Investigating Recharge Of Shallow And Paleo-Groundwaters In The Villa De Reyes Basin,SLP, Mexico,With Environmental Isotopes

The semi-arid Villa de Reyes basin of fractured rhyolite volcanics and volcaniclastic sediments hosts considerable groundwater resources exploited by competing water demands for irrigation and for a thermal-electric generating station. Groundwater levels currently drop at a rate exceeding 1 m/yr, placing resource sustainability as a top priority. In this study, we use environmental isotopes to examine the age and sources of recharge to the deep groundwaters, to elucidate the relationship between deep and shallow groundwaters, and to find evidence for interbasinal flow. Piezometric data show that gradients for both deep (to 400 m) and shallow (< 50 m) groundwaters in this semi-to unconfined aquifer are strongly controlled by the high topography of the surrounding volcanic highlands. Shallow groundwaters have highly variable stable isotope contents and are tritiated, indicating modern recharge by local infiltration. The deep groundwaters are well mixed and tritium-free, indicating long flow paths. Radiocarbon ages of the deep groundwaters are calculated with a process-oriented model calibrated with 14C data from modern groundwaters. Results suggest that deep groundwaters were recharged during the late Pleistocence to mid-Holocence epochs. Nonetheless, they are isotopically similar to the shallow groundwaters, implying similar recharge conditions. The long subsurface residence times for deep groundwaters, together with the piezometric evidence, do not preclude the possibility for interbasinal flow, particularly under a hydraulic regime modified by pumping.

---

Les données piézométriques montrent que les gradients dans les eaux souterraines profondes (jusqu'à 400 m) et superficielles (<50m) dans cet aquifère libre à semi-captif sont surtout fixés par la topographie élevée des massifs volcaniques environnants. Les eaux souterraines superficielles présentent des teneurs en isotopes stables très variables et possèdent du tritium, qui indique une recharge moderne par une infiltration locale. Les eaux souterraines profondes sont très bien mélangées et sans tritium, ce qui témoigne d'écoulements longs. Les ages radio-carbone des eaux souterraines profonds ont été calculés au moyen d'un modèle s'appuyant sur les processus, calibréà partir des données de carbone-14 d'eaux souterraines modernes. Les résultats indiquent que les eaux souterraines profondes proviennent d'une recharge au cours du Pléistocène et de l'Holocène moyen. Toutefois, elles sont isotopiquement semblables aux eaux souterraines superficielles, ce qui implique des conditions de recharge semblables. Le long temps de séjour des eaux souterraines profondes à proximité de la surface, confirmé par les données piézométriques, n'exclure pas la possibilité d'écoulements entre les bassins, en particulier sous un régime modifié par pompage.

     

Conceptual hydrodynamic model of the Pamukkale hydrothermal field, southwestern Turkey, based on hydrochemical and isotopic data

The results of study on the hydrochemical and isotope characteristics of shallow and deep waters at Pamukkale hydrothermal field Turkey are described in order to obtain a better understanding of the hydrological circulation. The field can be grouped into two groundwater sub-systems; cold water springs of Ca–HCO₃ type (10–12 °C), and CO₂-rich thermal waters of Ca–HCO₃–SO₄ type (25–58 °C). The occurrence of these water types is closely related to the morphology of the region, where intense tectonism formed horst and graben structures. Hence, two hydrogeological systems were defined: a deep geothermal system which is related to extensive and deep circulation of meteoric water in the regional flow system, and a shallow system which is related to local groundwater flow through sedimentary strata. The meteoric water falling at higher elevations percolates to the local groundwater system at a shallow level and flows to the deep geothermal system. During a deep convection cycle from a recharge to discharge area, the cold water attains heat from the asthenospheric intrusions, causing it to ascend. Variations of chemical and isotopic composition of thermal waters result from their mixing with cool groundwater in a shallow aquifer during their ascent to the surface.

---

Résumé Les résultats d'une étude portant sur les caractéristiques hydrochimiques et isotopiques de puits phréatiques et profonds situés dans le champ hydrothermal de Pamukkale, sont décrits de telle manière à éclairer le fonctionnement des circulations hydrologiques. Le champ peut étre divisé en deux sous-systèmes d'eaux souterraines, l'un avec des eaux de sources froides (10–12 °C) de type Ca–HCO3, et les eaux thermales (25–58 °C) riches en CO₂ et de type Ca–HCO₃–SO4. L'occurrence de ces types d'eaux est fermement liée à la morphologie de la région, oùne tectonique intense a engendré des structures en horsts et en grabens. Dés lors deux systèmes hydrogéologiques ont été définis : un système profond, qui est lié à la circulation extensive et profonde des eaux météoritiques dans le système régional d'écoulement, et un système phréatique lié aux écoulements locaux des eaux souterraines à travers les strates sédimentaires. Les eaux météoritiques aux altitudes élevées, percolent jusqu'aux systèmes locaux phréatiques, puis coulent jusqu'aux systèmes géothermaux plus profonds. Durant le cycle de convection profond des zones de recharge jusqu'aux zones de décharge, l'eau froide atteint les zones chaudes liées aux intrusions athenosphériques, provoquant la remontée. Les variations de la composition chimique et isotopique des eaux thermales résultent dans leurs mélanges avec des eaux souterraines froides dans les aquifères phréatiques durant leur remontée jusqu'à la surface.

---

Resumen Se describen los resultados del estudio de las características isotópicas e hidroquímicas de las aguas someras y profundas para obtener un mejor entendimiento de la circulación hidrológica del campo hidrotermal Pamukkale. El campo puede agruparse en dos sub-sistemas de agua subterránea: manantiales de agua fría del tipo Ca–HCO₃ (10–12°C) y aguas termales ricas en CO₂ del tipo Ca–HCO₃–SO₄(25–58°C). El ambiente de estos tipos de aguas se relaciona estrechamente con la morfología de la región donde el tectonismo intenso ha formado estructuras extensionales tipo graben y horst. Se definieron dos sistemas hidrogeológicos: un sistema geotermal profundo que se relaciona con la circulación profunda y extensa de agua meteórica en el sistema regional de flujo y un sistema somero el cual se relaciona con flujo local de agua subterránea a través de estratos sedimentarios. El agua meteórica que cae en altas elevaciones percola al sistema local de agua subterránea en un nivel somero y fluye hacia el sistema geotermal profundo. Durante un ciclo de convección del área de recarga hacia la zona de descarga, el agua fría se calienta a partir de los intrusivos astenosféricos lo que ocasiona que asciendan. Como resultado de la mezcla de las aguas recalentadas, con agua subterránea fría en un acuífero somero durante el ascenso hacia la superficie, se derivan variaciones en la composición química e isotópica de las aguas termales.

