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

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

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

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

     

Assessing the synergistic reduction effects of different energy environmental taxes: the case of China

Imposing any tax among carbon tax, sulfur tax and nitrogen tax on fossil fuels will also reduce the other two air pollutants. Neglecting the synergistic effect of each energy environmental tax and levying carbon tax, sulfur tax and nitrogen tax at the same time will overestimate the abatement cost of air emissions. This study adopts a partial equilibrium model which uses linear demand and supply curves to illustrate the emission reductions in carbon tax, sulfur tax and nitrogen tax. The synergistic reduction effects of CO₂, SO₂ and NO _x are firstly evaluated under the implicit tax scenario of resource tax and consumption tax on fossil fuels. Then it is compared with the synergistic reduction effects of CO₂, SO₂ and NO _x under different explicit tax scenarios of increasing tax rate on carbon tax, sulfur tax and nitrogen tax. If the synergistic reduction effect of explicit environmental taxes is better, this research aims to find one kind of environmental tax among carbon tax, sulfur tax and nitrogen tax with the best synergistic reduction effect and to provide a decision support for the policy makers of energy environmental taxes. The results indicate that explicit environmental taxes have better synergistic reduction effects compared with the current implicit environmental taxes. And explicit sulfur tax can lead to the largest synergistic reduction effects of CO₂, SO₂ and NO _x . Therefore, the policy makers of energy environmental taxes could consider adopting the explicit sulfur tax to reduce various environmental air emissions at the largest amount.     

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

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

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

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

     

The quantification of atmospheric emissions from complex configuration sources using reverse dispersion modelling

Reverse dispersion modelling was employed to quantify sulphur dioxide (SO₂) and nitrogen dioxide (NO₂) emissions from brick firing clamp kilns and spontaneous combustion from a coal discard dump. Reverse dispersion modelling technique integrates ambient monitoring and dispersion simulation to calculate actual emission rates from an assumed rate of 1 g per second (g/s). Emission rates and emission factors were successfully quantified for SO₂, but not for NO₂, due to the influence of external sources and the complexity regarding the varying proportion of nitrogen oxides released from the kiln. Quantified emission factor for clamp kiln firing ranged from 1.91–3.24 g of SO₂ per brick fired and 0.67–1.14 g of SO₂ per kilogram of bricks fired. The variation in SO₂ emission factors was linked to high variability in energy input. The source configuration input to the dispersion model, assumed to represent the kiln, was changed from a volume source to a more effective “bi-point” source situated at the top of the kiln, with buoyancy calculated from the carbon combustion rate. In addition, SO₂ emission rate for spontaneous combustion from the discard dump was quantified as 0.35 g/s. 274 tons of discard material was estimated to burn annually, assuming that the emission rate is consistent over a year. Consequently, the reverse dispersion modelling and the elevated “bi-point” source technique may be considered a novel approach for quantifying emissions from combustion of materials or mixture of materials where knowledge of source parameters is limited.     

Evaluation of the ability of an artificial neural network model to simulate the input-output responses of a large karstic aquifer: the La Rochefoucauld aquifer (Charente,France)

The ability of artificial neural networks (ANN) to model the rainfall-discharge relationships of karstic aquifers has been studied in the La Rochefoucauld karst system, south-west France, which supplies water to the city of Angoulême. A neural networks model was developed based on MLP (multi-layer perceptron) networks and the Levenberg-Marquardt optimization algorithm. Raw rainfall data were used without transformation into effective rainfall. This allowed for the elimination of certain non-verifiable simplifying assumptions and their subsequent introduction into the modeling procedure. The raw rainfall and discharge data were divided into three groups for the training, the validation and the prediction test of the ANN model. The training and validation phases led to a very satisfactory calibration of the ANN model. The attempt to predict discharges showed that the ANN model is able to simulate the karstic aquifer discharges. The shape of the simulated hydrographs was found to be similar to that of the actual hydrographs. These encouraging results make it possible to consider interesting and new prospects for the modeling of karstic aquifers, which are highly non-linear systems.

