Groundwater use and policy in community water supply in Finland

Selection between ground and surface water in community water supply has been one of the key strategic questions in Finland since the early 1900s. After some cities failed to find reliable groundwater sources, many turned to surface waters. Since the 1950s the use of groundwater and artificial recharged groundwater have continuously increased. Presently their use is promoted by the government and European water policy through technical advice and financial support. It is obvious that the share of groundwater and artificial recharged groundwater will increase in the future. This requires active public response and transparency in decision-making.

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Resumen Desde el principio de 1900 una de las preguntas estratégicas clave en Finlandia es la selección entre agua subterranea y de superficie para el suministro de agua de la comunidad. Muchas ciudades renunciaron al agua de superficie luego de haber fracesado en encontrar fuentes de agua subterránea confiables. Desde 1950 el uso de agua subterránea y de agua subterránea recargada artificialmente ha aumentado continuamente. Actualmente los políticas de agua del gobierno y de Europa promueven su uso por medio de asesoría técnica y apoyo financiero. Es obvio que la participación del agua subterránea y del agua subterránea recargada artificialmente va a aumentar en el futuro. Esto requiere una respuesta activa pública y transparencia en el proceso de toma de decisiones.

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Resumé Le choix parmi lutilisation de leau de surface ou de leau souterraine comme source dapprovisionnement en eau potable est, depuis le début des années 1900, une question stratégique en Finlande. Suite à léchec de certaines villes à sapprovisionner en eau souterraine, plusieurs se sont tournées vers leau de surface. Depuis les années 1950, lutilisation de leau souterraine et la recharge artificielle des aquifères est en constante croissance. Actuellement, leur utilisation est encouragée par le Gouvernement ainsi que par la politique européenne de leau qui fournit une expertise technique et un soutient financier. Il est évident que les proportions occupées par lapprovisionnement en eau souterraine et la recharge artificielle vont augmenter avec le temps. Ceci requiert une participation active du public ainsi que de la transparence lors du processus décisionnel.

     

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

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

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

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

     

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.

     

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

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

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

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

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

     

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.

     

Geochemical evolution of groundwater in the Maneadero coastal aquifer during a dry year in Baja California, Mexico

Water pumped from 25 shallow wells (<31 m) in the Maneadero unconfined coastal aquifer was studied geochemically in order to determine the short-term compositional variability of the aquifer due to seawater intrusion during a drier than normal year (Fall 2001 to Fall 2002). The groundwater was commonly found to be mixed with seawater, with TDS concentrations in November 2002 ranging from 0.99 to 9.46 g l^–1, having an intermediate Na⁺Cl^– to Ca²⁺Cl^– water-type. Rapid recharge events of short duration, after low and short rainfall events during the study period, are suggested from short-term fluctuations in water quality. Seawater intrusion is progressing faster in the central and southern coastal sections of the aquifer and has recently affected the quality of the sites pumping water to the nearby city of Ensenada. Only one of the wells used for the Ensenada water supply had a TDS concentration lower than the 1.0 g l^–1 official limit. Low flow rates and high residence times of water are inferred to be the cause for high alkalinity in the east-central section of the aquifer. High NO₃ in the east-central aquifer indicates that any NO₃ infiltration due to fertilizer use was only slightly dispersed. After a short rainfall season during winter 2001, a significant decrease was seen for the previously most enriched site. However, concentrations above the 10 mg l^–1 official limit persisted in 2002, affecting one well for urban supply (15.9 mg l^–1). The water from this well is nevertheless mixed with better-quality water from other wells before being distributed through the citys piping system.

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Resumen Se estudió la geoquímica de aguas bombeadas por medio de 25 pozos no muy profundos (<31 m) en el acuifero costero no confinado de Maneadero con el objetivo de determinar la variación de la composición en el corto plazo en el acuifero por la intrusión de agua de mar durante un año más seco de lo normal (otoño 2001 a otoño 2002). Se observó que comúnmente las aguas subterráneas estaban mezcladas con agua de mar, con concentraciones de sólidos totales disveltos (STD) de entre 0.99--9.46 g l^–1 y un tipo de agua intermedia Na⁺Cl^– to Ca²⁺Cl^–. A partir de las fluctuaciones en la calidad del agua en el corto plazo se puede inferir que se dan eventos de recarga rápida de poca duración después de eventos de poca lluvia de poca duración y poco volumen durante el periodo de estudio. La intrusión de agua de mar está progresando más rápido en el centro y sur del acuifero costero y ha afectado recientemente la calidad de los sitios de bombeo de agua para la ciudad de Ensenada. Solamente uno de los pozos usados para el abastamiento de Ensenada tiene un STD por debajo del límite oficial de 1.0 g l^–1. Se presume que las razones lentas de flujo y los tiempos de residencia largos del agua son la causa de la alta alcalinidad en el centro-este del acuifero. Una concentración alta de NO₃ en el este-centro del acuifero indica que cualquier infiltración de NO₃ por aplicación de fertilizantes ha sido poco dispersad. Después de poca lluvia en el invierno de 2001, se observó una disminución importante en la zona previamente más enriquecida. Sin embargo, concentraciones sobre el límite oficial de 10 mg l^–1 continuaron en 2002, afectando a un pozo para suministro de agua urbana (15.9 mg l^–1). El agua extraída de este pozo es mezclada con agua de mejor calidad y se distribuye por el sistema urbano de suministro de agua.

