information Activity - WRPS Water Resource Policy Support     

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

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

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

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

     

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.

     

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

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

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

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

     

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.

     

A comparison of electrical and electromagnetic methods for the detection of hydraulic pathways in a fractured rock aquifer,Clare Valley,South Australia

Within fractured rock, the irregular and often unpredictable distribution and geometry of hydraulically conductive fractures produces large spatial variations in bore yield and groundwater quality. As fractures act as conduits for flow of both groundwater and electrical charge, methods which can efficiently detect the distribution of electrical pathways can be used to infer characteristics of significant hydrological parameters. This study compares the capabilities and limitations of electrical data obtained from direct current (DC) and electromagnetic (EM) surface azimuthal measurements, and from DC borehole-to-surface and cross-borehole measurements, for the interpretation of major hydrological structures in Clare Valley, South Australia. Electrical and EM surface methods are limited by poor depth sensitivity and the presence of conductive overburden, but provide useful tools for determining directional variations in resistivity at sites lacking bedrock exposure and boreholes. Application of borehole-to-surface methods yielded a better-resolved interpretation of sub-vertical fracture strike and was useful in identifying lateral variations in bedrock heterogeneity. Improved flexibility and sensitivity to measurements at depth permitted cross-borehole electrical tomography data to be used in reconstructing the spatial distribution of sub-horizontal, laterally extensive, electrically conductive zones. While the technique is restricted to small-scale sites with multiple boreholes, inferences can be made on fluid connections over a much larger regional scale. It is important to note, however, that while electrical methods provide valuable information about in-situ hydraulic pathways, they do not provide a complete hydraulic characterisation. Such a task requires integration of surface and borehole geophysics, geologic mapping, sampling and pumping tests of wells with packed-off intervals.

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Resumen La geometría, y con frecuencia impredecible, distribución irregular de fracturas hidráulicamente conductivas dentro de roca fracturada genera variaciones espaciales grandes en producción de pozos y calidad de agua subterránea. Debido a que las fracturas actúan como conductos de flujo de agua y carga eléctrica, los métodos que detectan eficientemente la distribución de trayectorias eléctricas pueden utilizarse para inferir las características de parámetros hidrológicos significativos. Este estudio compara las capacidades y limitaciones de datos eléctricos obtenidos de mediciones azimutales superficiales electromagnéticas (EM) y de corriente directa (DC), y de mediciones de DC realizadas en la superficie y pozos así como mediciones realizadas entre pozos para la interpretación de estructuras hidrológicas principales en el Valle Clare, sur de Australia. Los métodos superficiales eléctricos y EM están limitados por sensitividad de profundidad pobre y la presencia de cubierta conductiva, pero aportan herramientas útiles para determinar variaciones direccionales de resistividad en sitios que carecen de pozos y afloramientos rocosos. La aplicación de métodos superficiales y de pozos aportan una mejor interpretación del rumbo de fracturas sub-verticales y fue útil en identificar variaciones laterales en la heterogeneidad del macizo rocoso. El mejoramiento de flexibilidad y sensitividad en las mediciones profundas permitió que los datos de tomografía eléctrica de los pozos fuera utilizado en la reconstrucción de la distribución espacial de zonas eléctricas conductivas, sub-horizontales y lateralmente extensas. Aunque la técnica está restringida a sitios de pequeña escala con múltiples pozos, puede realizarse inferencias sobre relaciones entre fluidos en una escala regional mucho más grande. Sin embargo, es importante notar que aunque los métodos eléctricos aportan información valiosa acerca de las trayectorias hidráulicas in-situ, aún no proporcionan una caracterización hidráulica completa. Esta tarea requiere integrar geofísica superficial y de pozos, mapeo geológico, muestreo y pruebas de bombeo en pozos con intervalos sin empaque.