     

Sources of dissolved solids and water in Wadi Al Bih aquifer,Ras Al Khaimah Emirate,United Arab Emirates

Regional brines that underlie the potable groundwater appear to be responsible for the increase in dissolved solids in the Wadi Al Bih aquifer in the Ras Al Khaimah Emirate, United Arab Emirates. In this karstic carbonate aquifer, groundwater extraction exceeds recharge and the reduced heads can induce transport of underlying brines into the potable water aquifer. Increasing dissolved solids with time threatens the continued use of groundwater for agricultural and domestic uses. The potential of intrusion of seawater, dissolution of minerals, or intrusion of regional brines as a source of these solutes were evaluated based on groundwater samples collected in April and September 1996 from the Wadi Al Bih well field and isotope data from previously collected samples. Hydrogeologic conditions and solute modeling suggest the dominant source of solutes in the Wadi Al Bih aquifer is most likely an underlying regional brine. The pervasive presence of tritium is consistent with recent (since 1960s) recharge in the drainage basin, thus, the solutes and water appear to be from different sources. The chemical and isotopic data are also consistent with enhanced groundwater recharge associated with dams constructed to reduce flooding.

---

Résumé Dans l’aquifère de Wadi Al Bih, dans l’Emirat de Ras Al Khaimah (Emirats Arabes Unis), les eaux sursalées présentes sous les eaux souterraines potables paraissent responsables de l’augmentation en solides dissous. Dans cet aquifère carbonaté karstique, l’exploitation des eaux souterraines est supérieure à la recharge, et la baisse des niveaux piézométriques peut engendrer une remontée des eau sursalées vers la ressource en eau potable. L’augmentation des solides dissous dans le temps met en danger la pérennité de l’utilisation des eaux souterraines pour l’agriculture et les besoins domestiques. Les potentiels de l’intrusion d’eau de mer, de la dissolution des minéraux et de l’intrusion d’eaux sursalées régionales en tant que sources de ces solutés ont été évalués sur la base d’échantillons prélevés en avril 1996 sur le champ captant de Wadi Al Bih, et de données isotopiques acquises antérieurement. Les conditions hydrogéologiques et les modélisations de solutés suggèrent que la source majeure des solutés la plus vraisemblable est une eau sursalée sous-jacente à l’échelle régionale, dans le cas de l’aquifère de Wadi Al Bih. L’omniprésence du tritium concorde avec une réalimentation récente (depuis les années 1960) sur le bassin versant, c’est pourquoi l’eau et les solutés paraissent provenir de sources différentes. Les données chimiques et isotopiques concordent également avec une réalimentation accrue des eaux souterraines, liée à la construction récente de digues pour réduire les inondations.

---

Resumen El incremento de sólidos disueltos en el acuífero Wadi Al Bih, en el Emirato Ras Al Khaimah, Emiratos árabes Unidos, parece deberse a la existencia de salmueras regionales, subyacentes a las aguas subterráneas potables. En este acuífero carbonatado kárstico, la extracción de agua subterránea supera la recarga y el descenso de niveles puede provocar el transporte de las salmueras hacia las aguas potables del acuífero. El incremento temporal en sólidos disueltos amenaza el uso continuo de agua subterránea para usos agrícolas y domésticos. Se ha evaluado el potencial de intrusión marina, disolución de minerales o intrusión de salmueras regionales como una fuente de estos solutos, a partir de muestras de agua subterránea recogidas en abril y septiembre de 1996 en el campo de pozos de Wadi Al Bih y de datos isotópicos de muestreos anteriores. Las condiciones hidrogeológicas y el modelo de solutos sugiere que la fuente dominante de solutos en el acuífero Wadi Al Bih son probablemente las salmueras subyacentes. Los datos químicos e isotópicos son también consistentes con un aumento de la recarga de agua subterránea asociado con la construcción de presas para reducir inundaciones.

     

Deep groundwater flow and geochemical processes in limestone aquifers: evidence from thermal waters in Derbyshire, England, UK

Thermal waters potentially provide information on geochemical processes acting deep within aquifers. New isotopic data on groundwater sulphate, inorganic carbon and strontium in thermal and non-thermal waters of a major limestone aquifer system in Derbyshire, England, UK, are used to constrain sulphate sources and groundwater evolution. Shallow groundwaters gain sulphate from oxidation of sulphide minerals and have relatively ¹³C-depleted dissolved inorganic carbon (DIC). Thermal waters have relatively high Sr/Ca and more ¹³C-enriched DIC as a result of increased water–rock interaction. In other respects, the thermal waters define two distinct groups. Thermal waters rising at Buxton have higher Mg, Mn and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and lower Ca and SO₄, indicating flow from deep sandstone aquifers via a high permeability pathway in the limestone. By contrast, Matlock-type waters (97% of the thermal flux) have elevated sulphate concentrations derived from interaction with buried evaporites, with no chemical evidence for flow below the limestone. About 5% of the limestone area's groundwater flows to the Matlock group springs via deep regional flow and the remainder flows via local shallow paths to many non-thermal springs. Gypsum dissolution has produced significant tertiary porosity and tertiary permeability in the carbonate aquifer and this is an essential precursor to the development of karstic drainage.

