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

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

---

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

---

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

     

Recharge mechanism and hydrochemistry evaluation of groundwater in the Nuaimeh area, Jordan, using environmental isotope techniques

The relationship between the stable isotopic and chemical composition of precipitation and groundwater was studied in the Nuaimeh area of the Ajloun Highlands in Jordan. The isotopic composition values of precipitation and groundwater are almost identical. The spatial variation of stable isotopes in precipitation is mainly due to the effect of seasonal temperature, altitude and amount. The groundwater reveals identical variation in isotopic composition to the precipitation due to direct recharge and the karstic nature of the outcropping Turonian aquifer. Tritium levels in wells are high and their content is similar to the weighted mean value of tritium content in precipitation, indicating local recharge and low residence time. The ¹⁴C activity in the tritiated groundwater is found to be about half of the ¹⁴C activity of precipitation in the region. A geochemical evolution through dissolution of carbonate by water–carbonate rock interactions reduced the atmospheric ¹⁴C activity from 114 to 61 pmc in the groundwater. A ¹⁴C of around 61 pmc and 7.6 TU values are considered the initial concentration for the recharge in the shallow carbonate aquifer in the Yarmouk Basin. The large fluctuation of water level in observation wells during the rainy season indicates the sensitivity and direct response of the aquifer to the recharge. The chemical composition of the groundwater (Ca²⁺–HCO₃^–) gives emphasis to the short duration of water–rock interaction and indicates dissolution of the carbonate aquifer. The elevated concentrations of Cl^– and NO₃^– in groundwater are attributed to anthropogenic sources.

---

Resumen Fue estudiada la relación entre la composición isotópica estable y la composición química, tanto de la precipitación como del agua subterránea, en el área de Nuaimeh en las montañas de Ajloun, en Jordania. Los valores de la composición isotópica de la precipitación y del agua subterránea son casi idénticos. La variación espacial de los isótopos estables en la precipitación, es debida principalmente al efecto de la temperatura estacional, a la altura y a la cantidad. El agua subterránea muestra una variación idéntica a la precipitación en cuanto a la composición isotópica, debido a la recarga directa y a la naturaleza cársica del acuífero Turoniano aflorante. Los niveles de tritio en los pozos son altos y su contenido es similar al valor medio ponderado del contenido de tritio en la precipitación, indicando una recarga local y un tiempo de residencia corto. Se ha encontrado que la actividad de ¹⁴C en el agua subterránea tritiada, es alrededor de la mitad de la actividad del ¹⁴C en la precipitación para la región. La evolución geoquímica ocurrida a partir de la disolución del carbonato, por las interacciones roca carbonatada–agua, redujeron la actividad atmosférica del ¹⁴C desde 114 en porcentaje de carbono moderno (pcm) hasta 61 pcm en el agua subterránea. Los valores del ¹⁴C cercanos a 61 pcm y de 7.6 unidades de tritio, se han considerado como las concentraciones originales para la recarga en el acuífero carbonatado somero de la Cuenca de Yarmouk. Una gran fluctuación en el nivel de agua de los pozos de observación, durante la estación lluviosa, indica la sensibilidad y la respuesta directa del acuífero frente a la recarga. La composición química del agua subterránea (Ca²⁺–HCO₃^–), enfatiza en la corta duración de la interacción de agua–roca, e indica disolución del acuífero carbonatado. La concentración elevada de Cl^– y NO₃^– en el agua subterránea, se atribuye a fuentes antropogénicas.

---

Résumé Dans la région montagneuse dAjloun de Jordanie on a étudié la relation entre la composition chimique et isotopique des précipitations et des eaux souterraines. La composition isotopique est presque identique dans précipitations et les eaux souterraines. La variation spatiale de la teneur en isotopes stables dans les précipitations est déterminée en principal par les variations saisonnière de la température, laltitude ainsi que par la quantité des précipitations. A cause de la recharge directe et de la nature karstique des affleurements de laquifère dage touronienne, les eaux souterraines présentent la même composition isotopique que les précipitations. La teneur en ³H mesurée dans les forages présente des valeurs élevées, proches de la valeur moyenne des précipitations, ce quindique une recharge locale et un temps court de résidence. On a déterminé pour lactivité de ¹⁴C une valeur proche de la moitié trouvée dans les précipitations. Lévolution géochimique par dissolution des carbonates pendant linteraction entre leau et les roche a diminué lactivité du ¹⁴C, de la valeur de 114 pcm en atmosphère à 61 pcm dans les eaux souterraines. Dans laquifère calcaire de surface de bassin Yarmouk, on a considéré comme de concentrations initiales, les valeurs de 61 pcm pour ¹⁴C et 7.2 UT pour ³H. Les grandes fluctuations des niveaux des eaux souterraines observées dans les forages pendant les saisons pluvieux montrent la sensibilité ainsi que la réponse directe de laquifère au recharge. La composition chimique des eaux souterraines (Ca²⁺–HCO₃^–) montre de plus le temps court de linteraction entre leau et la roche, en indiquant aussi la dissolution de laquifère calcaire. Les taux élevées de la concentration en Cl^– et NO₃^– dans les eaux souterraines ont été attribuées aux sources humaines.

     

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.

---

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.