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Resumen Se ha estudiado la capacidad de las redes artificiales neurales (ANN) para modelizar las relaciones de lluvia-descarga de acuíferos kársticos en el sistema kárstico La Rochefocauld, al suroeste de Francia, el cual abastece de agua a la ciudad de Angoulême. Se desarrolló un modelo de redes neurales en base a redes MLP (Perceptron Multi-Capas) y el algoritmo de optimización Levenberg-Marquardt. Se utilizaron datos de lluvia sin la transformación hacia lluvia efectiva. Esto permitió la eliminación de ciertos supuestos simplificadores no verificables y su subsiguiente introducción en el procedimiento de modelizado. Los datos brutos de descarga y lluvia se dividieron en 3 grupos para la preparación, validación y la prueba de predicción del modelo ANN. Las fases de preparación y validación llevaron a una calibración muy satisfactoria del modelo ANN. El intento por predecir descargas mostró que el modelo ANN es capaz de simular las descargas del acuífero kárstico. Se encontró que la forma de los hidrogramas sintéticos es similar a la de los hidrogramas reales. Estos resultados alentadores hacen posible considerar prospectos nuevos e interesantes para el modelizado de acuíferos kársticos los cuales son sistemas altamente no-lineares.

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Résumé L’aptitude des réseaux de neurones artificiels (RNA) à modéliser les relations pluie-débit des aquifères karstiques a été évaluée sur le karst de La Rochefoucauld (Sud-Ouest de la France), qui fournit l’eau potable à la capitale régionale Angoulême. Un modèle RNA a été développé à cet effet, basé sur les réseaux PMC (Perceptron Multicouche) et l’algorithme d’optimisation de Levenberg-Marquardt. Les données de pluie utilisées concernent la pluie brute, sans transformation en pluie efficace, ce qui permet de s’affranchir de certaines hypothèses simplificatrices non vérifiables. Les données de pluie brute et de débit ont été réparties en 3 groupes pour l’apprentissage, la validation et le test de prédiction du RNA. Les phases d’apprentissage et de validation ont permis d’aboutir à une calibration très satisfaisante du modèle RNA. La tentative de prédiction a montré que le RNA est apte à simuler les débits de l’aquifère karstique à partir de la pluie brute. La forme des hydrogrammes simulés est semblable à celle des hydrogrammes réels. Les résultats obtenus sont très encourageants et permettent d’envisager des perspectives intéressantes et nouvelles de modélisation des aquifères karstiques, qui sont des systèmes hautement non-linéaires.

     

Investigating pesticide transport in the León-Chinandega aquifer, Nicaragua

Nicaragua’s León-Chinandega aquifer has seen extensive contamination by persistent organochlorine pesticides applied over decades of intensive agricultural activity. Models of flow and transport of a 330 km² sub-region of the aquifer were developed to test conceptual models of contaminant transport, to constrain the value of certain key transport parameters, and to investigate contamination-related concerns raised in past studies. To support these models, a variety of hydrogeologic and geochemical data were collected. It was concluded that the organochlorine pesticides seen in groundwater originate in soils, and are transported to the water table through widespread preferential flow, through shortcutting around wells, or through wind-blown particles delivered to poorly protected hand-dug wells. The distribution coefficient (K _d) of these pesticides is estimated to be between 0.1 and 100 ml/g and the concentration of pesticides being delivered to the water table is estimated to be between 10² and 10⁵ ng/L. It was found that the distribution and concentration of pesticides in the aquifer would be affected by an increase in groundwater abstraction within the region.

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Résumé L’aquifère du León-Chinandega au Nicaragua a été soumis à des contaminations étendues par des pesticides organochlorés persistants qui ont été répandus pendant des dizaines d’années d’agriculture intensive. Des modèles d’écoulement et de transport d’une sous-région de 330 km² de l’aquifère ont été construits pour tester des modèles conceptuels du transport de contaminants, pour contraindre la valeur de certains paramètres de transport clefs, et pour étudier les problèmes liés au transport de contaminations qui avaient été rencontrés lors d’études précédentes. Différents types de données hydrogéologiques et géochimiques ont été collectés pour réaliser ces modèles. La conclusion montre que les pesticides organochlorés rencontrés dans les eaux souterraines proviennent des sols et qu’ils sont transportés jusqu’à l’aquifère via de grandes zones d’écoulement préférentiel, via des raccourcis hydrauliques autour des puits, ou encore via des particules emportées par le vent et tombées dans des puits creusés à la main et mal protégés. Le coefficient de distribution (K _d) de ces pesticides est estimé entre 0.1 et 100 ml/g et la concentration de pesticides arrivant dans la nappe est estimée entre 10² et 10⁵ ng/L. L’étude a montré qu’une augmentation des prélèvements d’eau souterraine dans la région aurait un impact sur la distribution et la concentration des pesticides dans l’aquifère.