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Résumé Au sein des roches fracturées, lirrégularité et limprédictible distribution et géométrie des fractures par lesquelles sécoulent leau souterraine produit de larges variations spatiales entre les débits des forages et les paramètres de la qualité de leau. Comme les fractures conduisent et leau et les charges électriques, les méthodes qui peuvent de manière efficiente détecter la distribution des courants électriques peuvent être utilisées pour analyser les caractéristiques des principaux paramètres hydrologiques. Cette étude compare les capacités et les limites des données produites par Courant Direct (DC en Anglais) et par mesure Electromagnétique azimutale de surface (EM en Anglais), et par DC entre surface et forage et entre plusieurs forages, pour linterprétation de la structure hydrologique de la Vallée de Clare, Australie du Sud. Les méthodes électriques et électromagnétiques sont limitées par la faible sensitivité à la profondeur et la présence dune couverture conductrice, mais procure des outils utiles pour déterminer les variations directionnelles en terme de résistivité là où la roche nest pas affleurante et dans les puits. Lapplication de la méthode dinvestigation «forage à surface» apporte une meilleure interprétation des fractures sub-verticales et des hétérogénéités latérales. Les tomographies électriques entre forage bénéficient de la flexibilité et de la sensibilité des mesures en profondeur, et permettent de délimiter lextension latérale des hétérogénéités sub-horizontales de zones conductrices. Alors que la technique est restreinte à de petits sites comprenant de nombreux forages, il est possible de reconstituer les connections hydrauliques à des échelles régionales. Il est important de noter que les méthodes fournissent des informations intéressantes mais pas des caractérisations hydrauliques complètes. Pour cela les données pourraient être complétées par des études plus poussées intégrant les différentes prospections géophysique, les données des cartes géologiques, des échantillonnages et des essais de pompage à différents intervalles de profondeur.

     

Study on the relationship between lineaments and borehole specific capacity in a fractured and karstified limestone area in Vietnam

For a karstified limestone area in NW Vietnam, the relationship between the distribution of lineaments and borehole specific capacity is determined, resulting in the conclusion that not only the borehole geomorphological-hydrogeological position but also the lineament distribution influences the specific capacity.No significant spatial well yield patterns are evident in this highly fractured-karstified region. The supposition is that lineaments caused by geotectonic activities affect the local variability in borehole specific capacity. Sixteen pumping tests in conjunction with a comprehensive lineament analysis are used to prove this relationship. The boreholes and lineaments are classified into two groups according to their similarity in geomorphological-hydrogeological features. Lineaments tend to be less detectable in discharge areas (lowland, wide and flat valleys) in contrast to the high density in recharge areas (highland narrow-mountainous ravines). In addition, the presence of a stream network in the former can act as a recharge source to the underlain karstic groundwater system. Consequently, boreholes that are in the discharge areas with a lower density of lineaments often produce high yield. For recharge areas with a high density of lineaments, a good correlation is found between lineament density and borehole specific capacity.

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Resumen El resultado ha sido la conclusión de que tanto la distribución de lineamientos como el nivel base local de erosión, i. e. la red de arroyos, influyen el rendimiento de los pozos. No hay ningún patrón evidente significativo de rendimiento de pozos según parámetros espaciales en esta región altamente karstificada y fracturada. La suposición es que los lineamientos causados por actividad geotectónica afectan la variabilidad local de rendimiento de los pozos. Se han utilizado dieciséis pruebas de bombeo en conjunción con un análisis de lineamientos amplio para descubrir la relación. Los pozos y lineamientos se han clasificado en dos grupos de acuerdo con sus similitudes en rasgos geomorfológicos-hidrogeológicos. Se tiende a detectar menos lineamientos en valles anchos y planos en contraste con la alta densidad en áreas de valles montaosos angostos. Adicionalmente, la presencia de una red de arroyos en estos últimos puede actuar como fuente de recarga del sistema de aguas subterráneas kárstico subyacente. En consecuencia, los pozos que se encuentran en el área con una menor densidad de lineamientos pero cercanos a un nivel local base de erosión frecuentemente tienen un rendimiento alto. En el caso de los valles angostos con una alta densidad de lineamientos, se ha encontrado una correlación alta entre densidad de lineamientos y rendimiento de pozos.