---

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.

     

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

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

---

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

---

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

---

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

     

Water-resources reconnaissance of Île de la Gonâve,Haiti

Île de la Gonâve is a 750-km² island off the coast of Haiti. The depth to the water table ranges from less than 30 m in the Eocene and Upper Miocene limestones to over 60 m in the 300-m-thick Quaternary limestone. Annual precipitation ranges from 800–1,400 mm. Most precipitation is lost through evapotranspiration and there is virtually no surface water. Roughly estimated from chloride mass balance, about 4% of the precipitation recharges the karst aquifer. Cave pools and springs are a common source for water. Hand-dug wells provide water in coastal areas. Few productive wells have been drilled deeper than 60 m. Reconnaissance field analyses indicate that groundwater in the interior is a calcium-bicarbonate type, whereas water at the coast is a sodium-chloride type that exceeds World Health Organization recommended values for sodium and chloride. Tests for the presence of hydrogen sulfide-producing bacteria were negative in most drilled wells, but positive in cave pools, hand-dug wells, and most springs, indicating bacterial contamination of most water sources. Because of the difficulties in obtaining freshwater, the 110,000 inhabitants use an average of only 7 L per person per day.

---

Resumen La Isla de la Gonavê, cercana a la costa de Haití, tiene 750 km². La profundidad al nivel freático está comprendida entre menos de 30 m para las calcitas del Eoceno y Mioceno Superior y más de 60 m en el acuífero de calcitas cuaternarias, el cual posee 300 m de espesor. La precipitación anual varía entre 800–1.400 mm, si bien la mayor parte se pierde por evapotranspiración y prácticamente no hay aguas superficiales. Según un balance de masas de cloruros, alrededor del 4% de la precipitación recarga el acuífero kárstico. Las cavidades y manantiales son una fuente habitual de agua. Los pozos excavados proporcionan agua en las áreas costeras. Pocos pozos productivos se han perforado a más de 60 m. El reconocimiento de los análisis de campo indica que las aguas subterráneas son de tipo bicarbonatado-cálcico en el interior, mientras que es de tipo clorurado-sódico en la costa, donde se sobrepasan las concentraciones recomendadas por la Organización Mundial de la Salud para sodio y cloruro. Los ensayos efectuados para detectar la presencia de bacterias productoras de sulfuro de hidrógeno resultaron negativos en la mayoría de los pozos perforados, pero fueron positivos en la muchos manantiales explotados y en todos los manantiales, cavidades y pozos excavados, hecho que indica la contaminación bacteriana de la mayor parte de fuentes de agua. Debido a las dificultades para obtener agua dulce, los 110.000 habitantes utilizan una media de sólo 7 L por persona al día.

---

Résumé LÎle de la Gonâve est une île de 750 km² au large de la côte dHaïti. La profondeur de la nappe varie entre moins de 30 m dans les calcaires de lÉocène et du Miocène supérieur à plus de 60 m dans les calcaires quaternaires épais de 300 m. Les précipitations annuelles sont comprises entre 800–1.400 mm. La plus grande partie des précipitations est perdue par évapotranspiration et il ny a pratiquement pas deau de surface. Le bilan de masse des chlorures permet destimer à 4% des précipitations le montant de la recharge de laquifère karstique. Des bassins dans les grottes et des sources sont la source deau courante. Des puits creusés à la main fournissent de leau dans les zones côtières. Quelques puits productifs ont été forés dépassant 60 m de profondeur. Lanalyse des reconnaissances de terrain indique que les eaux souterraines à lintérieur de lîle sont de faciès bicarbonaté calcique, tandis que leau près de la côte a un faciès chloruré sodique dépassant les valeurs recommandées par lOMS pour le sodium et les chlorures. Des tests pour la présence de bactéries productrices dhydrogène sulfuré se sont révélés négatifs dans la plupart des forages, mais positifs dans la plupart des sources captées et tous les autres sources, bassins de grottes et puits creusés à la main, ce qui indique une contamination bactérienne de la plupart des sources deau. Du fait des difficultés pour sapprovisionner en eau douce, les 110.000 habitants utilisent en moyenne seulement 7 L par personne et par jour.

     

Characterising the main karst aquifers of the Alvand basin, northwest of Zagros, Iran, by a hydrogeochemical approach

The Alvand River basin, situated in the northwest of the Zagros mountain range, Iran, drains carbonate aquifers through some important karst springs. The physical, chemical and isotopic characteristics of spring water were studied for two years in order to assess the origin of groundwater and determine the factors driving the geochemical composition. Principal components analysis was used to identify the main factors controlling the water chemistry. Two groups of springs were identified: (1) low mineralisation, ion concentration, especially sulphate, low temperature, light isotope composition and high elevation of the recharge area, and (2) moderate to high mineralisation, especially sulphate, higher temperature, heavy isotope composition and low altitude of the recharge area. The main factors controlling the groundwater composition and its seasonal variations are the geology, because of the presence of evaporite formations, the elevation and the rate of karst development. In both groups, the carbonate chemistry is diagnostic of the effect of karst development. The supersaturation with respect to calcite indicates CO₂ degassing, occurring either inside the aquifer in open conduits, or at the outlet in reservoirs. The undersaturation with respect to calcite shows the existence of fast flow and short residence-time conditions inside the aquifer. A PCA analysis showed that, contrary to most developed karst systems, where dilution occurs during the wet season, leaching of the gypsum-bearing Gachsaran Formation by rainwater produced higher mineralisation.

