Karst groundwater vulnerability mapping: application of a new method in the Swabian Alb, Germany

Groundwater from karst aquifers is an important drinking water resource, which is, however, particularly vulnerable to contamination. Karst aquifers consequently need special protection. This paper discusses the concept of groundwater vulnerability mapping and the special characteristics of karst aquifers that are relevant in this context. On this basis, a new method of groundwater vulnerability mapping is proposed—the PI method. It can be applied for all types of aquifers, but provides special tools for karst. Vulnerability is assessed as the product of two factors: protective cover (P) and infiltration conditions (I). The method was first applied and compared with two other methods (EPIK and the German method) in a test site in the Swabian Alb, Germany. The results obtained with the different methods are discussed and an outlook on the role of vulnerability maps within an overall groundwater protections scheme is given.

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Resumen Las aguas subterráneas en medios kársticos suponen un recurso importante para uso de boca, pero es particularmente vulnerable a la contaminación, por lo que los acuíferos kársticos requieren una protección especial. Este artículo discute el concepto de cartografía de vulnerabilidad de las aguas subterráneas y las características propias de los acuíferos kársticos que son relevantes en este contexto. Con esta base, se propone un nuevo método para cartografiar la vulnerabilidad de las aguas subterráneas, denominado "PI". Puede ser aplicado a todo tipo de acuíferos, pero proporciona herramientas especiales en medios kársticos. Se establece la vulnerabilidad como resultado de dos factores: la cubierta protectora y las condiciones de infiltración. El método ha sido aplicado por vez primera y comparado con otros dos enfoques (EPIK y el método alemán) en un emplazamiento ubicado en Swabian Alb (Alemania). Se discute los resultados obtenidos con estos métodos y se incide en cuál es el papel que desempeñan los mapas de vulnerabilidad en el contexto de los esquemas generales de protección de las aguas subterráneas.

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Résumé L'eau souterraine des karsts est une importante ressource d'eau potable, cependant particulièrement vulnérable à la pollution. C'est pourquoi les aquifères karstiques nécessitent une protection particulière. Ce papier discute le concept de cartographie de la vulnérabilité de l'eau souterraine et les caractéristiques particulières des aquifères karstiques qui sont concernés dans ce contexte. Sur cette base, une nouvelle méthode de cartographie de la vulnérabilité de l'eau souterraine est proposée: la méthode PI. Elle peut être appliquée à tous les types d'aquifères, mais fournit des outils spécifiques au karst. La vulnérabilité est évaluée comme étant le produit de deux facteurs: les conditions de couverture protectrice (P) et d'infiltration (I). La méthode a été mise en oeuvre pour la première fois et comparée à deux autres méthodes (EPIK et la méthode allemande) sur un site test du Jura souabe (Allemagne). Les résultats obtenus avec les différentes méthodes sont discutés et le rôle des cartes de vulnérabilité dans un schéma général de protection des eaux souterraines est passé en revue.

     

Groundwater and climate change: a sensitivity analysis for the Grand Forks aquifer,southern British Columbia,Canada

The Grand Forks aquifer, located in south-central British Columbia, Canada was used as a case study area for modeling the sensitivity of an aquifer to changes in recharge and river stage consistent with projected climate-change scenarios for the region. Results suggest that variations in recharge to the aquifer under the different climate-change scenarios, modeled under steady-state conditions, have a much smaller impact on the groundwater system than changes in river-stage elevation of the Kettle and Granby Rivers, which flow through the valley. All simulations showed relatively small changes in the overall configuration of the water table and general direction of groundwater flow. High-recharge and low-recharge simulations resulted in approximately a +0.05 m increase and a –0.025 m decrease, respectively, in water-table elevations throughout the aquifer. Simulated changes in river-stage elevation, to reflect higher-than-peak-flow levels (by 20 and 50%), resulted in average changes in the water-table elevation of 2.72 and 3.45 m, respectively. Simulated changes in river-stage elevation, to reflect lower-than-baseflow levels (by 20 and 50%), resulted in average changes in the water-table elevation of –0.48 and –2.10 m, respectively. Current observed water-table elevations in the valley are consistent with an average river-stage elevation (between current baseflow and peak-flow stages).

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Resumen El acuífero de los Grand Forks, situado al sur de la Columbia Británica central (Canadá) ha sido utilizado como lugar de estudio para modelar la sensibilidad de un acuífero a los cambios en la recarga y el caudal de los ríos de acuerdo con escenarios previstos de cambio climático en la región. Los resultados sugieren que las variaciones en la recarga al acuífero bajo los diversos escenarios, que han sido modelados en régimen estacionario, tienen un impacto mucho menor en las aguas subterráneas que los cambios en el caudal de los ríos Kettle y Granby, que discurren por el valle. Todas las simulaciones muestran diferencias relativamente pequeñas en la configuración regional de los niveles freáticos y en la dirección general del flujo subterráneo. Las simulaciones de recarga elevada y baja causan un incremento de 0,05 m y un decremento de 0,025 m, respectivamente, en los niveles del acuífero. Los cambios de la elevación del río, simulados para reflejar niveles de flujo mayores que los valores pico (en un 20% y un 50%) resultan en cambios medios de los niveles del acuífero de 2,72 m y 3,45 m, respectivamente. Los cambios simulados en la elevación del río para flujos inferiores al caudal de base (en un 20% y en un 50%) provocan descensos en los niveles de 0,48 y 2,10 m, respectivamente. Los niveles actuales del acuífero en el valle son coherentes con una elevación media del nivel en el río (entre el caudal de base actual y los picos de caudal).