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Résumé La relation entre la distribution des linéaments et le rendement des puits est déterminée pour une région dans le nord ouest du Vietnam composée de calcaires karstiques. La conclusion qui résulte de lanalyse de cette relation est que la distribution des linéaments ainsi que leur niveau local dérosion affectent le rendement des puits. Aucune tendance na été observée dans la distribution spatiale des puits selon leur rendement au sein de cette région karstique grandement fracturée. On suppose que les linéaments produits par lactivité géotectonique ont une influence sur la variabilité locale du rendement des puits. Les résultats de seize essais de pompage et une analyse complète des linéaments sont utilisés pour établir la relation. Les puits et les linéaments sont classés en deux groupes selon la similarité de leur caractéristiques géomorphologiques et hydrogéologiques. Les linéaments sont plus difficilement repérables dans les grandes vallées plates que dans les étroites vallées de montagne, qui présentent une densité élevée de linéaments. De plus, la présence de rivières dans les premières peut contribuer à la recharge du système découlement souterrain karstique sous-jacent. Par conséquent, les puits situés dans les régions à faible densité en linéaments, mais qui se trouvent près de linéaments à niveau local dérosion élevé présentent souvent un rendement élevé. Dans les vallées étroites ayant une grande densité de linéaments, il y a généralement une corrélation élevée entre la densité des linéaments et le rendement des puits.

     

Preliminary assessment of the impacts of deep foundations and land reclamation on groundwater flow in a coastal area in Hong Kong, China

Many coastal areas have been intensively urbanized because people living and working on or near coastlines are increasing. Land reclamation from the sea and high-rise buildings are common approaches to satisfying the growing needs for more housing and other land use. Coastal areas are usually the ultimate discharge zones of groundwater systems. Using a coastal area in Hong Kong as a case study, this paper discusses the change in a groundwater system due to land reclamation and construction of building foundations in a coastal area. The upper part of the study area is in a nearly natural state, whereas the lower part is probably one of the most extensively developed areas in the world. It is evident that the groundwater flow system in this area has been changed over the last century. The piezometers in the transitional zone between the natural slopes and the urbanized areas indicate significant response to rainfall and obvious upward groundwater flow. To understand these piezometric responses to rainfall, a cross section is selected for detailed study using a two-dimensional multilayered numerical model. The parameters and structure of the aquifer system are calibrated by comparing the simulated and observed water levels. To reproduce the observed behavior of the groundwater system, the model has to include two important characteristics: a highly permeable zone at the rockhead and a reduction in hydraulic conductivity of 14–20 times in the urbanized area. The simulation demonstrates that both land reclamation along the coastline and deep foundations have contributed to the modification of the flow system, but the deep foundations have the most profound impact, especially when a high conductivity zone is present at the rockhead.