---

Resumen La cuenca del río Alvand, situada en el noreste de la cadena montañosa Zagros drena acuíferos compuestos por carbonatos a través de manantiales kársticos. Durante dos años se estudiaron las características físicas, químicas e isotópicas del agua de manantial con el objetivo de determinar el origen del agua subterránea y de los factores que controlan su composición geoquímica. Se utililizó el análisis de componentes principales para identificar los factores principales que controlan la química del agua. Se identificaron dos grupos de mantaniales: (1) de baja mineralización, concentración de iones especialmente sulfatos, y baja temperatura, composición de isotopos livianos y elevación alta del área de recarga, y (2) mineralización moderada y alta, especialmente, sulfatos, y temperatura más alta, composición de isotopos pesados y altitud más baja del agua de recarga. Los factores principales que controlan la composición del agua subterránea y sus variaciones estacionales son la geología debido a la presencia de formaciones evaporitas, la elevación y la tasa a la que se desarrolla el karst. En ambos grupos la química de los carbonatos es un diagnóstico del efecto del desarollo de la estructura kárstica. La supersaturación con respecto a la calcita indica presencia de CO₂ que está en proceso de degasificación que ocurre dentro de acuífero en conductos abiertos o a la salida en reservorios. La subsaturación en lo referente a la calcita muestra la existencia de flujo rápido y de tiempos cortos de residencia al interior del acuífero. El análisis de componentes principales muestra que a diferencia de la mayor parte de sistemas kársticos en donde la dilución ocurre durante la temporada de lluvias, la lixiviación de la formación Gachsaran que contiene yeso a causa de lluvia produce mineralizaciones más altas.

---

Résumé Le bassin de la rivière Alvand, situé dans le nord-ouest de la chaîne de montagne Zagros, draine des aquifères carbonatés par le biais dun important réseau de sources karstiques. Les caractéristiques physiques, chimiques et isotopiques de leau provenant des sources ont été étudiées pendant deux ans afin de déterminer lorigine de leau souterraine et les facteurs responsables de sa composition chimique actuelle. Lanalyse des éléments chimiques majeurs a été utilisée pour identifier les processus qui contrôlent la composition chimique de leau. Deux groupes différents de sources ont été identifiés: (1) faible minéralisation et concentration en ions, spécialement en sulfates, faible température, composition isotopique légère et haute élévation de la zone de recharge, et (2) minéralisation moyenne à élevée, particulièrement en sulfates, température élevée, composition isotopique lourde et plus basse altitude de la zone de recharge. Les facteurs principaux qui contrôlent la composition et la variation saisonnière de leau souterraine sont la géologie, en raison de la présence dévaporites, lélévation et le taux de développement des karsts. Dans les deux groupes, la teneur en carbonates est un diagnostic de leffet du développement de la structure des karsts. La sursaturation par rapport à la calcite indique un dégazage en CO₂ qui a lieu soit à lintérieur de laquifère, dans les conduits ouverts, ou à sa sortie, dans les réservoirs. La sous-saturation par rapport à la calcite indique lexistence dun écoulement rapide et un faible temps de résidence dans laquifère. Une analyse des éléments chimiques majeurs a démontré que contrairement aux systèmes de karst les mieux développés où la dilution a lieu lors de la saison humide, le lessivage du gypse de la formation de Gachsaran par leau de pluie produit une minéralisation plus élevée.

     

Downstream of downtown: urban wastewater as groundwater recharge

Wastewater infiltration is often a major component of overall recharge to aquifers around urban areas, especially in more arid climates. Despite this, such recharge still represents only an incidental (or even accidental) byproduct of various current practices of sewage effluent handling and wastewater reuse. This topic is reviewed through reference to certain areas of detailed field research, with pragmatic approaches being identified to reduce the groundwater pollution hazard of these practices whilst attempting to retain their groundwater resource benefit. Since urban sewage effluent is probably the only natural resource whose global availability is steadily increasing, the socioeconomic importance of this topic for rapidly developing urban centres in the more arid parts of Asia, Africa, Latin America and the Middle East will be apparent.

---

Resumen La infiltración de aguas residuales es a menudo un componente principal de la recarga total en acuíferos ubicados en torno a zonas urbanas, especialmente en los climas más áridos. A pesar de ello, dicho componente todavía es una consecuencia secundaria (o incluso accidental) de diversas prácticas asociadas con la manipulación de las aguas residuales y con la reutilitzación de aguas depuradas. Este tema se revisa mediante referencias a ciertas áreas en las que existen investigación detallada de campo, identificando enfoques pragmáticos con el fin de reducir el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas por tales prácticas, a la vez tratando de conservar los beneficios para los recursos del acuífero. Dado que los efluentes de aguas residuales urbanas son probablemente la única fuente natural cuya disponibilidad global se halla en del aumento, la importancia socioeconómica de este tema será evidente para los centros urbanos de rápido desarrollo en Asia, Latinoamérica y Oriente Medio.