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Résumé Leau de pompage de 25 puits peu profonds (<31 m) situés dans laquifère côtier non-confiné de Maneadero a été étudiée dans le but de déterminer la variation géochimique à court terme qui résulte de lintrusion deau de mer lors dune année plus sèche quà lhabitude (automne 2001 à automne 2002). Leau souterraine est souvent retrouvée mélangée avec de leau de mer, avec des concentrations en résidus solides dissous (RSD) qui sétalent entre 0.99 et 9.46 g l^–1 pour novembre 2002, avec un type intermédiaire en Na⁺Cl^– jusquà Ca²⁺Cl^–. Les processus suggérés pour les fluctuations rapides de la qualité de leau sont des événements de recharge de courte duré suite à de faibles et brèves périodes de précipitations. Lintrusion deau de mer progresse plus rapidement dans les parties centrales et sud de laquifère côtier où la qualité de leau pompée vers la ville de Ensenada a récemment été affectée. Un seul des puits utilisés par la ville de Ensenada pour lapprovisionnement en eau potable a une concentration en RSD sous la limite officielle permise de 1.0 g l^–1. Le temps de résidence élevé et le faible taux découlement de leau souterraine sont présumés être la cause de lalcalinité élevée dans la partie centrale-est de laquifère. La concentration élevée en NO₃ dans cette partie de laquifère indique que la totalité de linfiltration de NO₃ dû à lutilisation de fertilisants ne sest que très peu dispersée. Suite à une courte saison des pluies à lhiver 2001, une diminution substantielle a été notée au site qui était le plus enrichi avant la saison des pluies. Malgré tout, des concentrations dépassant la limite officielle permise de 10 mg l^–1 ont persisté, affectant un puits utilisé pour lapprovisionnement urbain (15.9 mg l^–1). Leau provenant de ce puits est toutefois mélangée avec de leau de meilleure qualité provenant dautres puits avant dêtre distribuée par laqueduc municipal.

     

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

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

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

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

     

Groundwater recharge and sustainability in the High Plains aquifer in Kansas, USA

Sustainable use of groundwater must ensure not only that the future resource is not threatened by overuse, but also that natural environments that depend on the resource, such as stream baseflows, riparian vegetation, aquatic ecosystems, and wetlands are protected. To properly manage groundwater resources, accurate information about the inputs (recharge) and outputs (pumpage and natural discharge) within each groundwater basin is needed so that the long-term behavior of the aquifer and its sustainable yield can be estimated or reassessed. As a first step towards this effort, this work highlights some key groundwater recharge studies in the Kansas High Plains at different scales, such as regional soil-water budget and groundwater modeling studies, county-scale groundwater recharge studies, as well as field-experimental local studies, including some original new findings, with an emphasis on assumptions and limitations as well as on environmental factors affecting recharge processes. The general impact of irrigation and cultivation on recharge is to appreciably increase the amount of recharge, and in many cases to exceed precipitation as the predominant source of recharge. The imbalance between the water input (recharge) to the High Plains aquifer and the output (pumpage and stream baseflows primarily) is shown to be severe, and responses to stabilize the system by reducing water use, increasing irrigation efficiency, adopting water-saving land-use practices, and other measures are outlined. Finally, the basic steps necessary to move towards sustainable use of groundwater in the High Plains are delineated, such as improving the knowledge base, reporting and providing access to information, furthering public education, as well as promoting better understanding of the publics attitudinal motivations; adopting the ecosystem and adaptive management approaches to managing groundwater; further improving water efficiency; exploiting the full potential of dryland and biosaline agriculture; and adopting a goal of long-term sustainable use.