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Resumen Muchas áreas costeras han sido urbanizadas de manera intensiva, debido a la presión creciente de la gente que quiere vivir y trabajar en estos sitios. Los terrenos arrebatados al mar y los edificios de gran altura, son las respuestas comunes para satisfacer las necesidades de mas vivienda y usos nuevos para el suelo. Las áreas costeras son comúnmente las zonas de descarga final de los sistemas de agua subterránea. A través de un área costera en Hong Kong, tomada como estudio de caso, este artículo discute el cambio causado en un sistema de agua subterránea, debido a la recuperación de terrenos anteriormente cubiertos por el mar y a la construcción de cimientos de edificios en la zona costera. La parte más alta de la área de estudio está casi en su estado natural, mientras que la parte baja es probablemente una de las áreas más extensas en su tipo y más desarrolladas en el mundo. Es evidente que el sistema de flujo del agua subterránea en esta área ha sido cambiado a lo largo del último siglo. Los piezómetros en la zona transicional, entre los taludes naturales y las áreas urbanizadas, muestran una respuesta notable a la lluvia y un flujo evidente hacia arriba del agua subterránea. Para entender estas respuestas piezométricas a la lluvia, se seleccionó una sección vertical para estudio detallado, utilizando un modelo numérico bidimensional multicapa. Los parámetros y estructura del sistema acuífero son calibrados mediante la comparación de los niveles de agua observados y simulados. Para reproducir el comportamiento observado del sistema de agua subterránea, el modelo ha incluido dos características importantes: Una zona altamente permeable en la parte más elevada y una reducción de 14 a 20 veces en la conductividad hidráulica, dentro de la zona urbanizada. La simulación demuestra que tanto los terrenos recuperados del mar, como las cimentaciones profundas a lo largo de la línea de costa, han contribuido a la modificación del sistema de flujo, pero las cimentaciones profundas han causado el mayor impacto, especialmente cuando se presenta una zona de alta conductividad en la parte más elevada del área.

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Résumé La plupart des zones côtières ont été intensivement urbanisé due à la croissance de la population qui travaille et vive sur les zones littorales. La récupération des terrains sur la mer ainsi que la construction des grandes immeubles sont les moyens usuels utilisés pour satisfaire les demandes accrues de logement. Dhabitude les zones côtières représentent lexutoire final des aquifères. En utilisant la zones côtière de Hong Kong comme un étude de cas cet article analyse les changements dans les systèmes aquifères produits par la récupération des terrains et par les fondations des grandes immeubles. Tendis que la partie supérieure de la zone étudiée se trouve presque à létat naturel, la partie inférieure représente une des zones les plus développée du monde. Il est donc évident que la circulation des eaux souterraines a été modifiée pendant le dernière siècle. Les piézomètres remplacés entre les versants et la zone urbanisée montrent une réponse significative aux précipitations ainsi quune hausse générale des niveaux. Pour mieux comprendre la réponse des niveaux aux plues on a modélisé lécoulement dans une coupe vericale en utilisant un modèle numérique multicouches. Les paramètres et la strucure du système aquifère ont été calés en comparant les niveaux calculés et mesurés. Affin de reproduire les niveaux mesurés le modèle doit considérer deux caratéristiques importantes: une zone périglaciaire à grande perméabilité et une diminution jusqu à vingt fois de la perméabilité dans les zone urbanisées. La simulation a mis en évidence que les récupération des terrains au long du littoral aussi bien que les fondations profondes ont modifié lécoulement mais que les dernières ont limpact le plus important surtout lorsquil sagit de la zone périglaciaire à grande perméabilité.

     

Investigating cross-contamination of aquifers

Shallow aquifers can cross-contaminate deeper aquifers through penetration of an intervening aquitard, via sandy intervals in the aquitard, along well casings, across long well screens, or around aquitard pinchouts. Distinguishing among these potential pathways requires the use of evaluation tools that may support or eliminate certain pathways. These tools include groundwater gradient and aquitard penetration calculations, aquifer pumping test interpretation techniques, chemical concentration plots and statistical methods, hydraulic conductivity-based travel time calculations, pumping-concentration tests, methods for evaluating leaky wells, and methods for evaluating aquitard continuity. Based on analysis of several of these techniques at three sites experiencing aquifer cross-contamination, the authors conclude that calculation of flow rates for various pathways is the single most useful method to confirm or refute specific pathways. Evaluation of leaky wells and aquitard continuity generally must be coupled with other tools to adequately test specific pathways. While fingerprinting, statistical analysis or ratio analysis of contaminants from various sources and receptors was not completed for any of the evaluated sites, the authors believe that these techniques have strong potential for confirming or eliminating pathways. Future research in this area is suggested. Furthermore, the interpretation of pumping-concentration tests is not well developed and needs further assessment.