---

Resumen Las aguas termales potencialmente proporcionan información sobre procesos geoquímicos que actúan a profundidad en acuíferos. Nuevos datos isotópicos de sulfatos, carbón inorgánico y estroncio en aguas termales y no-termales de un acuífero importante de caliza en Derbyshire, Inglaterra se utilizan para delinear las fuentes de sulfato y la evolución de aguas subterráneas.Las aguas subterráneas no muy profundas adquieren sulfato a través de la oxidación de minerales de sulfuro y poseen carbón inorgánico disuelto (DIC) relativamente deplatado de ¹³C. Las aguas termales muestran un ratio Sr/Ca relativamente alto y poseen (DIC) más enriquecido en¹³C, como resultado de la mayor interacción de roca-agua. En otros aspectos, los aguas termales definen dos grupos distintivos. Las aguas termales que ascienden en Buxton tienen mas Mg, Mn y ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr y menos Ca and SO₄, indicando flujo de acuíferos de areniscas profundas por un sendero de alta permeabilidad en la caliza.En contraste el tipo de agua - Matlock (97% del flujo termal) posee altas concentraciones de sulfato, derivado por interacción con evaporitas enterradas, sin evidencia química de flujo debajo de la caliza. Aproximadamente 5% del agua del área de la caliza se fluye al grupo de manantiales de Matlock a través de un flujo regional profundo y el resto fluye por senderos locales poco profundos a muchos de los manantiales no-termales. La disolución de yeso ha producido porosidad terciaria importante así como permeabilidad en el acuífero de carbonato y este es un precursor esencial del desarrollo de drenaje kárstico.

---

Résumé Les eaux thermales peuvent apporter des informations sur les processus géochimiques dans les aquifères profonds. De nouvelles données isotopiques sur les sulfates présents dans les eaux souterraines, le carbone inorganique et le strontium dans les eaux thermales et non thermales d'un système aquifère calcaire majeur dans le Derbyshire, Angleterre, Royaume Uni, sont utilisées pour comprendre les sources de sulfates et l'évolution des eaux souterraines. Les eaux souterraines phréatique s'enrichissent en sulfate via l'oxydation des minéraux sulfatés et ont un Carbone Inorganique Dissous (DIC) relativement appauvri en¹³C. Les eaux thermales ont un rapport Sr/Ca relativement plus élevé et un DIC plus enrichi en¹³C, du fait de l'interaction accrue des eaux avec les roches. En d'autres mots, les eaux thermales définissent deux groupes distincts. Les eaux thermales remontant à Buxton ont un Mg, un Mn et un rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr plus hauts, mais un Ca et SO₄ plus faible, indiquant un écoulement à travers les zones perméables des aquifers gréseux. Par contraste, les eaux du type de Matlock (97% du flux thermique), possèdent des concentrations élevées en sulfates, provenant de l'interaction des eaux avec les évaporites enfouies, tandis qu'il n'existe aucune évidence chimique d'un écoulement sous les calcaires. Sur environ 5% de la surface des calcaires, les eaux souterraines alimentent des sources non-thermales. La dissolution du Gypse a produit une porosité tertiaire significative et une perméabilité dans les aquifères calcaires, et ceci est un précurseur essentiel au développement du drainage karstique.

     

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

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

---

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

---

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

     

Management Of Saline Groundwater Discharge By Long-term Windmill Pumping In The Wheatbelt,Western Australia

Land and stream salinization in the Western Australian wheatbelt developed as a result of clearing of native vegetation. This caused a shift in the hydrological balance and a 10- to 30-fold increase in recharge. Rising water levels rejuvenated groundwater flow through paleao channels and increased baseflow to drainage lines. An increase in saline groundwater ascension (TDS 5000–30 000 mgl⁻¹) to the near-surface, induced by rising pressure heads in the deeper semi-confined aquifer system, advanced land and stream salinization. Areas in a catchment where groundwater flow is channelled upwards by subsurface geological strctures are especially susceptible to salinization and water logging. Enhanced discharge by windmill pumping is an engineering method to reduce excess pressure heads of deep semi-confined aquifers in discharge areas and, consequently, lower water levels at shallower depths. It is an interim solution to halt and prevent salinization in the wheatbelt of Western Australia. Long-term field experiments in three catchments and modelling have shown that windmill pumping (15–30 m³d⁻¹) in the wheatbelt can reduce water levels by 1 to 2 m at radial distance of more than 1 km after several years of pumping. The pumped groundwater can be reused for irrigation (TDS < 3000 mgl⁻¹) or stock water (TDS < 10 000 mgl⁻¹). In some instances, highly saline effluent can be discharged into saline streams or salt lakes. Often saline water disposal requires on-farm evaporation ponds or sacrificial basins. The enhanced discharge method should be part of an integrated catchment management program for the restoration of saline land and streams. the technology is applicable to other irrigated and non-irrigated salt-contaminated regions.

---

−1 en minéralisation) à proximité de la surface, due à l'augmentation de la charge dans l'aquifère semi-captif plus profond, a provoqué la salinisation des soles et des cours d'eau. Dans un bassin versant où les écoulements souterrains s'organisent en remontant vers la surface, les structures géologiques favorisent particulièrement la salinisation et l'accumultion d'eau. Les prélèvements par pompage au moyen d'éoliennes est une technique destinée à réduire la charge dans les aquifères profonds semi-captifs dans les zones de décharge et donc à abaisser les niveaux aux plus faibles profondeurs. C'est une solution intermédiaire pour arrêter et éviter la salinisation dans les terres à blé de l'ouest australien. Des expériences de longue durée sur trois bassins versants et une modélisation ont montré que le pompage par éolienne (15–30 m₃.j₋₁) dans les terres à blé peut abaisser les niveaux piézométriques de 1 à 2 m dans un rayon de plus d'un km après plusieurs années de pompage. Les eaux pompées peuvent être utilisées pour l'irrigation (minéralisation inférieure à 3000 mg.1₋₁) ou pour des réservoirs (minéralisation inférieure à 10000 mg.1₋₁). Dans quelques cas, les eaux très salées peuvent être écoulées dans des cours d'eau ou dans des lacs salés. En général, l'épandage d'eaux salées impose l'évaporation sur place dans des bassins. La méthode de prélèvement d'eau doit être un élément du programme de gestion intégrée des bassins versants en vue de la restauration des sols et des cours d'eau salés. La technologie est transposable et appliable à d'autres régions contaminées par le sel, irriguées ou non.

     

Strontium-Isotope Studies Of Chloride-Contaminated Groundwater,Denmark

Saline groundwater has three principal origins in Denmark: 1) Seawater infiltration into nearcoastal aquifers, 2) saline formation water in aquifers of marine sedimentary origin, and 3) intrusion of brines from deep saline formation waters and evaporitic deposits in the subsurface. Strontium-isotope studies of chloride-contaminated groundwater from a Quaternary sandy aquifer at Stautrup Waterworks, Denmark, indicate that the groundwater is heavily influenced by saline formation water from underlying Oligocene marine mica clay. Thus, strontium isotopic hydrochemical criteria were successfully used to identify the sources of saline groundwater.

