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.

     

Patterns of evolution of research strands in the hydrologic sciences

This paper examines issues of impact and innovation in groundwater research by using bibliometric data and citation analysis.The analysis is based on 3120 papers from the journal Water Resources Research with full contents and their citation data from the ISI Web of Science. The research is designed to develop a better understanding of the way citation numbers can be interpreted by scientists. Not surprisingly, the most highly cited papers appear to be pioneers in the field with papers departing significantly from what has come before and to be effective in creating similar, follow-on papers. Papers that are early contributions to a new research strand that is highly influential will be on average highly cited. However, the importance of a research strand as measured by citations seems to fall with time. The citation patterns of some classic papers show that the activity in the topical area and impact of follow-on papers gradually decline with time, which has similarities with Kuhns ideas of revolutionary and normal science. The results of this study reinforce the importance of being a pioneer in a research strand, strategically shifting research strands, adopting strategies that can facilitate really major research breakthroughs.

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Resumen Este artículo examina los temas de impacto e innovación en la investigación de las aguas subterráneas, mediante el uso de datos bibliométricos y del análisis de las referencias bibliográficas. El análisis se basó en 3120 artículos de la revista Water Resources Research, con el contenido completo y sus datos de referencias bibliográficas obtenidos de la Red de Ciencia ISI. La investigación se diseñó para desarrollar un entendimiento mayor de la forma en que la cantidad de citas bibliográficas puede ser interpretada por los científicos. No es sorprendente que los artículos más citados, parecen ser los pioneros en el campo, siendo artículos que divergen significativamente de lo que se ha hecho anteriormente, los cuales son efectivos creando de manera similar otros artículos seguidores. Los artículos que son contribuciones iniciales en una línea de investigación nueva, la cual es de alta influencia, serán en promedio citados muy frecuentemente. Sin embargo, la importancia de una línea de investigación, de acuerdo a su medida por las veces que es citada, parece disminuir con el tiempo. Las tendencias en cuanto a hacer citas bibliográficas de algunos artículos clásicos, muestran que la actividad en el área de actualidad, lo mismo que el impacto de los artículos seguidores, declinan con el tiempo gradualmente, lo cual muestra parecidos con las ideas de Kuhn acerca de la ciencia revolucionaria y la ciencia normal. Los resultados de este estudio refuerzan la importancia de ser un pionero en una línea de investigación, cambiando estratégicamente de líneas de investigación y adoptando estrategias que puedan facilitar verdaderos avances en investigaciones de trascendencia.

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Résumé Larticle examine les problèmes dimpact et dinnovation dans la recherche des eaux souterraines en utilisant les données bibliométriques et lanalyse des citations. Lanalyse a été faite sur 3120 articles parus dans Water Resources Research en tenant compte de leur texte complet et de toutes citations parues dans lISI Web de la Science. Le but de la recherche a été de mieux comprendre comment le nombre des citations peut être interprété par les scientifiques. Ce nest pas une surprise que les plus cités articles soient les articles-pionniers dans leurs domaines, qui sécartent dune manière significative de ce qui a été écrit auparavant et qui ont été suivi par des nouveaux articles. Les articles qui présentent une première contribution dans leur domaine et qui ont beaucoup influencé la recherche sont en général les plus cités. Il semble que la diminution de limportance dun domaine de recherche est aussi reflétée par le nombre de citations. Le modèle des citations des quelques articles classiques montre que lactivité dans le domaine ainsi que limpact sur les articles suivantes déclinent progressivement pendant le temps ce qui présente une analogie avec les idées de Kuhn sur la science normale et révolutionnaire. Le résultat de létude renforce une fois de plus limportance dêtre un pionnier dans un domaine, en faisant avancer la recherche dans le domaine respectif, en adoptant des stratégies qui peuvent créer des percées majeures dans la recherche.