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Resumen El uso sostenible de aguas subterráneas debe garantizar tanto que el recurso futuro no esté amenazado por sobreutilización como que los ambientes naturales dependientes del recurso sean protegidos (ie el flujo base de los arroyos, la vegetación ripariana, los ecosistemas acuáticos y los pantanos). El manejo adecuado de los recursos de aguas subterráneas requiere información precisa con respecto a los influjos (recarga) y descargas (bombeo y descarga natural) en cada cuenca de aguas subterráneas de tal manera que se pueda estimar o reevaluar el comportamiento de largo plazo del acuífero y su tasa de sotenibilidad. En un primer paso hacia esta meta, este trabajo destaca algunos estudios claves de recarga de aguas subterráneas en las llanuras altas de Kansas. Dichos estudios se concentran en diferentes escalas: estudios regionales del presupuesto para aguas del suelo y modelos de aguas subterráneas, estudios de recarga de aguas subterráneas a nivel provincial y estudios locales experimentales de terrenos que incluyen algunos interesantes descubrimientos nuevos. Estas investigaciones comparten el énfasis en los presupuestos de partida y las limitaciones así como en los factores ambientales que afectan los procesos de recarga. El impacto general de las irrigaciones y cultivos sobre la recarga es un obvio incremento en el monto de recarga y en muchos casos excede a la precipitación como la fuente principal de recarga. Se puede observar que el desequilibrio entre el influjo de agua (recarga) del acuífero de las llanuras altas y la descarga (bombeo y flujos base de los arroyos principalmente) es severo. Asimismo, se describen las respuestas para estabilizar el sistema a través de la reducción del uso de agua por medio del incremento de la eficiencia de las irrigaciones y de la adopción de las prácticas de ahorro de agua y del uso de tierras así como otras medidas adicionales. Finalmente se describen los pasos básicos necesarios para evolucionar hacia el uso sostenible de las aguas subterráneas en las llanuras altas de Kansas. Estos pasos están constituidos por una mejora del conocimiento base, comunicar y proporcionar fácil acceso a la información, mejorar el conocimiento público general así como promover un mejor entendimiento de las motivaciones para las actitudes de la comunidad, adoptar los enfoques administrativos de ecosistemas y administración adaptable en el manejo de las aguas subterráneas, continuar las mejoras del uso eficiente del agua, explotar el potencial de la agricultura de terrenos áridos y biosalina y adoptar como meta el uso sostenible a largo plazo.

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Résumé Lutilisation durable de leau souterraine doit permettre non seulement que la pérennité de leau ne soit pas menacée, mais aussi que les environnements naturels qui dépendent de cette ressource, tels que la végétation riveraine, les écosystemes aquatiques et les milieux humides, soient protégés. Afin dassurer une gestion appropriée des ressources en eau souterraine, une information précise concernant les entrées (recharge) et les sorties (décharge naturelle et pompage) deau dans chacun des bassins est nécessaire afin que le comportement à long terme de laquifère et le taux de pompage durable puissent être estimés. En guise dinitiative, ce travail illustre certaines études clé concernant la recharge de leau souterraine à plusieurs échelles dans les hautes plaines du Kansas. Ces études comprennent le bilan sol-eau et la modélisation numérique à léchelle régionale, létude de la recharge des nappes souterraines à léchelle du comté, des études expérimentales à petite échelle et certaines découvertes originales. Lors de la présentation de ces études, lemphase est portée sur les hypothèses et limitations ainsi que sur les facteurs environmentaux qui affectent les processus de recharge. En général, les effets de lirrigation et de lagriculture sur la recharge sont daugmenter considérablement le taux de recharge, et dans plusieurs cas, dexcéder les précipitations comme principale source de recharge. Le déséquilibre entre les intrants deau (recharge) et entrants (pompage et écoulement de base dans les rivières) dans laquifère des hautes plaines est très important. Les résultats des efforts de stabilisation du système aquifère en diminuant lutilisation deau, en améliorant lefficacité des techniques dirrigation, en adoptant des pratiques dutilisation du territoire qui réduisent lutilisation deau et en adoptant certaines autres mesures sont présentés. Enfin, les étapes de base nécessaires afin datteindre une utilisation durable de leau souterraine dans les hautes plaines sontexposées. Elles comprennent lamélioration des connaissance de base, lapromotion dune meilleure compréhension de la motivation et de lattitudedu public, ladoption dune approche de gestion de leau souterraineadaptable et basée sur les écosystèmes, lamélioration de lefficacitédutilisation de leau, lexploitation du plein potentiel de lagriculturebiosaline et en milieu aride, et ladoption dun objectif pourlutilisation durable à long terme.