---

RESUMEN: La salinidad en las aguas subterráneas de Dinamarca tiene tres orígenes principales: 1) Infiltración de agua marina en acuíferos costeros, 2) agua de formación salina en acuíferos de origen sedimentario marino, y 3) intrusión de salmueras procedentes de aguas salinas de formaciones profundas y de depósitos evaporíticos subterráneos. Estudios isotópicos del estronico en las aguas subterráneas contaminadas or cloruros en un acuífero arenoso Cuaternario en Stautrup Waterworks, Dinamarca, indican que el agua está fuertement influenciada por el agua de formación salina correspondiente a una capa inferior de micas arcillosas oligocénicas. Por tanto, los criterios hidroquímicos isotópicos se pudieron utilizar satisfactoriamente para identificar las fuentes de salinidad de las aguas subterráneas.

---

RéSUMé: La salinité des aux souterraines du Danemark possède trois origines principales: 1) l'intrusion d'eau de mer dans les aquifères littoraux, 2) les eaux connées des sédiments marins constituant l'aquifère, 3) la remontée dans les aquifères superficiels de saumures provenant d'eaux connées de sédiments et de formations évaporitiques profonds. L'étude des isotopes du strontium d'eaux souterraines chargées en chlorures d'un aquifère sableux du Quaternaire du champ captant de Stautrup (Danemark) montre que le chimisme des eaux souterraines est fortement marqué par les eaux connées des argiles micacées marines sous-jacentes de l'Oligocène. Des critères hydrochimiques des isotopes du strontium ont par conséquent permis d'identifier les sources de la salinité d'eaux souterraines.

     

Flow Of Groundwater From Soil To Crystalline Rock

Knowledge of groundwater flow from soil or surface water to crystalline bedrock has usually been derived from indirect studies of drawdown in soil due to underground constructions, as well as from analysis of water chemistry and from tracer experiments. Infiltration into the bedrock occurs at specific sites where suitable combinations of geological and hydrological variables exist. Flow from soil to rock in the saturated zone occurs where conductors in the bedrock, such as fractures and fracture zones, are hydraulically connected to a groundwater reservoir in permeable soil or to horizons of permeable and constructive material in heterogeneous soil. Of particular importance for infiltration are the hydraulic conditions of the contact zone between soil and rock. A thin layer of silt on the bedrock surface often blocks the water flow. The micro-topography of the bedrock surface is important since fracture zones usually give depressions in the surface, in which accumulations of sorted and conductive material often can be found. A strong heterogeneity in the infiltration from soil to rock is evidenced by statistical analyses of the flow related to various geological and hydrogeological variables, as well as from analyses of groundwater chemistry and tracer experiments. In order to estimate the infiltration from soil to rock and to carry out mathematical modelling of the groundwater flow, it is necessary to have a good knowledge of the hydraulic conditions of the superficial rock and soil as well as of the conditions at the soil/bedrock contact zone. Information on the saturated flow from soil to rock is essential for calculation of water budgets, for assessments of spread of pollutants and for estimations of leakage into underground constructions.

---

Résumé: Les connaissances sur les écoulements souterrains des sols ou des eaux de surface res le substratum cristallin ont été généralement établies par des études indirectes sur le drainage des sols par des constructions souterraines, ainsi que par l'etude du chimisme des eaux et par des expériences de tra?age. L'infiltration dans le substratum se produit en des lieux particuliers oè les variables géologiques et hydrologiques possèdent en même temps des valeurs favorables. L'écoulement du sol vers la roche en milieu saturé intervient là où les axes drainant du substratum, tels que les fractures et les zones fracturées, sont hydrauliquement connectés à une nappe dans un sol perméable ou à des horizons de matériel perméable dans un sol hétérogène. Les conditions hydrauliques régnant au contact sol/roche jouent un r?le capital pour l'infiltration. Un fin niveau de silt à la surface du substratum suffit souvent à empêcher l'écoulement. La microtopographie de la surface du substratum est importante, car souvent des zones de fractures produisent des dépressions, où sont fréquemment observées des accumulations de matériel trié et perméable. Une forte hétérogénéité de l'infiltration du sol vers la roche est mise en évidence grace à des analyses statistiques de différentes variables géologiques et hydrologiques déterminant l'écoulement, ainsi que grace au chimisme de l'eau souterraine et aux tra?ages. Les information sur les écoulements en milieu saturé du sol vers la roche sont nécessaires pour calculer les bilans hydriques et la dispersion des polluants et pour estimer les fuites vers les ouvrages souterrains.

     

The hydrochemical characteristics and evolution of groundwater and surface water in the Heihe River Basin, northwest China

A combination of isotopic and chemical indicators has been used to characterize rainfall, surface water and groundwater in the Heihe River Basin, China. Surface- vs. groundwater chemistry data enabled geographical zones and chemical types to be differentiated. The dissolution of halite, Glauber’s salt, gypsum, dolomite and calcite determine Na⁺, Cl^?, Mg²⁺, Ca²⁺, $ {\text{SO}}^{{2 - }}_{4} A combination of isotopic and chemical indicators has been used to characterize rainfall, surface water and groundwater in the Heihe River Basin, China. Surface- vs. groundwater chemistry data enabled geographical zones and chemical types to be differentiated. The dissolution of halite, Glauber’s salt, gypsum, dolomite and calcite determine Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, Ca²⁺, and chemistry, but other processes such as evaporation, ion exchange, and deposition also influence the water composition. The majority of deep confined groundwaters are tritium-free and less mineralized than in the shallow aquifer. Radiocarbon values in the deeper groundwaters range from 18.8 to 38.9 pmc, and 80 pmc probably represents the upper limit of initial ¹⁴C activity; this yields ages of approximately 5,960–11,971 years BP, which is about 3,000 years older than those calculated by models in previous work. The shallow aquifer exhibits fairly high and variable tritium activities (4–75 TU), evidence of recent recharge and low residence time (<60 years), which is in line with estimates from previous work. Isotopic signatures indicate formation of deeper groundwaters in a colder and wetter climate during the late Pleistocene and Holocene. The results suggested that significant changes are urgently needed in water-use strategy to achieve sustainable development.