     

Modeling of complex multi-aquifer systems for groundwater resources evaluation—Swidnica study case (Poland)

An example of groundwater resources evaluation methodology by numerical modeling in the complex, unconsolidated, multi-aquifer system of the Swidnica area (~627 km²) is presented. In this study Groundwater Modeling System (GMS) was used to develop a conceptual model on the basis of data from several hundred boreholes and to calibrate a numerical, multi-aquifer model. A steady state calibration was performed using historical natural groundwater table (quasi-natural simulation) data and abundant pumping test transmissivity data. The calibrated recharge was first spatially distributed based on surface lithology and then adjusted until a good match between calculated and measured heads was obtained. The quasi-natural simulation budget input of ~165,000 m³/day consisted of 40.5% of lateral inflow from the SW fault model boundary, 34.5% of average net recharge from precipitation, 13% of infiltration from the Mietkowskie Lake and 12% of river infiltration. The budget output (the same as input) consisted of ~ 88% of river drainage and ~ 12% of lateral outflow. The final, abstraction-influenced simulation representing the current stationary condition was used to verify the model by cross referencing present well drawdowns with well abstractions and by comparison of the groundwater discharge to the rivers with the field baseflow measurements. In this simulation, the total well abstraction of ~53,000 m³/d resulted in 9% increase in overall water balance up to ~180,000 m³/day, 38% increased river infiltration, 24% reduced river drainage, 17% reduced lateral outflow and ~3 times increased downward leakage to the deepest, productive aquifer. The Swidnica study case shows an example, which analyzes an impact of well abstractions on the decline of groundwater table and river discharges, concluding that reserves of renewable water resources are still available. It shows also, that by setting up a conceptual model within the numerical model environment and by applying a quasi-3D solution, complex multi-aquifer systems can be well and efficiently modeled.

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Resumen Se presenta un ejemplo de metodología de evaluación de recursos de aguas aubterráneas por medio de modelación numérica en el sistema multi-acuífero, complejo, no consolidado del área de Swidnica (~627 km2). Em este estudio se utilizó un sistema de modelamiento de aguas subterráneas (GMS) para desarrollar un modelo conceptual sobre la base de datos de varios cientos de pozos y para calibrar un modelo multi-acuífero numérico. Se llevó a cabo calibración de un estado constante mediante el uso de datos históricos del manto de aguas subterráneas (simulación casi natural) y de abundantes datos de transmisividad de las pruebas de bombeo. En primer lugar se distribuyó la recarga calibrada en base a la litología de superficie y luego se ajustó hasta obtener una buena correlación entre las cimas calculadas y las medidas. El casi natural presupuesto en la simulación de ~165,000 m3/día consistió de 40.5 % de influjo lateral del límite del modelo de la falla SO, 34.5% de recarga neta promedio de precipitación, 13 % de infiltración del lago Mietkowskie y 12% de infiltración de los ríos. El presupuesto de los productos (output) (igual que el input)consistió de ~ 88 % de drenaje de los ríos y ~ 12 % de flujo lateral. La simulación final, influida por la abstracción, que representa la condición estacionaria actual se utilizó para verificar el modelo mediante la verificación cruzada de los conos de abstracción actuales con abstracciones de los pozos y mediante la comparación de la descarga de aguas subterráneas a los ríos con las medidas de flujo de base de terreno. En esta simulación, la abstracción total de los pozos de ~53,000 m3/d dio como resultado un incremento de 9 % en el balance de gua total de hasta ~180,000 m3/día, un incremento de 38 % infiltración de los ríos, una reducción de 24 % del drenaje a los ríos, una reducción de 17 % del eflujo lateral y un incremento de ~3 veces de filtración hacia abajo al acuífero má profundo productivo. El caso de estudio Swidnica muestra un ejemplo que analiza el impacto de las instalaciones de abstraccion de pozos sobre el decrecimiento del mato de aguas subterráneas y descargas de ríos. Sin embargo, la conclusión es que las reservas de recursos aguas renovables están disponibles todavía. También muestra que los sistemas multi-acuíferos complejos se puede modelar eficientemente y satisfactoriamente al establecer un modelo conceptual dentro del ambiente de un modelo numérico y mediante la aplicación de soluciones casi 3D.