---

Résumé Linfiltration des eaux usées est souvent la composante essentielle de toute la recharge des aquifères des zones urbaines, particulièrement sous les climats les plus arides. Malgré cela, une telle recharge ne constitue encore quun sous-produit incident, ou même accidentel, de pratiques courantes variées du traitement de rejets dégouts et de réutilisation deaux usées. Ce sujet est passé en revue en se référant à certaines régions étudiées en détail, par des approches pragmatiques reconnues pour permettre de réduire les risques de pollution des nappes dues à ces pratiques tout en permettant den tirer profit pour leur ressource en eau souterraine. Puisque les effluents dégouts urbains sont probablement la seule « ressource naturelle » dont la disponibilité globale va croissant constamment, limportance socio-économique de ce sujet est évidente pour les centres urbains à développement rapide de lAsie, de lAfrique, de lAmérique latine et du Moyen-Orient.

     

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.

---

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.

---

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

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

---

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

---

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

     

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.

---

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.

---

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.

     

Numerical simulation of groundwater flow in regional rock aquifers, southwestern Quebec, Canada

The St. Lawrence Lowlands platform, Quebec, Canada, is a densely-populated area, heavily dependent on groundwater resources. In 1999, the Geological Survey of Canada initiated a large-scale hydrogeological assessment study over a 1,500 km² region northwest of Montreal. The objectives were to define the regional groundwater flow, and to give quantitative estimates of the groundwater dynamic parameters and of the available groundwater resources. The applied approach consisted of defining the hydrogeologic framework, hydraulic properties of the aquifer units, and groundwater dynamic components. Lower Paleozoic sedimentary rocks represent regional aquifer units. Coarse Quaternary fluvio-glacial sediments locally overlay the rock sequence and constitute an interface aquifer unit. Fine marine sediments confine most of the regional aquifers. Collected GIS based information was synthesized in a finite element numerical model. The regional saturated steady-state flow was calibrated under current stress conditions assuming an equivalent porous medium approach. Water budget calculations show that the total groundwater flow in regional aquifers amounts to 97.7 Mm³/y. Infiltration from precipitation provides 86.6% of the groundwater supply, while 9.6% comes from subsurface inflow and the remaining 3.8% is induced recharge from surface waters. Discharge from regional aquifers occurs through flow to streams (76.9%), groundwater withdrawal (18.4%), and underground outflow (4.7%).

---

Resumen La plataforma de Tierras Bajas San Lorenzo, Quebec, Canadá, es un área densamente poblada que depende fuertemente de recursos de agua subterránea. En 1999 el Servicio Geológico de Canadá inició un estudio de evaluación hidrogeológica a gran escala sobre un área de 1,500 km² en la región noroeste de Montreal. Los objetivos fueron definir el flujo regional de agua subterránea y aportar estimados cuantitativos de los parámetros dinámicos de agua subterráne y de los recursos disponibles de agua subterránea. El enfoque aplicado consistió en definir el marco hidrogeológico, propiedades hidráulicas de las unidades acuíferas, y los componentes dinámicos de agua subterránea. Rocas sedimentarias del Paleozoico Inferior representan unidades regionales de acuíferos. Sedimentos fluvio-glaciares Cuaternarios gruesos sobreyacen localmente la secuencia rocosa y constituyen una unidad acuífera interfacial. Sedimentos marinos finos confinan la mayoría de acuíferos regionales. Información colectada basada en SIG se sintetizó en un modelo numérico de elemento finito. El flujo regional saturado en régimen permanente se calibró bajo condiciones de stress asumiendo un enfoque de medio poroso equivalente. Los cálculos de balance hídrico muestran que el flujo total de agua subterránea en acuíferos regional alcanza 97.7 Mm³/año. Infiltración a partir de lluvia aporta el 86.6% del abastecimiento al agua subterránea, mientras que el 9.6% proviene de entradas subsuperficiales y el restante 3.8% consiste de recarga inducida a partir de aguas superficiales. La descarga proveniente de acuíferos regionales ocurre a través de flujo a ríos (76.9%), utilización de agua subterránea (18.4%), y salida subterránea (4.7%).

---

Résumé La plateforme Lowllands du Saint-Laurent, Québec, Canada, est une aire densément peuplée, dépendant grandement des ressources en eau souterraine. En 1999, le Service Géologique du Canada a initié une étude hydrogéologique à grande-échelle sur 1500 km² au Nord-Ouest de Montréal. Le sobjectifs ont été de définir la dynamique de lécoulement régional, et de donner des estimations quantitatives des paramètres dynamiques des ressources disponibles en eau souterraine. Lapproche utilisée consista à définir le cadre hydrogéologique de travail, les propriétés hydrauliques des unités aquifères, et les composantes dynamiques des eaux souterraines. Les roches sédimentaires du Paléozoïque Inférieur représentent les unités aquifères régionales. Les sédiments marins fins confinent la plus grande partie des aquifères régionaux. Les informations de base, collectées dans un SIG, ont été synthétisées dans un modèle numérique aux éléments finis. Lécoulement permanent régional, en zone saturée, a été calibré en conditions de stress en assumant une approche de milieu poreu équivalent. Les calculs du bilan hydrologique montrent que lécoulement total des eaux souterraines dans les aquifères régionaux atteind 97,7 Mm³/an. Linfiltration à partir des précipitations apporte 86.6% de leau souterraine exploitée; sachant que 9,6% proviennent découlement de subsurfaces, et que les 3,8% restants proviennent de la recharge via les eaux de surface. Le débit pompé des aquifères régionaux apparaît à travers lécoulement des cours deau, le rabattement des eaux souterraines (18.4%), et lécoulement ascendant (4.7%).