---

Résumé Une combinaison de plusieurs indicateurs isotopiques et chimiques a été utilisée dans le but de caractériser les précipitations, les eaux de surface et les eaux souterraines dans le Bassin de la Rivière Heihe, en Chine. La confrontation des chimies des eaux souterraines et de surface a permis de différentier plusieurs secteurs géographiques et faciès chimiques. Les compositions chimiques en Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, Ca²⁺, et sont déterminées par la dissolution de la halite, du sel de Glauber, du gypse, de la dolomite et de la calcite, mais d’autres processus peuvent également avoir une influence, comme l’évaporation, les échanges de bases et la sédimentation. La majorité des eaux souterraines captives profondes ne contiennent pas de tritium, et sont moins minéralisées que dans l’aquifère superficiel. Les valeurs de carbone 14 dans l’aquifère le plus profond sont comprises entre 18.8 et 38.9 pcm, pour une valeur maximum probable d’activité initiale de 80 pcm; les ages estimés correspondants sont compris entre 5,960 et 11,971 ans, soit environ 3,000 ans de plus que ceux calculés auparavant par les modèles. L’aquifère superficiel présente des activités tritium plut?t élevées et variables (4 à 75 UT), démontrant l’existence d’une alimentation récente et d’un temps de résidence faible (<60 ans), ce qui concorde avec les études antérieures. Les signatures isotopiques indiquent une alimentation des eaux souterraines les plus profondes au cours d’épisodes climatiques plus froids et plus humides qu’actuellement, à la fin du Pléistocène et à l’Holocène. Les résultats suggèrent que des changements significatifs dans la planification des usages de l’eau sont nécessaires et urgents dans des perspectives d’exploitation durable.

---

Resumen Se ha utilizado una combinación de indicadores isotópicos y químicos para caracterizar la precipitación, el agua superficial y el agua subterránea en la Cuenca del Río Heihe, China. Los datos químicos de aguas superficiales frente a las subterráneas no permiten diferenciar zonas geográficas y tipos químicos. La disolución de halita, sal de Glauber, yeso, dolomita y calcita determina la química de Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, Ca²⁺, y , pero otros procesos, como evaporación, intercambio de iones y precipitación influyen también en la composición del agua. La mayoría de las aguas subterráneas profundas confinadas no tienen Tritio y están menos mineralizados que el acuífero superficial. Los valores de radiocarbono en las aguas subterráneas más profundas oscilan entre 18.8 y 38.9 pmc, y el valor de 80 pmc representa probablemente el límite superior de la actividad inicial de ¹⁴C; proporcionando edades de aproximadamente 5,960–11,971 a?os BP, que son unos 3,000 a?os más antiguas de las calculadas mediante modelización en trabajos previos. El acuífero superficial tiene actividades de tritio bastante más altas y variables (4–75 UT), evidenciando una recarga reciente y unos tiempos de residencia bajos (<60 a?os), lo cual está en la línea de lo estimado en trabajos previos. Los datos isotópicos apuntan a la formación de aguas subterráneas más profundas en un clima más frío y húmedo durante el Pleistoceno superior y el Holoceno. Los resultados sugieren que se necesita hacer cambios significativos en la estrategia de uso del agua para alcanzar un desarrollo sostenible.

     

Hydrogeology of the Winnipeg Formation in Manitoba, Canada

The Winnipeg Formation is the basal sedimentary unit throughout much of southern and central Manitoba, Canada, where it forms a regional aquifer over most of its extent. This aquifer is an important source of water in southeastern Manitoba and in Manitoba’s Interlake area, but in most other areas, groundwater within the aquifer is saline. Chemical and isotopic evidence indicate the presence of groundwaters of three different origins: (1) basin brines; (2) modern meteoric recharge; and (3) subglacial recharge that occurred during the late Pleistocene. Hydraulic head and sedimentary facies distributions indicate that the flow system in parts of the area is not in a state of equilibrium and saline waters will encroach on areas currently occupied by freshwater in some areas, while in other areas, freshwater will replace saline water. These features must be considered in groundwater resource management, as groundwater withdrawals will likely hasten these processes.

---

Resumen La Formación Winnipeg es la unidad sedimentaria basal en la mayor parte de Manitoba central, Canadá, donde forma un acuífero regional en la mayor parte de su extensión. Este acuífero es una fuente importante de agua en el Sureste de Manitoba y el área de entrelagos de Manitoba, pero en la mayoría de las otras zonas del acuífero, el agua es salina. Las evidencias químicas e isotópicas indican que existen aguas subterráneas de tres orígenes diferentes: (1) salmueras de cuenca; (2) recarga meteórica actual; y (3) recarga subglacial ocurrida durante el Pleistoceno Superior. Los niveles piezométricos y la distribución de las facies sedimentarias indican que el sistema de flujo no se encuentra en estado de equilibrio en parte del área y las aguas salinas irán invadiendo áreas actualmente ocupadas con aguas dulces, mientras que en otras zonas el agua dulce está reemplazando al agua salina. Estos hechos deben ser considerados en la gestión de las aguas subterráneas como recurso, ya que las extracciones de agua acelerarán probablemente estos procesos.

---

Résumé La Formation de Winnipeg est l’unité sédimentaire de base sur la plus grande partie du Sud et du centre du Manitoba au Canada, où elle forme un aquifère régional sur pratiquement toute son extension. Cet aquifère représente une ressource en eau importante dans le Sud-Est du Manitoba et dans les zones d’entre les lacs, mais salée dans la plus part des autres zones. Les indications isotopiques et chimiques permettent de distinguer trois différentes origines des eaux souterraines: (1) les saumures de bassin; (2) la recharge météoritique moderne; (3) la recharge sub-glaciaire qui est apparue durant le Pléistocène récent. Les charges hydrauliques et la distribution des faciès sédimentaires indiquent que le système d’écoulement dans certaines zones n’est pas dans un état d’équilibre et que les eaux salées empièteront sur des zones d’eau douce, tandis que dans d’autres zones l’eau douce remplacera les eaux salées. Ces aspects doivent être considérés dans la gestion des ressources en eau souterraine, car le prélèvement des eaux souterraines pourrait accentuer ces processus.