     

Nitrate pollution from agriculture in different hydrogeological zones of the regional groundwater flow system in the North China Plain

A survey of the quality of groundwater across a broad area of the North China Plain, undertaken in 1998 to 2000, indicates that nitrate pollution is a serious problem affecting the drinking water for a vast population. The use of nitrogen (N)-fertilizer in agriculture has greatly increased over the past 20 years to meet the food needs of the rapidly expanding population. During the study, 295 water samples were collected from wells and springs to determine the water chemistry and the extent of nitrate pollution. High concentrations of nitrate, especially in a recharge area along the western side, but also in the vicinity of Beijing and locally in other parts of the plain, pose a serious problem for the drinking water supply. In places, the nitrate concentration exceeds the maximum for safe drinking water of 45 mg/L. The intense use of N-fertilizer and the widespread use of untreated groundwater for crop irrigation contribute greatly to the problem, but no doubt the disposal of industrial and municipal waste into streams and infiltrating the aquifer also contribute to the problem; however, the lack of data prevents evaluation of those sources. In the recharge area, nitrate is found at depths of as much as 50 m. Near Beijing, relatively high concentrations of nitrate occur at depths of as much as 80 m. In the discharge area, in the vicinity of the Yellow River, high concentrations of nitrate occur at depths of <8 m.

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

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Resumen Contaminacíon de nitratos a causa de prácticas agrícolas en diferentes zonas hidrogeológicas del sistema de flujo regional de aguas subterráneas en la planice del norte de China. Un estudio de la calidad del agua subterránea en una zona amplia de la planice del norte de China se llevó a cabo entre 1998 y el año 2000. Este estudio indica que la contaminación de nitratos es un problema grave que afecta el agua potable de una vasta población. El uso de fertilizantes a base de nitratos en la agricultura ha aumentado considerablemente durante los últimos 20 años para satisfacer las necesidades alimentices de la creciente población. Durante el estudio, se tomaron 295 muestras de pozos de agua y manantiales para determinar la química de las aguas y el grado de contaminación por nitratos. Altas concentraciones de nitratos, especialmente en una zona de recarga a lo largo del lado oeste, asì como en la cercanía a Pekín y en zonas locales en otras partes de la planicie, presentan un problema serio al sumunistro de agua potable. En ciertos lugares, la concentracióon de nitratos excede el nivel máximo de seguridad para el agua potable 45 mg NO₃/L. El intenso uso de fertilizantes de nitratos y el abundante uso de agua subterránea sin tratamiento para la irrigación de cultivos contribuyen sustancialmente al problema. Sin embargo, sin lugar a dudas, la descarga de deshechos industriales y municipales en arroyos y en el acuífero también contribuyen al problema. La falta de datos impide la evalución de dichas fuentes. En la zona de recarga se encuentran nitratos hasta los 50 m de profundidad. Cerca a Pekín, concentraciones relativamente altas de nitrato ocurren hasta los 80 m de profunidad. En las zonas de descarga afectadas por el Río Amarillo las concentraciones altas de nitrato se encuentran solamente a menos de 8m de profundidad.

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Resumé Une campagne dévaluation de la qualité de leau souterraine entreprise entre 1998 et 2000 à travers une vaste étendue de la plaine du nord en Chine indique que la pollution par les nitrates est un problème sérieux qui affecte la qualité de leau souterraine pour une abondante population. Lutilisation de fertilisants azotés pour lagriculture a augmenté considérablement durant les 20 dernières années afin de rencontrer les besoins alimentaires dune population à forte croissance. Lors de cette étude, 295 échantillons deau ont été prélevés dans des puits et sources naturelles afin de déterminer la composition chimique de leau souterraine ainsi que létendue de la pollution par les nitrates. Des concentrations élevées de nitrates, en particulier dans une zone de recharge le long de la limite ouest de la plaine, mais aussi dans la région de Beijing et sporadiquement dans la plaine, posent de sérieux problèmes à la consommation de leau souterraine. A certains endroits, la concentration en nitrates excède la valeur maximale acceptée pour la consommation qui est de 45 mg NO₃/L. Lutilisation intensive de fertilisants azotés ainsi que lutilisation répandue deau souterraine non traitée pour lirrigation contribuent pour beaucoup au problème, mais il ne fait pas de doute que le rejet des déchets municipaux et industriels dans les rivières et aquifères y est aussi pour quelque chose. Par contre, le manque de donnés ne permet pas dévaluer la contribution de chacune de ces sources. Dans la zone de recharge, les nitrates se retrouvent à des profondeurs allant jusquà 50 m. Près de Beijing, des concentrations relativement élevées de nitrate ont été mesurées à des profondeurs allant jusquà 80 m. Enfin, dans la zone démergence affectée par la rivière Jaune, les fortes concentrations se retrouvent à une profondeur maximale de 8 m.