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Resumé Un exemple méthodologique dévaluation des ressources en eau souterraine par modélisation numérique dun système aquifère multiple complexe et non-consolidé de la région de Swidnica (~627 km2) est présenté. Le système de modélisation de leau souterraine GMS (Groundwater Modeling System) est utilisé afin de développer un modèle conceptuel basé sur les données provenant de plusieurs centaines de puits, ainsi que pour caler le modèle numérique daquifère multiple. Une calibration en régime permanent a été effectuée en utilisant les données historiques du niveau naturel de la nappe phréatique (simulation quasi-naturelle) et les données de transmissivité provenant de nombreux essais de pompage. La recharge calibrée a été obtenue en utilisant dabord des valeurs spatiallement distribuées en fonction de la lithologie de surface qui ont par la suite été ajustées jusquà ce quune bonne correspondance entre les charges mesurées et simulées soit obtenue. Le bilan des intrants deau pour la simulation quasi-naturelle de ~165,000 m3/j est réparti comme suit: 40.5% provenant dentrée deau latérale le long de la limite sud-ouest du modèle qui représente une faille, 34.5% de recharge moyenne nette provenant des précipitations, 13% dinfiltration provenant du lac Mietkowskie et 12% dinfiltration provenant de rivières. Le bilan des extrants deau qui forme le même volume que les intrants est réparti entre ~88% de drainage par les rivières et ~12% découlement latéral. La simulation finale influencée par le captage qui représente les conditions actuelles a été utilisée afin de vérifier le modèle en comparant le rabattement actuel avec le captage des puits et en comparant lécoulement deau vers les rivières avec les valeurs découlement de base des rivières mesurées sur le terrain. Dans cette simulation, le total deau pompé (~53,000 m3/j) produit une augmentation de 9% dans le bilan deau total qui devient ~180,000 m3/j, une augmentation de 38% dinfiltration par les rivières, une réduction de 24% du drainage par les rivières, une réduction de 17% de lécoulement de sortie latéral et une augmentation denviron 3 fois du drainage vers le bas vers laquifère le plus productif. Létude de cas de Swidnica montre un exemple qui analyse limpact dinstallation de puits de captage sur le déclin de la nappe phréatique et sur la décharge dans les rivières, en concluant par contre, que les réserves en eau renouvelable sont toujours disponibles. Cet exemple montre également quen construisant un modèle conceptuel avec un environnement de modèle numérique et quen appliquant une solution quasi 3D, les systèmes multiaquifères complexes peuvent être bien et efficacement modélisés.

     

Temporal changes in the physical properties and chemical composition of the municipal water supply of Shahrood<Emphasis Type="Bold">,</Emphasis> northeastern Iran

A systematic monitoring program was implemented in 1999 to evaluate the temporal changes in the physical properties and chemical composition of water from the Shahrood Qanat, which provides 30% of Shahroods municipal water needs. A qanat is a near-horizontal gallery which yields water by gravity. The results show that the physical properties, in contrast to the concentration of ions, are in an almost steady state condition and the slight variations are due to the travel time of water in the qanat gallery, the mixing of qanat water, the seasonal temperature fluctuation, and the likely unavoidable errors associated with long-term monitoring. They also show that severe drought during the past nine years has not yet affected the groundwater quality. The TDS of the qanat water is relatively low and the water is of the calcium-bicarbonate type. However, the above average concentrations of nitrate (14.9 mg/L) and phosphate (0.105 mg/L) may reflect the impact of the excessive use of fertilizers in the capture zone of the qanat. High Ca, Mg, pH, and a higher-than-recommended hardness value reflect the influence of carbonate-rock formations on the groundwater composition. The study shows that systematic monitoring is required to identify the erroneous data, to optimize the monitoring program and to characterize the water quality trend.