     

An ecosystem approach to planning for groundwater: The case of Waterloo Region, Ontario, Canada

Sustaining the human-ecological benefits of groundwater requires carefully planned strategies for reducing the cumulative risks posed by diverse human actions. Municipal governments in Ontario, Canada, play a key role in developing solutions to groundwater management and protection. The responsibility to provide drinking water and sewage works, regulate the use of private land, and protect public health provides the mandate and authority to take action. Waterloo Region, in the province of Ontario, contains the single largest population in Canada that uses groundwater as its primary source of drinking water. The region's Water Resources Protection Strategy provides a model of planning for groundwater at a regional scale. The ecosystem approach offers a comprehensive basis for designing community-based groundwater strategies, within a regional context. This approach is defined by the following key components: ecosystem boundaries, objectives, functions, and cumulative effects; and is integrated, adaptable, coordinated, and catalytic. Waterloo's groundwater strategy is distinguished by the degree to which it embodies many elements of the ecosystem approach. Future priorities include embracing a comprehensive vision; enumerating essential ecological functions; integrating a full set of regulatory, voluntary, and economic instruments; and accelerating partnerships with key stakeholders for implementation. Résumé Le fait de tirer des eaux souterraines des bénéfices écologiques pour l'homme exige des stratégies soigneusement préparées pour réduire les risques cumulatifs posés par les diverses actions humaines. Les municipalités de l'Ontario, au Canada, jouent un rôle clé en développant des solutions de gestion et de protection des eaux souterraines. La responsabilité de fournir des réseaux d'eau potable et d'eaux usées, de réguler l'usage des territoires privés et de protéger la santé publique donne le mandat et l'autorité pour agir. La région de Waterloo, dans la province d'Ontario, possède la plus grande communauté qui, au Canada, utilise l'eau souterraine comme unique ressource primaire d'eau potable. La stratégie de protection des ressources en eau de la région fournit un modèle d'organisation pour l'eau souterraine à l'échelle régionale. L'approche de l'écosystème fournit une base d'ensemble pour définir des stratégies basées sur la communauté pour les eaux souterraines, dans un contexte régional. Cette approche est définie par les composantes clés suivantesu: frontières de l'écosystème, objectifs, fonctions, effets cumulatifsu elle est intégrée, adaptable, coordonnée et catalytique. La stratégie de Waterloo pour les eaux souterraines se distingue par le degré par lequel elle rassemble de nombreux éléments de l'approche écosystémique. Les futures priorités prévoient de prendre en compte une vision d'ensemble, de lister les fonctions écologiques essentielles, d'intégrer un ensemble complet d'instruments économiques, spontanés et de régulation, et d'accélérer les partenariats avec les acteurs clés pour la mise en muvre du dispositif. Resumen Para mantener los beneficios ecológicos del agua subterránea se requiere una estrategia para reducir los riesgos asociados a las diversas acciones antrópicas. En la Provincia de Ontario, Canadá, los gobiernos municipales son los encargados de gestionar y proteger las aguas subterráneas. En concreto, estos organismos tienen competencia sobre la gestión del abastecimiento y saneamiento, la regulación de usos del suelo y la protección de la salud pública. La región de Waterloo, en la Provincia de Ontario, contiene la mayor población de Canadá que es abastecida primordialmente por aguas subterráneas. La Water Resources Protection Strategy (Estrategia de Protección de los Recursos de Agua) de la región supone un modelo de planificación de aguas subterráneas a escala regional. La denominada metodología de ecosistema, que ofrece una base global para el diseño de las estrategias a escala de comunidad, engloba las siguientes componentes: contornos del ecosistema, objetivos, funciones, y efectos acumulativos, y es una metodología integrada, adaptable, coordinada y catalítica. La estrategia utilizada en Waterloo se distingue por el grado de aplicación de varios de los elementos correspondientes a esta metodología. Las prioridades futuras incluyen una visión globalizadora, enumerando las funciones ecológicas esenciales, integrando una serie de instrumentos reguladores, voluntarios y económicos, y acelerando la implantación de asociaciones de usuarios.     

Spatial assessment of groundwater use potential for irrigation in Teesta Barrage Project in Bangladesh

In Bangladesh, development of the groundwater resource for irrigation is a vital component of the government’s agricultural strategy to attain food self-sufficiency. Amidst reports of falling groundwater levels in many parts of Bangladesh, the potential of groundwater use has been investigated in the Teesta Barrage Project (TBP) in which large-scale groundwater development for dry-season irrigation has taken place in the recent past. Several techniques and tools have been applied such as the combination of analysis of groundwater hydrographs and mathematical modelling to derive key hydrogeological variables, calculation of net irrigation requirement and the use of geographical information systems. The results show that the economically attractive high-yielding variety (HYV) Boro (dry season) rice cultivation during the groundwater irrigation season may not be sustained in large parts of the project area if the current trends in abstraction are continued. However, due to spatial variation in abstraction, nine thanas (sub-districts)—out of a total of 21 in the project area—may still be able to expand groundwater-irrigated cropland and a groundwater-use potential of 40 mm/year may be created if deep-set shallow tubewells are used by the farmers to abstract groundwater. A structured approach, based on zoning of potential areas, is recommended for groundwater development and use.

---

Resumen En Bangladesh, el desarrollo de las aguas subterráneas para riego es un componente vital del la estrategia agrícola del Gobierno para obtener la auto-suficiencia alimentaria. Un informe intermedio evidencia un descenso de los niveles de aguas subterráneas en muchas partes de Bangladesh, el uso potencial de aguas subterránea ha sido investigado en el Proyecto Tessta Barrage (TBP) en el cual ha tenido lugar el desarrollo de las aguas subterráneas a gran escala para el riego en la estación seca en un pasado reciente. Se ha aplicado algunas técnicas y herramientas, como la combinación del análisis de datos gráficos de aguas subterráneas y modelización matemática para obtener variables hidrogeológicas clave, el cálculo de la necesidad neta de riego y el uso de Sistemas de Información Geográfica. El resultado muestra que el cultivo, económicamente atractivo, de arroz HYV Boro (estación seca) durante la estación de riego con aguas subterráneas puede no ser sostenible en gran parte del área del proyecto si continúan las tendencias actuales en las extracciones. Sin embargo, debido a la variación espacial en la extracción, nueve thanas (subdistritos)—de un total de 21 en el área del Proyecto—pueden todavía sufrir un aumento de la tierra cultivable regada con aguas subterráneas y que se puede asumir un uso potencial de agua subterránea de 40 mm/estación si los granjeros utilizan sondeos someros instalados en fosas para la extracción. Se recomienda una aproximación estructurada para el desarrollo y uso de las aguas subterráneas, basada en la zonificación de áreas potenciales.