     

The origin of increased salinity in the Cambrian-Vendian aquifer system on the Kopli Peninsula,northern Estonia

Monitoring of the confined Cambrian-Vendian aquifer system utilised for industrial water supply at Kopli Peninsula in Tallinn over 24 years reveals remarkable changes in chemical composition of groundwater. A relatively fast 1.5 to 3.0-fold increase in TDS and in concentrations of major ions in abstracted groundwater is the consequence of heavy pumping. The main sources of dissolved load in Cambrian-Vendian groundwater are the leaching of host rock and the other geochemical processes that occur in the saturated zone. Underlying crystalline basement, which comprises saline groundwater in its upper weathered and fissured portion, and which is hydraulically connected with the overlying Cambrian-Vendian aquifer system, is the second important source of ions. The fractured basement and its clayey weathering crust host the Ca-Cl type groundwater, which is characterised by high TDS values (2–20 g/L). Intensive water abstraction accelerates the exchange of groundwaters and increases the area of influence of pumping. Chemical and isotopic studies of groundwater indicate an increasing contribution of old brackish water from the crystalline basement and rule out the potential implication of an intrusion of seawater into aquifer.

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Resumen El origen del incremento en salinidad en un sistema de acuíferos Cámbrico-Vendiano en la Península Kopli, norte de EstonieMonitoreo a largo plazo de un sistema de acuíferos confinados, de edad Cámbrico-Vendiano, que se utiliza como fuente de abastecimiento industrial en la Península Kopli, al norte de Estonie, revela cambios notables en la composición química del agua subterránea. Un incremento de 1.5 a 3 veces en TDS y en concentraciones de iones mayores en agua subterránea explotada ha sido ocasionado por bombeo fuerte. Las fuentes principales de carga disuelta en el agua subterránea Cámbrico-Vendiano son la lixiviación de la roca encajonante y los procesos geoquímicos que ocurren en la zona saturada. Basamento cristalino subyacente, que aloja agua subterránea salada en la parte superior intemperizada y fisurada, y está conectado hidráulicamente con el sistema acuífero Cámbrico-Vendiano sobreyacente, es la segunda fuente importante de iones. El basamento fracturado y su corteza de intemperismo arcillosa alojan agua subterránea de tipo Ca-Cl la cual se caracteriza por valores altos de TDS (2–20 g/l). Debido a extracción intensiva se ha acelerado el intercambio de agua subterránea y se ha incrementado el área de influencia del bombeo. Los estudios químicos e isotópicos de agua subterránea indican una contribución creciente por filtración derivada del basamento cristalino. Es evidente una intrusión de agua salada hacia el sistema de acuíferos con implicaciones subsecuentes para la calidad del agua.

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Résumé Lorigine de la salinité croissante dans le système aquifère du Cambrien-Vendien dans la péninsule de Kopli, nord de lEstonieLe suivi à long terme du système aquifère captif du Cambrien-Vendien utilisé pour lapprovisionnement deaux industrielles dans la Péninsule de Kopli, nord de lEstonie, révèle de remarquables changements dans la composition chimique des eaux souterraines. Une augmentation de facteur 1.5 à 3 de la TDS et des concentrations en ions majeurs dans leau souterraine est la conséquence de pompages intensifs. Les sources principales des charges dissoutes dans les eaux de laquifère du Cambrien-Vendien sont le lessivage des roches et dautres phénomènes géochimiques ayant lieu dans la zone saturée. Le soubassement rocheux cristallin, qui renferme des eaux souterraines salines dans sa partie supérieure altérée et fissurée, et est hydrauliquement connecté avec laquifère supérieur du Cambrien-Vendien, est la deuxième importante source dions. Le soubassement fracturé et le matériel argileux de laltération, renferme leau souterraine de type Ca-Cl, caractérisée par un haut TDS (2–20 g/l). A cause de la mobilisation intensive de leau les échanges deau souterraine est sont accélérés et la zone dinfluence des pompages augmentent. Les études chimiques et isotopiques indiquent une contribution croissante du drainage des eaux du soubassement cristallin. Lintrusion deaux salées de la mer dans le système aquifère nest pas un phénomène évident.

     

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.

     

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.