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Resumen El acuifero León-Chinandega (Nicaragua) presenta una contaminación extensiva por la aplicación de plaguicidas organoclorados en la agricultura intensiva durante décadas. Se han desarrollado modelos de flujo y transporte de una subregión del acuífero de 330 km² para comprobar los modelos conceptuales del transporte de contaminantes, estimar los valores de ciertos parámetros clave de transporte e investigar los temas relacionados con la contaminación en estudios anteriores. Para elaborar estos modelos, se recogió una variedad de datos hidrogeológicos y geoquímicos. Se ha concluido que los plaguicidas organoclorados presentes en el agua subterránea se originan en el suelo y son transportados hacia el nivel freático a través de flujos preferentes generalizados, a través de cortes alrededor de los pozos o a través de partículas transportadas por el viento depositadas en pozos excavados a mano con poca protección. El coeficiente de distribución (K _d) de estos plaguicidas se ha estimado entre 0.1 y 100 ml/g y la concentración de plaguicidas que sale hacia el nivel freático se estima que puede estar entre 10² y 10⁵ ng/L. Se ha concluido que el incremento de la extracción de aguas subterráneas dentro de la región afectaría la distribución y concentración de plaguicidas en el acuífero.

     

Exceedance of air quality standards resulting from pyro-metallurgical production of copper: a case study, Bor (Eastern Serbia)

This study represents air quality data of SO₂ and As concentrations around the mining–metallurgical complex Bor (Serbia) from 1994 to 2008. Daily and annual SO₂ concentrations greatly exceed current air quality standards in the studied area. The “hot spot” with the highest SO₂ and As annual concentrations during 15 years was the urban-industrial area (the town core). Daily SO₂ concentrations and meteorological parameters during the period from 2005 to 2008 were statistically analysed to develop suitable prediction equations for daily SO₂ concentrations. Anode copper production is an important but not the only factor that has influence on SO₂ concentrations. By stepwise multiple linear regression analysis, it was determined that daily SO₂ concentrations are most influenced by maximum wind gust, relative humidity and air temperature at all the measuring sites. The prediction equations of daily SO₂ concentrations represent a good model with regression coefficients from 0.854 to 0.926 at all the measuring sites. Correlation analysis showed that eastern and western winds increase SO₂ concentrations, thus increasing the health risk of the inhabitants in the study area.     

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

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

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

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

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

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

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

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

     

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

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

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

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

     

Application of environmental groundwater tracers at the Sulphur Bank Mercury Mine, California, USA

Boron, chloride, sulfate, δD, δ¹⁸O, and ³H concentrations in surface water and groundwater samples from the Sulphur Bank Mercury Mine (SBMM), California, USA were used to examine geochemical processes and provide constraints on evaporation and groundwater flow. SBMM is an abandoned sulfur and mercury mine with an underlying hydrothermal system, adjacent to Clear Lake, California. Results for non-³H tracers (i.e., boron, chloride, sulfate, δD, and δ¹⁸O) identify contributions from six water types at SBMM. Processes including evaporation, mixing, hydrothermal water input and possible isotopic exchange with hydrothermal gases are also discerned. Tritium data indicate that hydrothermal waters and other deep groundwaters are likely pre-bomb (before ~1952) in age while most other waters were recharged after ~1990. A boron-based steady-state reservoir model of the Herman Impoundment pit lake indicates that 71–79% of its input is from meteoric water with the remainder from hydrothermal contributions. Results for groundwater samples from six shallow wells over a 6–month period for δD and δ¹⁸O suggests that water from Herman Impoundment is diluted another 3% to more than 40% by infiltrating meteoric water, as it leaves the site. Results for this investigation show that environmental tracers are an effective tool to understand the SBMM hydrogeologic regime.