---

Résumé Au Bangladesh, l’exploitation des ressources en eau souterraines pour l’irrigation est une composante vitale de la stratégie agricole gouvernementale pour atteindre l’auto-suffisance alimentaire. Parmi les baisses de niveaux piézométriques rapportées sur de nombreuses régions du Bangladesh, le potentiel d’utilisation des eaux souterraines a été étudié sur le Projet de Barrage de Teesta (TBP), où, dans un passé récent, les eaux souterraines ont été massivement exploitées pour l’irrigation en saison sèche. De nombreux outils et techniques ont été utilisés, comme l’analyse combinée des chroniques piézométriques et des modèles mathématiques pour dégager les variables hydrogéologiques clés, le calcul des besoins nets pour l’irrigation, et l’utilisation des systèmes d’information géographique. Les résultats démontrent que la culture en saison d’irrigation de la variété de riz HYV Boro (saison sèche), économiquement attrayante, n’est potentiellement pas viable sur de nombreux secteurs de la zone étudiée si les prélèvements perdurent selon la tendance actuelle. Cependant, du fait de la variation spatiale des prélèvements, neuf thanas (sous-districts)—sur un total de 21 sur le secteur d’étude—pourraient encore augmenter les surfaces irriguées, et une disponibilité en eau de 40 mm/saison pourrait être générée si les agriculteurs utilisaient des puits peu profonds pour exploiter les ressources souterraines. Une approche structurée, basée sur le zonage des secteurs potentiels, est recommandée pour l’exploitation et l’utilisation des eaux souterraines.

     

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

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

---

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

---

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

     

Caractérisation géostructurale des émergences et typologie des nappes d’altitude en milieu volcanique insulaire. (Ile de la Réunion)

Résumén

Sur l’Ile de la Réunion, l’alimentation en eau constitue un handicap majeur au développement agricole et urbain du versant sous le vent du massif volcanique du Piton des Neiges. En particulier dans les zones d’altitude (supérieure à 900m), les ressources en eau souterraine ne sont pas accessibles par forage. Sur les pentes externes du Piton des Neiges, quatre sites pilotes riches en émergences ont fait l’objet d’investigations hydrogéologiques dans le but d’évaluer la faisabilité de galeries de captage des eaux souterraines dans les hauts de l’île.

Le lever d’une carte géologique au 1/10 000 et la reconnaissance systématique du contexte géostructural des émergences ont permis : - de mettre en évidence la diversité des conditions hydrogéologiques du milieu volcanique,

- de montrer l’existence de sources profondément encaissées dans le massif, qui traduisent la présence de réserves aquifères significatives dont l’exploitation par galeries drainantes serait envisageable.

- de proposer une typologie des nappes d’altitude, appuyée et discutée en fonction des modèles hydrogéologiques existant sur les autres îles volcaniques.

Par ailleurs, l’intégration de ces résultats dans un modèle conceptuel décrivant les conditions de gisement des nappes d’altitude fournit l’architecture de base utilisable dans le cadre d’une simulation numérique de l’aquifère volcanique à l’échelle globale de l’île.     

Solute and isotope constraint of groundwater recharge simulation in an arid environment,Abu Dhabi Emirate,United Arab Emirates

A simple, well-constrained simulation of solute increases in a downgradient direction was used in the shallow unconfined aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate (United Arab Emirates). The simulation indicates that the observed exponential increase in solute concentrations results from a combination of upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites, and groundwater losses by evaporation. Groundwater recharge and discharge flux in unconfined regional aquifers in arid regions commonly are difficult to estimate because there are few constraints on the flux of water lost or gained from the system. Total dissolved solids (TDS) and deuterium isotopes (δ²H) in groundwater are used to constrain estimated fluxes to the shallow aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate. Vertical upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites accounts for solute increases along approximately the first 80 km of the simulated flow path, but a combination of upward solute transport and evaporation is necessary to explain observed solute concentrations beyond 80 km. Mobilization and transport of solutes in the unsaturated zone by recharging precipitation is not a significant factor.

---

Résumé Une simulation simple et bien contrainte de l’augmentation des solutés dans la direction de l’écoulement a été réalisée sur l’aquifère phréatique et libre de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi (émirats Arabes Unis). La simulation indique que l’augmentation observée de solutés, de forme exponentielle, est le produit de la combinaison du transport ascendant de solutés provenant des mudstones et des évaporites sous-jacents, et de l’évaporation des eaux souterraines. La recharge des eaux souterraines et les flux de vidange dans les aquifères régionaux libres des régions arides sont habituellement difficiles à estimer du fait du peu de contraintes agissant sur la perte ou le gain d’eau dans le système. La charge dissoute totale (TDS, en anglais) et les isotopes deutérium (δ²H) des eaux souterraines sont utilisés pour contraindre l’estimation des flux en direction de l’aquifère phréatique de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi. Le transport vertical ascendant des solutés à partir des mudstones et des évaporites fait parti des processus qui concentrent les solutés approximativement le long des 80 premiers kilomètres du trajet des écoulements simulés, mais une combinaison du transport ascendant des solutés et de l’évaporation est nécessaire pour expliquer les concentrations observées en soluté au delà des 80 km. La mobilisation et le transport des solutés par les précipitations efficaces dans la zone non saturée ne représentent pas des facteurs significatifs.