     

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

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

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

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

     

Identifying sources of groundwater in the lower Colorado River valley, USA, with δ18O, δD, and 3H: implications for river water accounting

Isotope measurements (¹⁸O, D, ³H) indicate groundwater origin in the Lower Colorado River Valley (LCRV) and provide an alternative, or supplement, to the US Bureau of Reclamations proposed accounting surface method. The accounting surface method uses a hydraulic criterion to identify certain wells away from the flood plain that will eventually yield mainstream Colorado River water. New isotope data for 5 surface-water and 18 groundwater sites around Topock Marsh, Arizona, are compared with river-water data (1974–2002) from 11 sites between Utah and Mexico and with groundwater data from previous LCRV studies. Three groundwater sources are repeatedly identified in the LCRV: (1) local recharge derived from precipitation, usually winter rain, plots slightly below the global meteoric water line (GMWL) and has D values that are 20 greater than those of recent river water; (2) older (pre-1950) upper basin river-water plots on or near the GMWL, distinct from local rainfall and recent river water; and (3) recent (post-1950) Colorado River water, including Topock Marsh samples, plots below the GMWL along an evaporation trend. Large floods, as in 1983, complicate interpretation by routing less evaporated upper basin water into the LCRV; however, tritium content can indicate the age of a water. River-water tritium has declined steadily from its peak of 716 TU in 1967 to about 11 TU in 2002. Mixtures of all three groundwater sources are common.

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Resumen Mediciones isotópicas (¹⁸O, D, ³H) indican cual es el origen del agua subterránea en el Valle Bajo del Río Colorado (LCRV) y aportan una alternativa, o complemento, para el método superficie de conteo propuesto por el Buró de Reclamación de Estados Unidos. El método superficie de conteo utiliza un criterio hidráulico para identificar ciertos pozos alejados de la planicie de inundación que eventualmente producirán agua a partir de la corriente principal del Río Colorado. Los nuevos datos isotópicos para 18 sitios de agua subterránea y 5 sitios de agua superficial cerca de los Pantanos Topock, Arizona, se comparan con datos de agua de río (1974–2002) provenientes de 11 sitios localizados entre Utah y México, y con datos de aguas subterráneas de estudios previos realizados en el LCRV. Se identifican reiteradamente tres fuentes de aguas subterráneas en el LCRV: (1) recarga local derivada de precipitación, generalmente lluvia de invierno, cuya composición cae ligeramente por debajo de la línea de agua meteórica global (GMWL) y tiene valores D que son 20 mayores que los reportados para agua de río reciente; (2) el agua de río más vieja (pre-1950) de la cuenca alta cuya composición cae sobre o cerca de la GMWL, diferente de la lluvia local y del agua de río reciente; (3) agua reciente (post-1950) del Río Colorado, incluyendo muestras de los Pantanos Topock, con composición por debajo de la GMWL a lo largo de una tendencia a la evaporación. Inundaciones grandes, como en 1983, complican la interpretación al transmitir menos agua evaporada de la cuenca alta hacia el LCRV; sin embargo, el contenido de tritio puede indicar la edad del agua. El contenido de tritio en agua de río ha disminuido constantemente desde la concentración pico de 716 TU en 1967 a cerca de 11 TU en 2002. Es común que exista mezclas de las tres fuentes de agua subterránea.

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Résumé Les mesures isotopiques (d18O, dD, 3H) indiquent les origine de leaux souterraines dans la Vallée de la Rivière du Bas Colorado (LCRV) et sont une alternative, ou un supplément, à la méthode des bilans hydrologiques proposée par du «US Bureau of Reclamation». Cette méthode de bilan hydrologique utilise un critère hydraulique permettant didentifier certains puits hors de la plaine dinondation qui pomperaient une part non négligeable de leur eau dans la rivière Colorado. De nouvelles données isotopiques provenant de 5 sites deau de surface et 18 deaux souterraines autour de Topock Marsh en Arizona, sont comparées avec les données (1974–2000) de 11 sites localisés entre Utah et Mexico, ainsi que des données dautres études sur la LCRV. Ces sources deaux souterraines sont identifiées à plusieurs reprises dans la LCRV: (1) la recharge locale dérivant des précipitations, généralement les pluies hivernales, se retrouvent légèrement sous la ligne deau météoritique globale (GMWL) et possède des valeurs de dD 20% supérieures aux valeurs des eaux récentes de la rivière; (2) les eaux vieilles (pre-1950) du bassin supérieur de la rivière possèdent une valeurs très proches de la GMWL, distinctes des valeurs de la pluie locale et des eaux récentes de la rivière; et (3) les eaux récentes (post-1950) de la Rivière Colorado, incluant les échantillons de Topock Marsh, se positionnent à côté de la GMWL sur une droite dévaporation. Les grandes inondations, par exemple celle de 1983, compliquent linterprétation en reprenant dans la LCRV moins deaux marquées comme évaporées et provenant du bassin supérieur; par ailleurs le pic de tritium est descendu de 716 TU en 1967 à 11 TU en 2002. Les mélanges de ces trois sources sont assez fréquentes.