     

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

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

---

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

---

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

     

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.

---

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.

---

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.

     

Accuracy of CFC groundwater dating in a crystalline bedrock aquifer: Data from a site in southern Sweden

The concentrations of chlorofluorocarbons (CFC-11, CFC-12, and CFC-113) and tritium were determined in groundwater in fractured crystalline bedrock at Finnsjön, Sweden. The specific goal was to investigate the accuracy of CFC dating in such an environment, taking potential degradation and mixing of water into consideration. The water was sampled to a depth of 42 m in three boreholes along an 800-m transect, from a recharge area to a local discharge area. The CFC-113 concentration was at the detection limit in most samples. The apparent recharge date obtained from CFC-11 was earlier than from CFC-12 for all samples, with a difference of over 20 years for some samples. The difference was probably caused by degradation of CFC-11. The CFC-12 dating of the samples ranged from before 1945 to 1975, with the exception of a sample from the water table, which had a present-day concentration. Conclusions about flow paths or groundwater velocity could not be drawn from the CFCs. The comparison between CFC-12 and tritium concentrations showed that most samples could be unmixed or mixtures of waters with different ages, and the binary mixtures that matched the measured concentrations were determined. The mixing model approach can be extended with additional tracers.

---

Resumen Precisión en la datación de aguas subterráneas utilizando CFC en un acuífero de rocas cristalinas: datos provenientes de un sitio al sur de Suecia.Se determinaron las concentraciones de clorofluorucarbonos (CFC-11, CFC-12, y CFC-113) y de tritio en aguas subterráneas alojadas en rocas cristalinas fracturadas de Finnsjön, Suecia. El objetivo específico consistió en investigar la precisión de la datación de aguas subterráneas con CFC en este tipo de ambiente, tomando en consideración la degradación potencial y la mezcla de agua. Las muestras de agua se tomaron a una profundidad de 42 m en tres pozos ubicados a lo largo de una línea de 800 m transversal a una zona de recarga y de zona de descarga local. En la mayoría de las muestras se encontró que la concentración de CFC-113 estuvo en el límite de detección. La edad que se estimó en todas las muestras para la recarga aparente en base a CFC-11 fue más joven que la edad proveniente de CFC-12, con una diferencia de más de 20 años para algunas muestras. Esta diferencia fue causada probablemente por la degradación del CFC-11. La datación CFC-12 de las muestras varió de antes de 1945 a 1975, con la excepción de una muestra tomada en el nivel freático, la cual presentó concentración actual. No fue posible obtener conclusiones acerca de las trayectorias de flujo o la velocidad de agua subterránea a partir de los CFCs. La comparación entre las concentraciones de CFC-12 y tritio mostró que la mayoría de las muestras pueden tener composición sencilla o bien consistir de mezclas de aguas de diferentes edades. Esta comparación también permitió determinar las mezclas binarias que corresponden a las concentraciones medidas. Pueden utilizarse trazadores adicionales para ampliar el modelo de mezclas propuesto.

---

Résumé Précision de la datation au CFC dans un aquifère rocheux-fracturé: données dun site du sud de la Suède.Les concentrations en chlorofluorocarbones (CFC-11, CFC-12, CFC-113) et entritium ont été déterminées dans leau souterraine dun massif fracturé à Finnsjön en Suède. Le but de cette étude est de mieux cerner la précision de la méthode de datation au CFC dans ce type denvironnement hydrogéologique, tout en considérant déventuels phénomènes de dégradation et de mélange deaux. Leau a été échantillonnée à une profondeur de 42 mètres dans trois forages alignés sur 800 mètres entre une zone de recharge et une zone de déversement. Les concentrations en CFC-113 sont dans la plupart des échantillons à la limite de détection. Pour tous les échantillons, la date de la recharge établie avec le CFC-11 est antérieure à la date établie avec le CFC-12. La différence entre les deux dates peut dépasser 20 ans et sexplique—probablement—par la dégradation du CFC-11. Les dates de recharge de la nappe mesurées au CFC-12 sont comprises entre 1945 et 1975, excepté pour un échantillon qui possède une concentration actuelle. Il nest pas possible de tirer des conclusions concernant la direction des écoulements et la vitesse de leau souterraine. La comparaison entre CFC-12 et tritium montre que des échantillons pourraient être soit le résultat du mélange deaux dâges différents, soit des échantillons non-mélangés. Dans le cas dun mélange binaire, les rapports du mélange composant la concentration mesurée sont déterminés. Lapproche par modèle de mélange peut être étendue à des traceurs additionnels.