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Résumé Les concentrations en bore, chlorure, sulfate, δD, δ¹⁸O, et ³H d’échantillons d’eaux de surface et souterraine prélevés dans le banc de soufre de la mine de mercure (SBMM en anglais) en Californie, USA, ont été utilisées pour étudier les processus géochimiques et pour fournir des contraintes à l’évaporation et à l’écoulement des eaux souterraines. La SBMM est une mine de soufre et de mercure abandonnée, adjacente au lac Clear en Californie et sous laquelle se trouve un système hydrothermal.Les résultats des traceurs autres que le tritium (bore, chlorure, sulfate, δD, et δ¹⁸O) ont permis d’identifier des contributions de six types d’eaux à SBMM. Des processus tels que l’évaporation, le mélange, l’entrée d’eau hydrothermale et de possibles échanges isotopiques avec des gaz hydrothermaux ont également été identifiés. Les données de tritium montrent que les eaux hydrothermales et d’autres eaux profondes sont probablement d’age antérieure à la bombe (avant ~1952), alors que la plupart des autres eaux sont issues de la recharge après ~1990. Un modèle de réservoir représentant le lac situé dans la partie Herman Impoundment de l’ancienne mine, en régime permanent et basé sur le bore, montre que 71–79% de l’eau provient des précipitations, le reste provenant de contributions hydrothermales. Les résultats de δD et δ¹⁸O pour des échantillons d’eau souterraine de six puits peu profonds sur une période de 6 mois suggèrent que l’eau de Hermann Impoundment est encore diluée entre 3% jusqu’à plus de 40% lorsqu’elle quitte le site du fait de l’infiltration d’eau météorique. Les résultats de cette étude montrent que les traceurs environnementaux constituent un outil efficace pour comprendre le régime hydrogéologique de la SBMM.

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Resumen Se han utilizado datos de concentraciones de boro, cloruros, sulfatos, δD, δ¹⁸O, y ³H en muestras de aguas superficiales y subterráneas procedentes de la Mina de Mercurio Sulphur Bank (SBMM), California, USA, para estudiar los procesos geoquímicos y caracterizar la evaporación y el flujo del agua subterránea. SBMM es una mina abandonada de azufre y mercurio con un sistema hidrotermal subyacente, cercano al Lago Clear, California.Los resultados de los trazadores que no son ³H (por ejemplo, boro, cloruros, sulfatos δD, y δ¹⁸O) identifican las contribuciones de seis tipos de agua en la SBMM. Se han identificado diversos procesos, como evaporación, mezcla, entrada de agua hidrotermal y la posibilidad de intercambios isotópicos con gases hidrotermales. Los datos de tritio indican que las aguas hidrotermales y otras aguas subterráneas profundas son probablemente pre-bombas (previas a ~1952) en edad mientras que la mayoría de las otras aguas se han recargado después de ~1990. Un modelo estacionario basado en el boro de la fosa del lago Herman Impoundment indica que el 71–79% de su entrada procede de agua meteórica con restos de contribución hidrotermal. Los resultados para las muestras de aguas subterráneas procedentes de seis pozos superficiales en un periodo de 6 meses para δD y δ¹⁸O sugieren que el agua procedente de Herman Impoundment se diluye en otro 3% hasta más del 40% debido a la infiltración de agua meteórica., que sale del sitio. Los resultados de esta investigación muestran que los trazadores ambientales son una herramienta efectiva para entender el régimen hidrogeológico de la SBMM.

     

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

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

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

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

     

Use of unit response functions for management of regional multilayered aquifers: application to the North Aquitaine Tertiary system (France)

Although there are many numerical applications used in aquifer management, few methodologies seem to be sufficiently adapted to provide solutions for regional-scale problems. Their applications for multilayered aquifers are also too limited. A new groundwater management tool adapted to such large physical systems has been developed, using the unit response function (URF) approach. This tool is based on the link between a numerical groundwater flow model and a mathematical optimisation tool. Pre- and post processing are based on a geographical information system (GIS). The developed tool has been applied to a real management case—the regional Aquitaine multilayered aquifer (France). A representative hydrodynamic model was built using MODFLOW 2000 code. First tests show that the linearity condition needed for the application of URF methodology is respected despite the high complexity of the system. Two management scenarios were tested. Optimal solutions thus obtained allow for viable exploitation alternatives to be proposed, which integrate complex environmental constraints.

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Résumé Malgré un nombre important d’applications existant dans le domaine de la gestion des aquifères, peu de méthodologies semblent adaptées pour proposer des solutions à des problèmes réels de dimension régionale. Leurs application pour des systèmes multicouches sont souvent trop limitées. Un outil de gestion adapté à ces systèmes de large taille a été développé, basé sur la théorie des Fonctions de Réponses Unitaires (FRU). Cet outil est basé sur le couplage d’un modèle numérique d’écoulement et d’un code d’optimisation mathématique. Les entrées et sorties du modèle sont réalisées à l’aide d’un Système d’Information Géographique (SIG). L’outil développé est appliqué à un cas de gestion réel—le système aquifère régional multicouche aquitain (France). Un modèle hydrodynamique représentatif a été construit, basé sur le code MODFLOW 2000. Les premiers tests montrent que les conditions de linéarité nécessaires à l’application de la méthode FRU sont respectées, malgré l’importante complexité du système. Deux scénarii de gestion sont testés. Les solutions optimales ainsi obtenues permettent de proposer des solutions d’exploitation alternatives viables, intégrant des contraintes environnementales complexes.