---

Resumen Se utilizó una simulación simple y muy restringida, de incrementos de soluto en la dirección del flujo, en el acuífero libre poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi, (Emiratos árabes Unidos). La simulación indica que el aumento exponencial observado en las concentraciones del soluto, resulta de una combinación de transporte ascendente de solutos desde las evaporitas y lodolitas subyacentes, y por pérdidas del agua subterránea por evaporación. Los flujos de recarga y descarga de agua subterránea, en los acuíferos libres regionales en regiones áridas, normalmente son difíciles estimar, porque hay algunas restricciones en el flujo de agua perdido o ganado por el sistema. Los sólidos disueltos totales (TDS) y los isótopos de deuterio (δ²H) en el agua subterránea, se usan para forzar los flujos estimados hacia el acuífero poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi. El transporte ascendente vertical de solutos desde las lodolitas y evaporitas subyacentes, involucra los aumentos del soluto a lo largo de aproximadamente los primeros 80 Km. de la dirección de flujo simulada, pero es necesaria una combinación de transporte ascendente del soluto y la evaporación para explicar las concentraciones del soluto observadas más allá de 80 Km. La movilización y transporte de solutos en la zona no saturada, por recarga debida a precipitación, no es un factor significante.

     

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

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

---

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

---

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

---

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

     

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

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

---

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

---

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

     

Organisation hydrochimique,biologique et sédimentologique d’un lac intracontinental à peuplements lagunaires : la Birket Karoun (Fayoum,Egypte)

Résumé

La Birket Karoun a été étudiée d’un point de vue biogéologique sur une période de 12 mois. Les données ainsi obtenues, ajoutées à celles de la littérature disponible, permettent de présenter les caractéristiques biogéologiques essentielles de ce bassin original.

Le lac n’est alimenté actuellement que par des eaux continentales issues du système nilotique ce qui entraîne des propriétés hydrochimiques assez différentes des corps d’eau paraliques influencés par la mer. Cependant, les caractéristiques hydrologiques, biologiques et sédimen-taires de la Birket Karoun la classent parmi les écosystèmes de type lagunaire. Il est même possible d’y reconnaître une organisation biogéologique zonale très semblable à celle des lagunes, la partie la plus « marine » (ou la moins confinée) se situant à l’opposé de la zone des apports d’eau douce. Une connexion entre le lac et la mer, actuelle ou passée, étant à peu près exclues, il faut admettre que les eaux continentales concentrées peuvent présenter, dans certains cas, des caractéristiques chimiques et biochimiques presque marines vis-à-vis des êtres vivants.

Dans cette optique, la Birket Karoun apparaît comme un modèle actuel susceptible de fournir une alternative à l’hypothèse d’une « Mer Saharienne » pour rendre compte de l’existence des lacs sahariens pleistocènes à faunes fossiles lagunaires.     

Relations quantitatives entre les craies à silex et les formations résiduelles à silex de l’ouest du bassin de Paris

Résumé

Depuis plus d’un siècle, l’origine autochtone ou allochtone des formations résiduelles à silex (en abrégé RS : résidus à silex) par rapport aux craies a fait l’objet de multiples discussions. Pour répondre à ce problème, un bilan d’altération entre ces deux formations a été effectué. Il repose sur une connaissance précise des âges des craies-mères des RS et sur des comparaisons granulométrique et chimique entre craie et RS. Ces comparaisons s’appuient sur les quantités de silex contenues dans les craies et les RS, sachant que les silex sont reconnus comme autochtones et que leur degré de dissolution est calculé. Les résultats apportent des informations sur l’évolution crétacée du Bassin anglo-parisien, avec la mise en évidence de la craie du Maastrichtien dans le bassin de Paris et la reconstitution des épaisseurs de craie dissoutes. De plus, ils indiquent que la stratigraphie des craies est conservée dans les profils de RS. Ils montrent également que les silex, éléments autochtones des RS, sont faiblement altérés. Les matrices des RS sont, quant à elles, en grande partie allochtones, notamment dans les dix mètres supérieurs de la formation. L’allochtonie diminue avec la profondeur, avec des RS pouvant être considérés comme des résidus d’altération de la craie au sens strict à partir de 20 mètres de profondeur. © Elsevier, Paris     

A Model For the Effects Of Point-Source Emission Of Aerosols On Groundwater Systems

The effect of natural aerosols on groundwater chemistry is widely accepted, but the effects of anthropogenic aerosol emissions have received relatively little study. This sensitivity analysis examines the factors most significantly influencing the concentration of aerosols in groundwater. Processes include aerosol dispersion from a point source, deposition on the land surface , transport through the unsaturated zone, and mixing with underlying groundwater. The composite simulation model integrates well-documented models for the atmospheric, unsaturated-zone, and saturated-zone systems; models were chosen which could use the most readily obtainable or estimated input parameters. The analysis indicates that point-source aerosol contaminants possess a significant potential to affect aquifer water quality adversely. Furthermore, aerosols may have an impact on background concentrations on a regional scale. The key parameters are the source concentration, net infiltration, transport-velocity distributions in the unsaturated zone, and depth of the water table. We surmise that instances where groundwater contaminant dispersal greatly exceeds predicted travel times could be the result of aerosol contamination and not underestimations of seepage velocities or hydrodynamic dispersion. Aerosol contamination of groundwater should not be dismissed a priori. Résumé: L'impact des aérosols naturels sur la chimie des eaux souterraines est bien connu; mais celui provoqué par les émissions d'aérosols produits par l'homme a été bien peu étudié. Dans ce travail, les facteurs qui influencent de manière significative la concentration en aérosols des eaux souterraines ont été examinés en détail. Les processus en cause comprennent la dispersion de l'aérosol à partir d'une source ponctuelle, le dépôt à la surface du sol, le transport dans la zone non saturée et le mélange avec l'eau de la nappe. Le modèle composite de simulation intègre des modèles bien connu pour l'atmosphère, la zone non saturée et la zone saturée; les modèles choisis sont ceux qui utilisent les paramètres d'entrée les plus faciles à obtenir ou à estimer. L'analyse indique que les contaminants produits par une source ponctuelle peuvent affecter significativement de façon défavorable la qualité des eaux souterraines. En outre, les aérosols peuvent avoir un impact sur les concentrations originelles à l'échelle régionale. Les paramètres-clés sont la concentration à la source, l'infiltration nette et la profondeur de la surface piézométrique. Nous soupçonnons que dans les cas où la dispersion de polluants dans un aquifère dépasse largement les temps de transit prédits par les modèles, il se pourrait que cela soit dû à une contamination par des aérosols et non à une surestimation des vitesses d'infiltration ou de la dispersion hydrodynamique. La contamination des eaux souterraines par des aérosols ne doit pas être rejectée a priori.