     

Anthropic effects on hydrochemical characteristics of the Valle de Toluca aquifer (central Mexico)

The Valle de Toluca aquifer, located in the Highlands of Mexico, is subject to intensive exploitation to meet the water demand in the valley, as well as for part of Mexico City. This intensive exploitation has produced a decline in groundwater level, land subsidence problems and a decrease in river and spring flows. This study is aimed at determining the extent to which the intensive groundwater abstraction is able to affect and modify the chemical characteristics of the water, using statistical techniques and historical data on the main physico-chemical parameters. Some changes in the chemical characteristics have been verified; initial water abstractions were mainly derived from a local flow zone (rainwater recharge and lateral flows from other aquifers), but currently the chemical characteristics are those of a regional flow zone, revealed by waters of sodium bicarbonate type. An increase in nitrate content has also occurred, although only occasionally is the limit for potable water (50 mg NO₃^- L^-1) exceeded.

---

Resumen El acuífero del Valle de Toluca, localizado en el Altiplano Mexicano, se encuentra sometido a una intensa explotación para cubrir las necesidades de agua en el propio valle, así como parte de las de Ciudad de México. Los altos niveles de explotación han provocado el descenso del nivel piezométrico, problemas de subsidencia, disminución de caudales en ríos y desecación de manantiales. Este estudio pretender determinar en qué grado esta intensiva extracción del agua subterránea es capaz de afectar y modificar el quimismo del agua. Para ello se han empleado técnicas estadísticas y datos históricos de los principales parámetros físico-químicos. Se ha podido comprobar que existen algunos cambios en el quimismo, ya que, inicialmente, el agua extraída del acuífero estaba ligada en gran medida a un flujo local (recarga por agua de lluvia y por alimentación lateral desde otros acuíferos) mientras que ahora el quimismo es característico de un flujo regional, puesto de manifiesto por aguas de tipo bicarbonatado sódico. Adicionalmente, también se ha producido un aumento del contenido de nitratos, aunque sólo de forma ocasional se sobrepasa el límite para agua potable (50 mg NO₃^– L^–1).

---

Résumé Laquifère Valle de Toluca, localisé dans les Hautes Terres du Mexique, est sujet à lexploitation intensive pour combler la demande importante en eau dans la vallée et dans une partie de Mexico. Cette exploitation intensive a causé une baisse importante des niveaux piézométriques, des problèmes daffaissement et de baisse de débits des sources et des rivières. Cette étude a pour objectif de déterminé la limite jusquà laquelle lexploitation intensive pourra affecté et modifié les caractéristiques chimiques de leau, en utilisant des techniques statistiques et des données historiques des principaux paramètres physico-chimiques. Certains changements des caractéristiques chimiques ont été vérifiés ; les premières eaux captées ont été compensées par dautres zones dalimentation (recharge par les eaux de pluie et écoulements latéraux venant dautres aquifères), mais couramment les caractéristiques chimiques sont bien ceux de la zone découlement régional, à faciès sodi bicarbonaté. Une augmentation des concentrations en nitrate est également mis en valeur, néanmoins la limite de potabilité (50 mg/l) est rarement dépassée.

     

Storm pulse chemographs of saturation index and carbon dioxide pressure: implications for shifting recharge sources during storm events in the karst aquifer at Fort Campbell,Kentucky/Tennessee,USA

Continuous records of discharge, specific conductance, and temperature were collected through a series of storm pulses on two limestone springs at Fort Campbell, western Kentucky/Tennessee, USA. Water samples, collected at short time intervals across the same storm pulses, were analyzed for calcium, magnesium, bicarbonate, total organic carbon, and pH. Chemographs of calcium, calcite saturation index, and carbon dioxide partial pressure were superimposed on the storm hydrographs. Calcium concentration and specific conductance track together and dip to a minimum either coincident with the peak of the hydrograph or lag slightly behind it. The CO₂ pressure continues to rise on the recession limb of the hydrograph and, as a result, the saturation index decreases on the recession limb of the hydrograph. These results are interpreted as being due to dispersed infiltration through CO₂-rich soils lagging the arrival of quickflow from sinkhole recharge in the transport of storm flow to the springs. Karst spring hydrographs reflect not only the changing mix of base flow and storm flow but also a shift in source of recharge water over the course of the storm.

---

Resumen Se ha registrado en continuo la descarga, conductancia específica y temperatura de una serie de episodios de tormenta en dos manantiales en calizas ubicados en Fort Campbell, en el oeste de Kentucky/Tennessee (Estados Unidos de América). Se ha analizado muestras de agua recogidas en breves intervalos de tiempo durante los episodios de tormenta, determinando el calcio, magnesio, bicarbonato, carbono orgánico total y pH. Se ha superpuesto quimiogramas de calcio, índice de saturación en calcita y presión parcial de dióxido de carbono en los hidrogramas de las tormentas. La concentración de calcio y la conductancia específica se comportan de forma similar y presentan un mínimo que coincide también con un pico del hidrograma o que se retrasa ligeramente con respecto a él. La presión de dióxido de carbono sigue aumentando en la rama de recesión del hidrograma y, como consecuencia, disminuye el índice de saturación de la rama de recesión del hidrograma. Se interpreta que estos resultados son debidos a la infiltración dispersa a través de suelos enriquecidos en dióxido de carbono que retrasan el flujo rápido desde la recarga en los sumideros hasta su afloramiento en los manantiales. Los hidrogramas en manantiales kársticos reflejan no sólo la mezcla cambiante del flujo de base y el de tormenta, sino también el cambio en el origen del agua de recarga durante el curso de la tormenta.