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Resumen En 1999 fue implementado un programa intensivo y sistemático de monitoreo, para evaluar los cambios temporales en las propiedades físicas y en la composición química de la galería para captar agua tipo kanat de Shahrood. Los resultados muestran que las propiedades físicas se encuentran casi en una condición estacionaria y que las poco significativas y tenues variaciones, se deben al tiempo de viaje del agua en la galería kanat, a la mezcla del agua del kanat, a la fluctuación estacional de temperaturas y a los probables e inevitables errores asociados con el monitoreo de largo plazo. Con base en los resultados del presente estudio se determinó que las sequías más severas, ocurridas durante los últimos nueve años, no han afectado aún la calidad del agua subterránea. El contenido de TDS en el agua del kanat es relativamente bajo y el agua es del tipo bicarbonatada-calcica. Sin embargo las concentraciones por encima del promedio de nitratos (14.5 mg/L) y fosfatos (0.105 mg/L), reflejan el impacto del uso excesivo de fertilizantes en la zona de captura del kanat, sobre la calidad del agua subterránea. Los valores altos de Ca, Mg, pH y dureza reflejan la influencia de las formaciones carbonatadas sobre la composición del agua subterránea. El estudio muestra que se necesita un monitoreo sistemático para identificar los datos erróneos, lo mismo que para optimizar el programa de monitoreo y para predecir potenciales cambios futuros en la calidad del agua.

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Résumé A partir de 1999 on a mis au point un programme de surveillance systématique pour évaluer les changements temporelle des propriétés physiques et chimiques de leau du captage de type qanat de Shahrood. Il a résulté que les propriétés physiques sont presque stationnaires, les variations insignifiants ayant dues au temps de transfert et au mélange de leau dans la galerie, aux variations saisonnières de la température ainsi quaux erreurs inévitables associées à une surveillance à long terme. Cet étude a montré aussi que la qualité de leau na pas été influencée par la période de neuf ans de sécheresse. Le résidu à sec de leau présente des variations assez faibles et leau appartient à la catégorie de Calcium-Bicarbonate. Tout de même les valeurs moyennes des concentrations en nitrates (14.5 mg/L) et en phosphates (0.105 mg/L) mettent en évidence limpact de lutilisation excessive des engrains dans les zones de captage de qanat de Shahrood. Les valeurs élevées de la concentrations en Ca et Mg, du pH et le fait que la dureté dépasse les limites recommandées mettent en évidence linfluence des carbonates de la matrice sur la composition des eaux souterraines. Cet étude montre aussi quil est nécessaire une surveillance systématique affin didentifier les données erronées, doptimiser le programme de monitoring et destimer les changements potentielles de la qualité de leau.

     

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.

     

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.

     

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.

     

Development and applications of groundwater remediation technologies in the USA

The future of the development and application of groundwater remediation technologies will unfold in an atmosphere of heightened public concern and attention. Cleanup policy will undergo incremental change towards more comprehensive efforts which account for the impact of remediation on nearby resources. Newly discovered contaminants will cause the re-examination of mature technologies since they may be persistent, mobile and difficult to treat in-situ. Evaluations of the effectiveness of remedial technologies will eventually include by-product formation, geochemical consequences and sustainability. Long-term field trials of remedial technologies alone can provide the data necessary to support claims of effectiveness.

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Resumen El futuro del desarrollo y de la aplicación de las tecnologías para la recuperación del agua subterránea, se revelará en una atmósfera de gran atención e interés público elevado. La política de limpieza sufrirá un cambio adicional hacia esfuerzos más tangibles, los cuales incluyan el impacto de la recuperación en los recursos circundantes. Los contaminantes recientemente descubiertos causarán la revisión de las tecnologías maduras, pues aquellos pueden ser persistentes, móviles y difíciles para tratar in situ. Las evaluaciones de la efectividad de las tecnologías de recuperación, incluirán eventualmente la formación de subproductos, consecuencias geoquímicas y la sostenibilidad. Las experiencias de campo de largo plazo, que se han hecho aplicando tecnologías de recuperación, pueden por si solas suministrar los datos necesarios para soportar las afirmaciones sobre su efectividad.

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Résumé Dans le futur, le développement et les applications des technologies de traitement des eaux souterraines seront déroulés en tenant compte de linquiétude et lattention croissante de lopinion publique. La politique de nettoyage va subir un changement vers des efforts plus compréhensifs qui prendront en compte limpact du traitement sur les ressources voisines. Les nouveaux contaminants seront persistants, mobiles et difficile de traiter in situ; par conséquence ils vont provoquer la reexamination des technologies consacrées. Lévaluation de lefficacité des technologies de traitement doit considérer lapparition des produits secondaires ainsi que les conséquences géochimiques et le développement durable. Seulement les essais in situ, pendant des longues périodes sur les technologies peuvent fournir les éléments nécessaires pour démontrer leur efficacité.