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Resumen Aunque hay muchas aplicaciones numéricas usadas en la gestión de acuíferos, unas pocas metodologías parecen estar adaptadas suficientemente para dar las soluciones a los problemas de escala regional. También son limitadas sus aplicaciones para los acuíferos multicapa. Se ha desarrollado una nueva herramienta para el manejo del agua subterránea, adaptada a tales sistemas físicos grandes, usando el avance de la Función de Respuesta Unitaria (URF). Esta herramienta se basa en la combinación entre un modelo numérico de flujo de agua subterránea y una herramienta de optimización matemática. El pre-proceso y el post-proceso se basan en un Sistema de Información Geográfico (GIS). La herramienta desarrollada se ha aplicado a un caso real de manejo en el acuífero regional multicapa de Aquitania (Francia). Se construyó un modelo hidrodinámico representativo, que usó el código MODFLOW 2000. Las primeras pruebas muestran que la condición de linearidad, necesaria para la aplicación de la metodología URF, se respeta a pesar de la complejidad alta del sistema. Se probaron dos escenarios de manejo. Las soluciones óptimas así obtenidas permiten la proyección de alternativas viables de explotación, las cuales integran restricciones medioambientales complejas.

     

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

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

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

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

     

Modelling groundwater flow of the Trifa aquifer, Morocco

Trifa is the most productive agricultural plain of north-eastern Morocco. The development of agricultural activities during the last few decades has been mainly based on imported water for irrigation. However, irrigation requirements have become so large that groundwater is used as a secondary source to supply the agricultural and domestic water needs, causing a depletion of the groundwater resources, especially during dry periods. A hydrological and a hydrogeological model for the Trifa plain have been developed, which yield information on relevant parameters such as groundwater recharge, and estimate the amount of pumped groundwater needed to meet the irrigation needs. The models (MODFLOW and WetSpass) provide insight into the status and evolution of the groundwater reserves. The results of the study are useful to predict the sustainability of the groundwater resources in the Trifa plain and to evaluate possible management actions. A reduction in groundwater abstraction by at least 25% may be necessary to achieve sustainable conditions.

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Resumen Trifa es la planicie agrícola más productiva del noreste de Marruecos. El desarrollo de las actividades agrícolas durante las últimas décadas se ha basado principalmente en agua importada para riego. Sin embargo, los requerimientos de riego han llegado a ser tan grandes ocasionando que se utilice el agua subterránea como una fuente secundaria para abastecer las necesidades de agua para uso doméstico y agrícola, lo que causa un agotamiento de los recursos de agua subterránea, especialmente durante periodos secos. Se ha desarrollado un modelo hidrogeológico e hidrológico para la planicie Trifa el cual aporta información de parámetros relevantes tal como recarga de agua subterránea y estima la cantidad de agua subterránea que necesita bombearse para satisfacer las necesidades de riego. Los modelos (MODFLOW y WetSpass) aportan una idea acerca del estado actual y la evolución de las reservas de agua subterránea. Los resultados de este estudio son útiles para predecir la sostenibilidad de los recursos de agua subterránea en la planicie Trifa y para evaluar posibles acciones de gestión. Puede ser necesario reducir la explotación de agua subterránea en por lo menos 25% para alcanzar condiciones sostenibles.

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Résumé Trifa est la plaine agricole la plus productive du Nord-Est marocain. Le développement de l’activité agricole durant ces dernières décennies a essentiellement reposé sur l’irrigation. Néanmoins les besoins de l’irrigation sont devenus tels que l’eau souterraine est utilisée comme ressource secondaire, pour combler la demande en eau domestique et agricole, induisant un rabattement d’autant plus important durant les périodes sèches. Un modèle hydrologique et hydrogéologique de la plaine de Trifa a été développé sur base des paramètres les plus importants, tels la recharge, et permet d’estimer le pompage nécessaire des eaux souterraines pour combler les besoins de l’irrigation. Les modèles (MODFLOW et WetSpass) apportent une bonne connaissance de l’état et de l’évolution des réserves souterraines. Les résultats de l’étude sont utiles pour prédire la longévité des ressources et pour évaluer différents scénarios de gestion. Une réduction de l’extraction de 25% serait nécessaire pour atteindre un état durable.