---

Résumé Lenregistrement en continu du débit, de la conductivité et de la température de leau a été réalisé au cours dune série de crues à deux sources émergeant de calcaires, à Fort Campbell (Kentucky occidental, Tennessee, États-Unis). Des échantillons deau, prélevés à de courts pas de temps lors de ces crues, ont été analysés pour le calcium, le magnésium, les bicarbonates, le carbone organique total et le pH. Les chimiogrammes de calcium, dindice de saturation de la calcite et de la pression partielle en CO₂ ont été superposés aux hydrogrammes de crue. La concentration en calcium et la conductivité de leau se suivent bien et passent par un minimum correspondant au pic de lhydrogramme ou légèrement retardé. La pression partielle en CO₂ continue de croître au cours de la récession de lhydrogramme de même que lindice de saturation de la calcite décroît. Ces résultats sont interprétés comme étant dus à linfiltration dispersée au travers de sols riches en CO₂, décalée par rapport à larrivée de lécoulement rapide provenant de la recharge, à partir dune perte, de lécoulement de crue vers les sources. Les hydrogrammes de sources karstiques ne reflètent pas seulement le mélange variable de lécoulement de base et de lécoulement de crue, mais également un changement dorigine de leau de la recharge au cours de lépisode de crue.

     

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

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

---

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

---

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

     

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.

---

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.

---

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.

     

Arsenic in groundwater of the Bengal Basin, Bangladesh: Distribution, field relations, and hydrogeological setting

Arsenic contaminates groundwater across much of southern, central and eastern Bangladesh. Groundwater from the Holocene alluvium of the Ganges, Brahmaputra and Meghna Rivers locally exceeds 200 times the World Health Organisation (WHO) guideline value for drinking water of 10 µg/l of arsenic. Approximately 25% of wells in Bangladesh exceed the national standard of 50 µg/l, affecting at least 25 million people. Arsenic has entered the groundwater by reductive dissolution of ferric oxyhydroxides, to which arsenic was adsorbed during fluvial transport. Depth profiles of arsenic in pumped groundwater, porewater, and aquifer sediments show consistent trends. Elevated concentrations are associated with fine-sands and organic-rich sediments. Concentrations are low near the water table, rise to a maximum typically 20–40 m below ground, and fall to very low levels between about 100 and 200 m. Arsenic occurs mainly in groundwater of the valley-fill sequence deposited during the Holocene marine transgression. Groundwater from Pleistocene and older aquifers is largely free of arsenic. Arsenic concentrations in many shallow hand-tube wells are likely to increase over a period of years, and regular monitoring will be essential. Aquifers at more than 200 m below the floodplains offer good prospects for long-term arsenic-free water supplies, but may be limited by the threats of saline intrusion and downward leakage of arsenic.

---

Resumen El arsénico ha contaminado gran parte de las aguas subterráneas en el Sur, centro y Este de Bangla Desh. Su concentración en las aguas subterráneas del aluvial Holoceno de los ríos Ganges, Brahmaputra y Meghna supera localmente en un factor 200 el valor guía del arsénico en el agua potable, establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 10 µg/L. Aproximadamente, el 25% de los pozos de Bangla Desh superan el estándar nacional de 50 µg/L, afectando al menos a 25 millones de personas. El arsénico ha llegado a las aguas subterráneas por la disolución reductora de hidróxidos férricos a los que se adsorbe durante el transporte fluvial. Los perfiles del arsénico en las aguas subterráneas bombeadas, agua de poro y sedimentos del acuífero muestran tendencias coherentes. Las concentraciones elevadas están asociadas a arenas finas y sedimentos ricos en materia orgánica. Las concentraciones de arsénico son bajas cerca del nivel freático, se incrementan hasta un máximo que se localiza generalmente a entre 20 y 40 m bajo la cota del terreno, y disminuyen a valores muy pequeños entre alrededor de 100 y 200 m. El arsénico se encuentra sobretodo en las aguas subterráneas existentes en la secuencia de sedimentación que tuvo lugar en el valle durante la transgresión marina del Holoceno. Las aguas subterráneas del Pleistoceno y acuíferos más antiguos están mayoritariamente libres de arsénico. Es probable que las concentraciones de arsénico aumenten en los próximos años en muchos pozos de tipo tubo perforados manualmente, por lo que será esencial efectuar un muestreo regular. Los acuíferos ubicados a más de 200 m bajo las llanuras de inundación ofrecen buenas perspectivas de abastecimiento a largo plazo sin problemas de arsénico, pero pueden estar limitados por las amenazas de la intrusión salina y de la precolación de arsénico desde niveles superiores.