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Résumé L'aquifère de Grand Forks, situé en Colombie britannique (Canada), a été utilisé comme zone d'étude pour modéliser la sensibilité d'un aquifère à des modifications de la recharge et du niveau de la rivière, correspondant à des scénarios envisagés de changement climatique dans cette région. Les résultats font apparaître que les variations de recharge de l'aquifère pour différents scénarios de changement climatique, modélisées pour des conditions de régime permanent, ont un impact sur le système aquifère beaucoup plus faible que les changements du niveau des rivières Kettle et Granby, qui coulent dans la vallée. Toutes les simulations ont montré des différences relativement faibles dans la configuration d'ensemble de la nappe et dans la direction générale des écoulements. Des simulations de conditions de recharge forte et de recharge faible produisent respectivement une remontée de 0,05 m et un abaissement de 0,025 m, approximativement, des cotes de la nappe pour l'ensemble de l'aquifère. Des changements simulés de la cote du niveau de la rivière, pour refléter des niveaux plus hauts que ceux des pics de crues (de 20 et de 50%), produisent respectivement des remontées de la nappe de 2,72 et 3,45 m en moyenne. Des changements simulés de l'altitude du niveau de la rivière, pour refléter des niveaux plus bas que ceux de basses eaux (de 20 et de 50%), produisent respectivement des abaissements de la nappe de 0,48 et 2,10 m en moyenne. Les altitudes courantes observées de la nappe dans la vallée sont cohérentes avec une cote moyenne du niveau de la rivière (entre les niveaux courants de basses eaux et de crues).

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

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

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

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

     

The role of some regional factors in the assessment of well yields from hard-rock aquifers of Fennoscandia

The attributes of about 13,600 hard-rock water wells were arranged in three profiles parallel to gradients of typical regional factors. These factors are thought to be of importance to groundwater yield from wells in the Fennoscandian crust and were subjected to a statistical analysis. The regional factors comprise annual rate of postglacial crustal uplift and annual average precipitation, whereas soil type, soil depth, and bedrock type are considered sub-regional and local factors. There is no clear trend in well yield along the regional gradients. The results of the statistical analysis indicate that for the typical regional variables, the rate of postglacial uplift and average annual precipitation explain not more than 11% of the observed variation in well yields. Some of these factors, and other factors not included in this study, work in opposite directions and may cancel each other out. It is concluded that other, more local factors, such as well depth, proximity to fracture-related lineaments and topography, have a greater influence on well yields in this area.

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Resumen Se ha recogido los atributos de aguas subterráneas con 13.600 años de antigüedad en tres perfiles perpendiculares a los gradientes de los factores regionales típicos, las cuales son captadas por pozos perforados en rocas duras. Se cree que estos factores tienen importancia en el rendimiento de los pozos realizados en la corteza de Fenoscandia, y han sido analizados estadísticamente. Los factores regionales comprenden la tasa anual de alzamiento postglacial y la precipitación media anual, mientras que el tipo y la profundidad del suelo, y el tipo de roca madre, son tratados como factores sub-regionales y locales. No se aprecia una tendencia clara en el rendimiento de los pozos a lo largo de los gradientes regionales. Los resultados del análisis estadístico indican que, para las variables regionales típicas, la tasa de alzamiento postglacial y la precipitación media anual explican como mucho el 11,2% de las variaciones observadas en el rendimiento de los pozos. Algunos de estos factores, así como otros no incluidos en el estudio, son de signo opuesto y pueden llegar a compensarse. Se concluye que factores diferentes, de escala más local, tales como la proximidad a lineamientos correlacionados con fracturas o la topografía, pueden afectar de forma más importante al rendimiento de los pozos en esta zona.

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Résumé Les propriétés d'environ 13,600 puits d'extraction d'eau souterraine dans le socle ont été réparties selon trois profils disposés perpendiculairement aux gradients de facteurs régionaux typiques. Ces facteurs sont considérés comme étant importants pour les rendements des puits dans le bouclier fenno-scandien et ont été soumis à une analyse statistique. Les facteurs régionaux sont le taux de soulèvement postglaciaire et les précipitations moyennes annuelles, alors que le type et l'épaisseur de sol, le type de substratum sont des facteurs sub-régionaux et locaux. Il n'existe pas de tendance dans le rendement des puits selon les gradients régionaux. Les résultats de l'analyse statistique indiquent que pour les variables régionales typiques, le taux de soulèvement postglaciaire et les précipitations moyennes annuelles n'expliquent pas plus de 11,2% de la variation observée du rendement des puits. Certains de ces facteurs, ainsi que d'autres non pris en compte dans cette étude, jouent dans des directions opposées et peuvent s'annuler l'un l'autre. En conclusion, d'autres facteurs, plus locaux, tels que la proximité de linéaments corrélés aux fractures et la topographie peuvent avoir une grande importance pour le rendement des puits dans cette région.