     

On the meaning of the transmissivity values obtained from recovery tests

Recovery tests are based on estimating transmissivity, T, from the heads that rebound after pumping has stopped. Recovery tests can be performed in wells where conventional constant-rate pumping tests would not be possible. Test interpretation is based on the simple Theis recovery method, related to late time drawdown in an infinite homogeneous aquifer. Yet, field data often cannot be explained by the homogeneous theory. Because T is heterogeneous over an evolving range of scales, it is important to evaluate the support scale of hydraulic tests. Numerical simulations are performed to show that heterogeneity in T can explain these field observations. It is also shown that the local T value around the well can be inferred from early time-recovery data, assuming ideal conditions, whereas late time data yield a large-scale (regional) representative value. Even when recovery is observed for a short time, indirect information about the regional value can also be obtained. A method for the interpretation of recovery tests is proposed based on the Theis recovery method that takes into account the heterogeneity of aquifers. Finally, some guidelines are provided for best test performance depending on the scale of the problem.

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Resumen Las pruebas de recuperación se basan en estimar la transmisividad, T, a partir de las cabezas que se recuperan después que el bombeo se ha detenido. Las pruebas de recuperación pueden realizarse en pozos dónde las pruebas de bombeo convencionales, a caudal constante, no son posibles. La interpretación de la prueba se basa en el método simple de recuperación de Theis, relacionado a los últimos valores del abatimiento, en un acuífero homogéneo infinito. No obstante, los datos del campo no pueden ser explicados a menudo por la teoría homogénea. Debido a que T es heterogéneo, por encima de un rango creciente de escalas, es importante evaluar la escala de apoyo de las pruebas hidráulicas. Se realizan las simulaciones numéricas, para mostrar que esa heterogeneidad en T puede explicar las observaciones de campo. También se muestra que los valores de T locales, alrededor del pozo, pueden inferirse a partir de los datos de recuperación iniciales, asumiendo condiciones ideales, mientras que los datos finales entregan un valor representativo de escala grande (regional). Aún cuando la recuperación se observe durante un tiempo corto, también puede obtenerse una información indirecta sobre el valor regional. Se propone un método, que tiene en cuenta la heterogeneidad de los acuíferos, para la interpretación de pruebas de la recuperación, con base en el método de recuperación de Theis. Finalmente, se dan algunas pautas, para la mejor ejecución de la prueba, que dependen de la escala del problema.

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Résumé Les tests de remontée sont basés sur l’estimation de la transmissivité, T, d’après les niveaux piézométriques qui se redressent suite à l’arrêt du pompage. Les tests de remontée peuvent être réalisés dans des puits où les tests conventionnels à pompage constant ne pourraient pas être possible. L’interprétation du test est basé sur la simple méthode de Theis à la remontée, relative aux dernières données de rabattement dans un aquifère infini homogène. Cependant, les données de terrain ne peuvent pas souvent être expliquées par la théorie homogène. Parce que T est hétérogène sur une échelle évolutive d’échelles, il est important d’évaluer l’échelle qui s’accommode aux tests hydrauliques. Des simulations numériques sont réalisées pour montrer que l’hétérogénéité de T peut expliquer ces observations de terrain. Il est également montré que la valeur de T autour du puits peut être interprétée grace aux premières données du tests en supposant les conditions idéales à cette interprétation, tandis que les derniers rabattement représentent une valeur de T à une échelle plus large (régional). Même lorsque la remontée est observée sur une courte durée, une information indirecte sur la valeur régionale peut également être obtenue. Une méthode pour l’interprétation des tests de remontée est proposée basée sur la méthode de la remontée de Theis qui prend en compte l’hétérogénéité des aquifères. Finalement, des règles générales sont apportées pour améliorer la performance du test en fonction de l’échelle du problème.