     

Aquifers and hyporheic zones: Towards an ecological understanding of groundwater

Ecological constraints in subsurface environments relate directly to groundwater flow, hydraulic conductivity, interstitial biogeochemistry, pore size, and hydrological linkages to adjacent aquifers and surface ecosystems. Groundwater ecology has evolved from a science describing the unique subterranean biota to its current form emphasising multidisciplinary studies that integrate hydrogeology and ecology. This multidisciplinary approach seeks to elucidate the function of groundwater ecosystems and their roles in maintaining subterranean and surface water quality. In aquifer-surface water ecotones, geochemical gradients and microbial biofilms mediate transformations of water chemistry. Subsurface fauna (stygofauna) graze biofilms, alter interstitial pore size through their movement, and physically transport material through the groundwater environment. Further, changes in their populations provide signals of declining water quality. Better integrating groundwater ecology, biogeochemistry, and hydrogeology will significantly advance our understanding of subterranean ecosystems, especially in terms of bioremediation of contaminated groundwaters, maintenance or improvement of surface water quality in groundwater-dependent ecosystems, and improved protection of groundwater habitats during the extraction of natural resources. Overall, this will lead to a better understanding of the implications of groundwater hydrology and aquifer geology to distributions of subsurface fauna and microbiota, ecological processes such as carbon cycling, and sustainable groundwater management.

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Resumen Los entornos ecológicos en ambientes subsuperficiales están relacionados directamente con el flujo de agua subterránea, la conductividad hidráulica, biogeoquímica intersticial, tamaño de los poros, y vínculos hidrológicos con acuíferos adyacentes y ecosistemas superficiales. La ecología del agua subterránea ha evolucionado a partir de una ciencia que describe la biota subterránea única hasta alcanzar la forma actual que enfatiza estudios multidisciplinarios que integran hidrogeología y ecología. Este enfoque multidisciplinario busca clarificar la función de los ecosistemas de agua subterránea y sus roles en el mantenimiento de la calidad de agua superficial y subterránea. En ecotonos de agua superficial y de acuíferos, los gradientes geoquímicos y biopelículas microbiales median transformaciones de calidad de agua. La fauna subsuperficial (estigofauna) se alimenta de biopeliculas, altera el tamaño de los poros intersticiales mediante su movimiento, y transporta físicamente material a través del ambiente de aguas subterráneas. Además, los cambios en sus poblaciones aportan señales de decadencia de calidad de agua. La mejor integración de ecología de aguas subterráneas, biogeoquímica, e hidrogeología incrementará significativamente nuestro entendimiento de ecosistemas subterráneos, especialmente en términos de bioremediación de aguas subterráneas contaminadas, mantenimiento o mejoramiento de calidad de agua superficial en ecosistemas dependientes de agua subterránea, y protección mejorada de habitats de agua subterránea durante la extracción de recursos naturales. Sobretodo, esto conducirá a un mejor entendimiento de las implicaciones de la hidrología de aguas subterráneas y geología del acuífero, de las distribuciones de fauna subsuperficial y microbiota, procesos ecológicos tal como ciclado de carbono, y gestión sostenible de aguas subterráneas.

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Résumé Les contraintes écologiques dans les environnements de subsurface sont en relation directe avec les écoulements des eaux souterraines, la conductivité hydraulique, la biogéochimie des milieux interstitiels, la taille des pores, et les liens hydrologiques avec les aquifères et les écosystèmes adjacents. Lécologie des eaux souterraines a évolué dune science décrivant uniquement les biotopes souterrains à des études multidisciplinaires qui intègrent lécologie et lhydrogéologie. Lapproche multidisciplinaire cherche à élucider le fonctionnement des écosystèmes souterrains et leur rôle consistant à maintenir la qualité des eaux souterraines et de surface. Dans les écotones des eaux de la surfaces des aquifères, les gradients géochimiques et les biofilms microbiologiques contrôlent les transformations de la qualité de leau. La faune de subsurface (stygofauna) construisent les biofilms, altèrent la taille des pores interstitiels à travers leur mouvement, et transportent physiquement des matériaux à travers lenvironnement des eaux souterraines. Par ailleurs, les changements de leur population signalent un déclin de la qualité de leau.Une meilleure intégration de lécologie des eaux souterraines, de la biogeochimie, et de lhydrogéologie pourra faire avancer de manière efficace de notre compréhension des écosystèmes souterrains, et spécialement en terme de bioremédiation des eaux souterraines contaminées, de maintenance et damélioration de la qualité des eaux de surface dépendant des écosystèmes souterrains, et lamélioration de la protection des habitats des eaux souterraines durant lextraction des ressources naturelles. En général, cela conduira à une meilleure compréhension de limplication de lhydrogéologie et de la géologie des aquifères à la distribution de la faune de subsurface et aux microbiota, aux processus écologiques tels que les cycles du carbone, et la gestion durable des eaux souterraines.