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Resumen Acuíferos someros pueden ocasionar contaminación transversal de acuíferos profundos mediante la penetración de un acuitardo intermedio, a través de intervalos arenosos en el acuitardo, a lo largo del revestimiento de pozos, o en las inmediaciones de lentes de acuitardos. Para distinguir entre estas trayectorias potenciales se requiere el uso de herramientas de evaluación que pueden apoyar o eliminar ciertas trayectorias. Estas herramientas incluyen cálculos de gradientes de agua subterránea y penetración de acuitardos, técnicas de interpretación de pruebas de bombeo de acuíferos, diagramas de concentración química y métodos estadísticos, estimaciones de conductividad hidráulica en base al tiempo de viaje, pruebas de concentración de bombeo, métodos para evaluar pozos con fugas, y métodos para evaluar la continuidad de acuitardos. Basándose en el análisis de varias de estas técnicas en tres sitios que experimentan contaminación transversal de acuíferos, los autores concluyen que la estimación de ritmos de flujo para varias trayectorias es el único método más útil para confirmar o rechazar trayectorias de flujo específicas. La evaluación de pozos con fugas y continuidad de acuitardos generalmente debe estar acompañada con otras herramientas para probar adecuadamente trayectorias específicas. Aunque no se completó para ninguno de los sitios evaluados técnicas de huellas, análisis estadístico o análisis de relaciones de contaminantes de varias fuentes y receptores, los autores creen que estas técnicas tienen fuerte potencial en la confirmación o eliminación de trayectorias. Se sugiere investigación futura en esta área. Además, la interpretación de pruebas de concentración de bombeo no se ha desarrollado bien y necesita evaluación posterior.

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Résumé Les aquifères de surface peuvent contaminer les aquifères plus profonds à travers un aquitard, un intersection sableuse dans laquitard, le long des forages et de leur crépines, ou de la terminaison biseautée des aquitards. Distinguer et sélectionner ces différents modes de contamination nécessite lutilisation doutils dévaluation. Ces outils incluent le gradient découlement des eaux souterraines et le calcul de pénétration des aquitards, les techniques dinterprétation des essais de pompage, les méthodes dinterprétation chimiques et de traitement statistique, les calculs des temps de transferts sur base de la conductivité, les tests de pompage couplé aux analyses de concentration, les méthodes pour évaluer linfiltration directe alimentant les forages, et les méthodes permettant dévaluer la continuité des aquitards. Basé sur lanalyse de plusieurs de ces techniques sur trois sites expérimentales présentant des contaminations transversale, les auteurs concluent que le calcul des rapports découlement est la méthode la plus simple pour confirmer ou refuser les voies spécifiques. Alors que le traçage, les analyses statistiques et les analyses de la contamination provenant de différentes sources et récepteurs nétait pas complètes pour la plus part des différents sites évalués nétaient pas compléments certains, les auteurs croient que ces techniques ont un potentiel fort pour confirmer ou éliminer ces techniques. Des recherches futures dans cette zone est suggérée. Par ailleurs, linterprétation des tests de pompage couplés à lanalyse des concentrations nest pas développée et nécessite de meilleurs estimations.

     

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.

     

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

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

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

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

     

Characterisation of the hydrogeology of the Augustus River catchment,Western Australia

Understanding the hydrogeology of weathered rock catchments is integral for the management of various problems related to increased salinity within the many towns of Western Australia. This paper presents the results of site characterisation investigations aimed at improving the overall understanding of the hydrogeology of the southern portion of the Augustus River catchment, an example of a weathered rock catchment. Site data have highlighted the presence of both porous media aquifers within the weathered profile and fractured rock aquifers within the basement rocks. Geophysical airborne surveys and other drilling data have identified a large number of dolerite dykes which crosscut the site. Fractured quartz veins have been found along the margins of these dolerite dykes. Detailed groundwater-level measurements and barometric efficiency estimates indicate that these dolerite dykes and fractured quartz veins are affecting groundwater flow directions, promoting a strong hydraulic connection between all aquifers, and also influencing recharge mechanisms. The hydrogeological significance of the dolerite dykes and fractured quartz veins has been assessed using a combination of high-frequency groundwater-level measurements (30-min sampling interval), rainfall measurements (5-min sampling interval) and barometric pressure fluctuations (30-min sampling interval). A conceptual model was developed for describing various hydrogeological features of the study area. The model indicates that fractured quartz veins along the margins of dolerite dykes are an important component of the hydrogeology of the weathered rock catchments.