     

Measuring global energy-related sulfur oxides emissions embodied in trade: a multi-regional and multi-sectoral analysis

Sulfur oxides (SO_X) emissions embodied in trade (SEET) may play an important role in affecting national responsibilities toward pollutant emission reduction within the context of global greenhouse gas emission policy. This paper analyzes the change of the SEET associated with energy consumption from the perspective of a country and a sector between 1995 and 2011, exploring the evolution characteristic of the sources and flows of the SEET for 39 countries, as well as measuring the production-based and consumption-based global SO_X emissions’ inventory and investigating the impact of international trade on the allocation of national pollutant emissions’ reduction obligations. One important finding is that the volume of SO_X emissions embodied in global trade increased dramatically from 1995 to 2011, and the global SO_X emissions stemming from anthropogenic energy consumption are mostly from China and the USA. Another important finding is that, referring to specific sectors, whether seen from the total SEET or from the sources of SEET or from the total SO_X emissions occurring from economic consumption and production, energy sectors, like electricity, gas, and water supply and coke, refined petroleum, and nuclear fuel, are the main contributors to the increase in the global SO_X emissions. Notably, however, our results show that the sector of agriculture, hunting, forestry, and fishing should be allocated more SO_X emission reduction responsibilities under a consumption-based emissions’ accounting inventory.

     

Seismic signals from Lascar Volcano

Lascar, the most active volcano in northern Chile, lies near the center of the region studied during the Proyecto de Investigación Sismológica de la Cordillera Occidental 94 (PISCO ’94). Its largest historical eruption occurred on 19 April 1993. By the time of the PISCO ’94 deployment, its activity consisted mainly of a plume of water vapor and SO₂. In April and May 1994, three short-period, three-component seismometers were placed on the flanks of the volcano, augmenting the broadband seismometer located on the NW flank of the volcano during the entire deployment. In addition to the usual seismic signals recorded at volcanoes, Lascar produced two unique tremor types: Rapid-fire tremor and harmonic tremor. Rapid-fire tremor appears to be a sequence of very similar, but independent, “impulsive” events with a large range of amplitudes. Harmonic tremor, on the other hand, is a continuous, cyclic signal lasting several hours. It is characterized by a spectrum with peaks at a fundamental frequency and its integer multiples. Both types of tremor seem to be generated by movement of fluids in the volcano, most probably water, steam or gas.     

Hydrogeological environment and groundwater occurrences of the alluvial aquifers in parts of the Central Ganga Plain, Uttar Pradesh, India

A detailed hydrogeological investigation was carried out in parts of the Central Ganga Plain, India, with the objective of assessing the aquifer framework and its resource potential. The area was studied because of its dual hydrogeological situation, that is water logging and soil salinization in the canal command areas and depletion of aquifers in the western part of the basin. A comprehensive investigation of the aquifer system between the Ganga River and Kali River revealed its lateral and vertical dimensions and hydrogeological characteristics. Moreover, study of the groundwater occurrences, movements and behaviour, in terms of water level fluctuation with time and space, confirms the coexistence of over exploitation as well as water logging in the area.

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Resumen Una investigación hidrogeológica detallada se llevó a cabo en partes de la Llanura de Ganga Central, India, con el objetivo de evaluar la estructura del acuífero y su potencial del recurso. El área fue estudiada por su doble situación hidrogeológica, es decir la saturación con agua y salinización de suelos en las áreas dominadas por el canal y vaciamiento de acuíferos en el la parte occidental de la cuenca. Una investigación completa del sistema acuífero entre el Río Ganga y el Río Kali, reveló sus dimensiones verticales y laterales y las características hidrogeológicas. Además, los estudios sobre la ocurrencia del agua subterránea, sus movimientos y comportamiento, en lo que se refiere al nivel de agua, y a su fluctuación en el tiempo y el espacio, confirma la co-existencia en el área de sobre- explotación así como de saturación con agua.

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Résumé L'objectif de cette étude hydrogéologique détaillée de portions de la Plaine Centrale du Gange est de déreminer la structure aquifère et la ressource potentielle. L'intérêt de la zone repose sur sa dualité du point de vue hydrogéologique, les zones influencées par le canal présentent une remontée de la nappe avec une salinisation des sols, la portion Ouest du bassin présente une baisse du niveau des aquifères. Par cette étude, le système aquifère compris entre la rivière du Gange et la rivière Kali révèle ses dimensions latérales et verticales ainsi que ses caractéristiques hydrogéologiques. De plus, l'étude des événements, des mouvements et du régime hydrogéologique affectant le niveau phréatique confirme la co-existence de surexploitation et de saturation des sols dans la région.

     

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

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

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

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