---

Résumé Larsenic contamine les eaux souterraines dans la plus grande partie du sud, du centre et de lest du Bangladesh. Les eaux des nappes alluviales holocènes du Gange, du Brahmapoutre et de la Meghna dépassent localement 200 fois la valeur guide donnée par lOMS pour leau de boisson, fixée à 10 µg/l darsenic. Environ 25% des puits du Bangladesh dépassent la valeur standard nationale de 50 µg/l, affectant au moins 25 millions de personnes. Larsenic a été introduit dans les nappes par la dissolution par réduction doxy-hydroxydes ferriques sur lesquels larsenic était adsorbé au cours du transport fluvial. Des profils verticaux darsenic dans leau souterraine pompée, dans leau porale et dans les sédiments des aquifères montrent des tendances convergentes. Les concentrations élevées sont associées à des sédiments à sable fin et riches en matières organiques. Les concentrations sont faibles au voisinage de la surface de la nappe, atteignent un maximum typiquement entre 20 et 40 m sous le sol, puis tombent à des niveaux très bas entre 100 et 200 m. Larsenic est surtout présent dans les eaux souterraines de la séquence de remplissage de vallée déposée au cours de la transgression marine holocène. Les eaux souterraines des aquifères pléistocènes et plus anciens sont très largement dépourvus darsenic. Les concentrations en arsenic dans de nombreux puits creusés à la main doivent probablement augmenter au cours des prochaines années ; aussi un suivi régulier est essentiel. Les aquifères à plus de 200 m sous les plaines alluviales offrent de bonnes perspectives pour des alimentations en eau sans arsenic à long terme, mais ils peuvent être limités par les risques dintrusion saline et la drainance descendante de larsenic.

     

Introductory review of specific factors influencing urban groundwater, an emerging branch of hydrogeology, with reference to Barcelona, Spain

A number of specific factors must be considered when dealing with groundwater in urban areas. Urbanization significantly affects the natural water cycle, both in terms of quantity and quality. In particular, the main contributors to recharge and discharge clearly differ from those in natural systems. Moreover, water can affect underground structures and infrastructure characteristics of cities such as basements, public transport services (trains, underground railways, etc.), and utility conduits. As a result, urban groundwater is emerging as a distinct branch of hydrogeology. The objective of this paper is to review some of the topics that are specific to urban groundwater. These include (1) fluctuations in groundwater levels caused by changes in land and water uses; (2) pollution problems caused by point or non-point sources in urban areas; (3) characterization and quantification of the components contributing to groundwater recharge and discharge; (4) specific characteristics of groundwater flow and solute transport models in urban areas; and (5) integration of data for sustainable urban water management. Some of these issues are illustrated for the particular case of Barcelona, where a comprehensive hydrogeological study has been carried out during the last few years by both the public and the private sectors.

---

Resumen Se debe considerar una serie de factores específicos al tratar las aguas subterráneas en áreas urbanas. El proceso de urbanización afecta el ciclo natural del agua de manera significativa tanto en lo que se refiere a cantidad como a calidad. En particular, los contribuyentes principales a la recarga y descarga claramente difieren de aquellos aplicables a los sistemas naturales. Es más, el agua puede afectar los estructuras subterráneas de las ciudades tales como sótanos, servicios de transporte público (trenes, trenes subterráneos) y los servicios básicos. Como resultado de esto, la hidrogeologia urbana está emergiendo como una rama específica de la hidrogeología. El objectivo de este artículo es revisar algunos de los temas que son específicos al agua subterránea urbana. Estos incluyen: 1) Fluctuaciones en los niveles de agua subterránea causados por cambios en los usos de terreno y del agua; 2) Problemas de contaminación causados por fuentes puntuales o no puntuales en áreas urbanas; 3) Caracterización y cuantificación de los componentes que contribuyen a la recarga y descarga de agua subterránea; 4) Características especificas de flujo de agua subterránea y modelos de transporte de solutos en áreas urbanas; y 5) Integración de datos para el manejo sostenible de agua urbana. Algunos de estos puntos se han ilustrados para el caso particular de Barcelona en donde se ha llevado a cabo un estudio hidrogeológico amplio durante los últimos años tanto por el sector privado como el público.

---

Résumé Une série de facteurs spécifiques doit être considérée lorsque leau souterraine en région urbaine est étudiée. Lurbanisation affecte significativement le cycle naturel de leau, autant du point de vue quantitatif que qualitatif. Plus particulièrement, les zones de recharge et de décharge diffèrent considérablement des systèmes naturels. Leau souterraine peut affecter les structures souterraines ainsi que les infrastructures municipales telles que les sous-sols, les systèmes de transport publique (trains, métros, ...) et les conduits de service. De ce fait, lhydrogéologie en milieu urbain émerge comme une branche distincte de lhydrogéologie classique. Lobjectif de cet article est de revoir certaines notions qui sont spécifiques à létude de leau souterraine en milieu urbain. Parmi ces notions : 1) les fluctuations de la nappe phréatique causées par des changements dans lutilisation du territoire et de leau, 2) les problèmes de pollution causés par des sources ponctuelles ou diffuses en milieu urbain, 3) la caractérisation et quantification des composants qui contribuent à la recharge et décharge des aquifères, 4) les caractéristiques spécifiques des modèles découlement de leau souterraine et de transport de solutés en milieux urbain, et 5) lintégration des données pour la gestion durable de leau en milieu urbain. Certaines de ces questions sont étudiées pour le cas particulier de la ville de Barcelone où une étude hydrogéologique complète a été menée au cours des dernières années par les secteurs privé et public.