     

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.

     

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.

     

Analysis of base flow trends in urban streams, northeastern Illinois, USA

Statistical analysis shows that mean annual base flows in three unregulated urban streams in northeastern Illinois do not display significant trends during periods of substantial watershed urbanization. However, statistically-significant upward trends in median annual base flow (probably emblematic of overall changes in the time-distribution of the base flow), characterized by increases in lower base flow rates, affected the flows in all three streams. The analysis reveals no trends in annual and monthly precipitation during these periods. These results are in contrast to results from studies of other urban streams that have shown decreases in base flow, but these results may be partially explained by the low permeability of the near-surface materials in the watersheds investigated. This study employs formal hypothesis-testing of Kendall tau-a trend statistics computed for monthly and annual base flow and precipitation rates to assess the impact of urban development on base flow rates.

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Resumen El análisis estadístico muestra que el flujo base anual medio en tres arroyos urbanos no regulados en el noreste de Illinois no ostenta tendencias significativas durante los periodos de urbanización sustancial de la cuenca. Sin embargo, el flujo en los tres arroyos fue afectado por tendencias al incremento en el flujo base annual medio. Esto es probablemente emblemático en cambios globales en el tiempo-distribución del flujo base caracterizado por incrementos en las tasas de flujo base bajo y afecta a los tres arroyos. El análisis no revela ninguna tendencia en la precipitación annual y mensual durante estos periodos. Estos resultados contrastan con los resultados de estudios de otros arroyos urbanos que muestran un decrecimiento en el fujo base. Sin embargo, estos resultados pueden explicarse parcialmente por la baja permeabilidad de los materiales cercanos a la superficie en las cuencas investigadas. Este estudio emplea las estadísticas de tendencia tau-a de la hipótesis de prueba formal de Kendall - calculadas según los flujos base mensuales y anuales y las tasas de precipitación. El objetivo es evaluar los impactos del desarrollo urbano sobre las tasas de flujo base.

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Résumé Une analyse statistique démontre que la moyenne annuelle de lécoulement de base dans trois rivières urbaines non réglementées du nord est de lIllinois ne montre pas de tendance significative lors de périodes durbanisation massive du bassin versant. Par contre, une tendance statistiquement significative à la hausse de lécoulement de base médian, probablement représentatif de lensemble des changements dans la distribution temporelle de lécoulement de base caractérisé par une augmentation des faibles taux découlement de base, affecte lécoulement dans les trois rivières. Lanalyse ne révèle pas de tendance dans les précipitations annuelles et mensuelles lors de ces périodes. Ces résultats contrastent avec les résultats dautres études de rivières en milieu urbain qui ont montré une diminution de lécoulement de base. Les résultats obtenus lors de cette étude peuvent partiellement être expliqués par la faible perméabilité des dépôts de surface dans le bassin versant étudié. Cette étude utilise le test dhypothèse tau de Kandall, une tendance statistique calculée pour lécoulement de base annuel et mensuel et des taux de précipitation dans le but de déterminer limpact du développement urbain sur les taux découlement de base.

     

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.

     

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.

     

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

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

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

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

     

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.

     

Natural tracers in recent groundwaters from different Alpine aquifers

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

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

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

     

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

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

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

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

     

Groundwater flow in a volcanic–sedimentary coastal aquifer: Telde area, Gran Canaria, Canary Islands, Spain