     

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

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

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

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

     

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.

     

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

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

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

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

     

Hydrochemical tracers in the middle Rio Grande Basin,USA: 2. Calibration of a groundwater-flow model

The calibration of a groundwater model with the aid of hydrochemical data has demonstrated that low recharge rates in the Middle Rio Grande Basin may be responsible for a groundwater trough in the center of the basin and for a substantial amount of Rio Grande water in the regional flow system. Earlier models of the basin had difficulty reproducing these features without any hydrochemical data to constrain the rates and distribution of recharge. The objective of this study was to use the large quantity of available hydrochemical data to help calibrate the model parameters, including the recharge rates. The model was constructed using the US Geological Surveys software MODFLOW, MODPATH, and UCODE, and calibrated using ¹⁴C activities and the positions of certain flow zones defined by the hydrochemical data. Parameter estimation was performed using a combination of nonlinear regression techniques and a manual search for the minimum difference between field and simulated observations. The calibrated recharge values were substantially smaller than those used in previous models. Results from a 30,000-year transient simulation suggest that recharge was at a maximum about 20,000 years ago and at a minimum about 10,000 years ago.

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Resumen La calibración de un modelo de aguas subterráneas con el apoyo de datos hidroquímicos ha demostrado que la recarga relativamente baja en la cuenca media del Río Grande es probablemente responsable de una depresión de aguas subterráneas en el centro de la cuenca y de la presencia de una cantidad considerable de agua del Río Grande en el acuífero del Grupo Santa Fe. Los modelos propuestos con anterioridad para la cuenca tenían dificultades para reproducir estas características ya que no tenían datos hidroquímicos que permitieran delimitar los ritmos y distribución de recarga. El objetivo del presente estudio consistió en utilizar una gran cantidad de datos hidroquímicos disponibles para ayudar a calibrar los parámetros del modelo, incluyendo los ritmos de recarga. El modelo se construyó utilizando los modelos MODFLOW, MODPATH, y UCODE del USGS, mientras que la calibración se realizó en base a concentraciones de ¹⁴C y a la posición de ciertas zonas definidas con los datos hidroquímicos. La estimación de parámetros se realizó en base a una combinación de técnicas de regresiones no lineares y a una búsqueda a viva fuerza del error mínimo entre los datos observados y los simulados. Los valores de recarga calibrados fueron significativamente más bajos que los estimados en los modelos anteriores. Los resultados de una simulación transitoria de 30,000 años sugieren que la recarga durante la última glacial máxima (LGM) fue diez veces el ritmo moderno, pero que la recarga que ocurrió inmediatamente después de la LGM fue más baja que el ritmo moderno.

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Résumé Le calibrage dun modèle hydrogéologique avec laide de données hydrochimiques a démontré que la recharge relativement faible dans le Grand Bassin du Middle Rio est vraisemblablement responsable dune dépression des eaux souterraines dans le centre du bassin et de la présence dune quantité substantielle deau du Rio Grande dans laquifère du Groupe de Santa Fe. Les modèles antérieurs avaient des difficultés à reproduire ses conclusions sans laide de données hydrochimiques pour contraindre les taux et la distribution de la recharge. Lobjectif de cette étude était dutiliser une grande quantité de données hydrochimiques permettant de calibrer les paramètres du modèle, et notamment les taux de recharge. Le modèle a été construit avec les logiciels MODFLOW, MODPATH et UCODE, et calibré en utilisant les concentrations en ¹⁴C et la position de certaines zones définies par les données hydrochimiques. Lestimation de certains paramètres a été réalisée en utilisant une combinaison de techniques de régression non linéaire et une méthode de recherche exhaustive (Brute Force Search) de lerreur minimum entre les résultats des observations et les simulations. Les valeurs de la recharge calibrée sont substantiellement plus basses que celles estimées dans les modèles antérieurs. Les résultats dune simulation en régime transitoire sur 30.000 ans suggèrent que la recharge au maximum de la dernière glaciation (last glacial maximum, LGM) était 10 fois supérieure au taux actuel, mais que la recharge qui a suivit la LGM était plus bas que la recharge actuelle.