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Resumen Entender la hidrogeología de cuencas con rocas meteorizadas es esencial para gestionar diversos problemas relacionados con el incremento de salinidad en muchas ciudades de Australia Occidental. Este artículo presenta los resultados obtenidos en la caracterización de varios emplazamientos con el fin de mejorar el conocimiento general de la hidrogeología en la zona sur de la cuenca del Río Augustus, que sirve como ejemplo de cuenca en rocas meteorizadas. Los datos de campo resaltan la presencia tanto de medios acuíferos porosos dentro del perfil meteorizado como de acuíferos en rocas fracturadas dentro de la roca fresca. Los registros geofísicos aéreos y datos de las perforaciones han identificado un gran número de diques de dolerita que intersectan el emplazamiento. Se ha hallado venas de cuarzo fracturado a lo largo de los márgenes de los diques de dolerita. Medidas detalladas del nivel piezométrico y estimaciones de la eficiencia barométrica indican que los diques de dolerita y las venas de cuarzo fracturado afectan las direcciones del flujo de las aguas subterráneas, originando una fuerte conexión hidráulica entre todos los acuíferos e influenciando también a los mecanismos de recarga. Se ha establecido la importancia hidrogeológica de los diques de dolerita y de las venas de cuarzo fracturado mediante una combinación de medidas muy frecuentes del nivel piezométrico (cada 30 min), de la precipitación (cada 5 min) y de las fluctuaciones de la presión barométrica (cada 30 min). Se ha desarrollado un modelo conceptual para describir varias características hidrogeológicas del área de estudio. El modelo indica que las venas de cuarzo fracturado en los márgenes de los diques de dolerita constituyen un componente importante de la hidrogeología de cuencas con rocas meteorizadas.

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Résumé Comprendre lhydrogéologie des bassins en roches altérées est essentiel pour la gestion de différents problèmes liés à laugmentation de la salinité dans de nombreuses villes dAustralie occidentale. Cet article présente les résultats détudes de caractérisation de sites conduites pour améliorer la compréhension de lhydrogéologie de la partie sud du bassin de la rivière Augustus, exemple de bassin en roches altérées. Les données concernant le site ont mis en évidence la présence simultanée daquifères poreux dans le profil daltération et daquifères de roches fracturées dans le socle. Des campagnes de géophysique aéroportée et dautres données de forages ont identifié de très nombreux dykes de dolérite traversant le site. Des veines de quartz fracturées ont été trouvées aux marges de ces dykes de dolérite. Des mesures détaillées de niveau des nappes et des estimations des effets barométriques indiquent que ces dykes de dolérite et les veines de quartz fracturées affectent les directions découlement souterrain, favorisant une forte connexion hydraulique entre tous ces aquifères, et influençant également les mécanismes de recharge. La signification hydrogéologique des dykes de dolérite et des veines de quartz fracturées a été analysée en combinant des mesures à haute fréquence du niveau des nappes (toutes les 30 min), de la pluie (toutes les 5 min) et des variations de la pression barométrique (toutes les 30 min). Un modèle conceptuel a été établi pour décrire les différents phénomènes hydrogéologiques de la région étudiée. Ce modèle indique que les veines de quartz aux marges des dykes de dolérite sont une importante composante de lhydrogéologie des bassins en roches altérées.

     

Geochemistry and the understanding of ground-water systems

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

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

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

     

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.