Groundwater conditions in a 75- km² coastal area around the town of Telde in eastern Gran Canaria island have been studied. Pliocene to Recent volcanic materials are found, with an intercalated detrital formation (LPDF), which is a characteristic of the area. Groundwater development has become intensive since the 1950s, mostly for intensive agricultural irrigation and municipal water supply. The LPDF is one order of magnitude more transmissive and permeable than the underlying Phonolitic Formation when median values are compared (150 and 15 m² day^–1; 5 and 0.5 m day^–1, respectively). These two formations are highly heterogeneous and the ranges of expected well productivities partly overlap. The overlying recent basalts constituted a good aquifer several decades ago but now are mostly drained, except in the southern areas. Average values of drainable porosity (specific yield) seem to be about 0.03 to 0.04, or higher. Groundwater development has produced a conspicuous strip where the watertable has been drawn down as much as 40 m in 20 years, although the inland watertable elevation is much less affected. Groundwater reserve depletion contributes only about 5% of abstracted water, and more than 60% of this is transmitted from inland areas. Groundwater discharge into the sea may still be significant, perhaps 30% of total inflow to the area is discharged to the sea although this value is very uncertain.

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Resumen Se ha llevado a cabo un estudio detallado de una zona costera de 75 km² situada en la costa del Municipio de Telde, al Este de la isla de Gran Canaria, en el Archipiélago Canario. En ella se encuentran materiales volcánicos de edad Pliocena a Reciente, con una formación detrítica intercalada (FDLP), que constituye la máxima singularidad del área. La explotación de las aguas subterráneas ha sido intensiva a partir de la década de 1950, fundamentalmente para el riego de cultivos intensivos y para el suministro a la población. Comparando las medianas de los valores de transmisividad y permeabilidad entre la FDLP y la Formación Fonolítica que está debajo (140 a 15 m²/día y 5 a 0,5 m/día respectivamente) se comprueba que la primera es un orden de magnitud más transmisiva y permeable que la segunda, aunque ambas formaciones son muy heterogéneas y los rangos de productividad esperables en los pozos se solapan entre sí. Los Basaltos Recientes que están encima fueron un buen acuífero hace algunas décadas, pero en la actualidad han sido drenados casi en su totalidad, excepto en el sector Sur. Los valores medios de la porosidad drenable (eficaz) parecen estar alrededor de 0,03 a 0,04, o más. La explotación de las aguas subterráneas ha producido una franja con un destacado descenso de los niveles piezométricos, que alcanza los 40 m en 20 años, aunque la superficie piezométrica hacia el centro de la isla está menos afectada. El descenso calculado en la reserva de aguas subterráneas alcanza solamente un 5% del agua extraída y más de un 60% se transmite desde las cumbres de la isla. La descarga al mar puede ser aún significativa, quizás el 30% de las entradas totales, aunque esta cifra es muy incierta.

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Résumé Les conditions de gisement de leau souterraine dune région de 75 km² de la côte Est de lîle de la Grande Canarie (archipel des Canaries), dans le secteur de Telde, ont été étudiées, en utilisant seulement les données fournies par les puits dexploitation existants. Les matériaux volcaniques, dâge Pliocène à sub-actuel, sont séparés par une formation détritique (FDLP), qui constitue la principale singularité de cette région. Lexploitation de leau souterraine est devenue intensive à partir de 1950, principalement pour des besoins dirrigation (agriculture intensive) et dalimentation en eau des zones urbaines. La comparaison des valeurs médianes montre que la FDLP est dun ordre de grandeur plus transmissive et perméable que les formations volcaniques phonolitiques au-dessous (respectivement 150 et 15 m²/jour ; 5 et 0,5 m/jour). Néanmoins, ces deux formations sont très hétérogènes et les deux gammes de valeurs de productivité des puits se recouvrent. Les Basaltes récents au-dessus qui constituaient, il y a encore quelques décades, un bon aquifère, sont presque entièrement desaturés à lheure actuelle, a exception faite de la partie sud. Les valeurs moyennes de porosité drainable (efficace) sont de lordre de 0,03 à 0,04, voire localement plus élevées. Lexploitation des eaux souterraines a induit de forts rebattements au long dune zone littorale (denviron 40 m au cours des 20 dernières années), alors que la surface piézométrique est moins affectée en amont vers le centre de lîle. La diminution de la réserve des eaux souterraines dans la zone étudiée représente seulement 5% des volumes deau extraits. Plus de 60% proviennent du centre de lîle. Les écoulements vers la mer peuvent être significatifs, (environ 30% des entrées totales) bien que cette estimation soit sujeté à une très forte incertitude.