     

Groundwater irrigation and its implications for water policy in semiarid countries: the Spanish experience

Over the last decades, groundwater irrigation has become commonplace in many arid and semiarid regions worldwide, including Spain. This is largely a consequence of the advances in drilling and pumping technologies, and of the development of Hydrogeology. Compared with traditional surface water irrigation systems, groundwater irrigation offers more reliable supplies, lesser vulnerability to droughts, and ready accessibility for individual users. Economic forces influence the groundwater irrigation sector and its development. In Spain's Mediterranean regions, abstraction costs often amount to a very small fraction of the value of crops. In the inner areas, groundwater irrigation supports a more stable flow of farm income than rainfed agriculture. The social (jobs/m³) and economic (€/m³) value of groundwater irrigation generally exceeds that of surface water irrigation systems. However, poor groundwater management and legal controversies are currently at the base of Spain's social disputes over water. A thorough and transparent assessment of the relative socio-economic value of groundwater in relation to surface water irrigation might contribute to mitigate or avoid potential future conflicts. Enforcement of the European Union's Water Framework Directive may deliver better groundwater governance and a more sustainable use.

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Resumen Durante las últimas décadas, la irrigación con agua subterránea se ha vuelto común en muchas regiones áridas y semiáridas alrededor del mundo, incluyendo a España. Ésta es en gran medida una consecuencia de los adelantos en las tecnologías de perforación y bombeo, y del desarrollo de la Hidrogeología. Comparada con los sistemas tradicionales de irrigación con agua superficial, la irrigación con agua subterránea ofrece suministros más fiables, la vulnerabilidad es menor a las sequías, y posee accesibilidad inmediata para los usuarios individuales. Las fuerzas económicas influyen el sector de irrigación con agua subterránea y su desarrollo. En las regiones mediterráneas de España, los costos de extracción suman a menudo una parte muy pequeña del valor de las cosechas. En las áreas internas, la irrigación con agua subterránea constituye un flujo más estable de ingresos para la granja, que la agricultura dependiente del agua lluvia. El valor social (empleos/m³) y económico (€/m³) de la irrigación con agua subterránea, generalmente excede a aquél con sistemas de irrigación de agua superficial. Sin embargo, la gestión pobre del agua subterránea y las controversias legales están actualmente en la base de las disputas sociales en España acerca del agua. Una evaluación completa y transparente del valor socio-económico relativo de agua subterránea respecto a la irrigación con agua superficial, podría contribuir mitigar o evitar los conflictos potenciales del futuro. La entrada en vigor del Marco Reglamentario de Agua de la Unión Europea, puede conllevar a una administración mejor del agua subterránea y a un uso más sostenible.

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Résumé Depuis les dernières décennies, l’irrigation avec l’eau souterraine est devenue commune dans plusieurs régions arides et semi-arides, incluant l’Espagne. Ceci est largement une conséquence due à l’avancement aux technologies de forages et des pompages, et au développement de l’Hydrogéologie. Comparé avec des systèmes traditionnels d’irrigation utilisant l’eau de surface, l’irrigation avec l’eau souterraine offre une technique d’alimentation plus fiable, une vulnérabilité à la sécheresse moins grande, et une accessibilité plus aisée pour chaque utilisateur. Les forces économiques influencent le secteur de l’irrigation par l’eau souterraine et son développement. Dans les régions de l’Espagne Méditerranéenne, les coûts d’exploitation représentent toujours une petite fraction de la valeur des cultures. Dans les régions intérieures, l’irrigation par l’eau souterraine supporte une agriculture plus stable et continue qu’une agriculture reposant sur l’eau de pluie. La valeur sociale (emploi/m³) et économique (€/m³) de l’irrigation avec l’eau souterraine, excède généralement celle des systèmes d’irrigation avec l’eau de surface. Néanmoins, des gestions pauvres de l’eau souterraine et des controverses légales sont couramment à la base de disputes sociales sur l’eau. Un bilan transparent et minutieux des valeurs relatives socio-économiques de l’eau souterraine en relation avec l’eau de surface d’irrigation, devrait contribuer à éviter de potentiels et futurs conflits. Un renforcement de la Directive Cadre de l’Union Européenne devrait apporter une meilleure gouvernance et un usage plus durable.

     

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.

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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.

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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.

     

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.

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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.

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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.

     

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

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

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

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

     

Hydrogeochemistry of the permafrost zone in the central part of the Yakutian diamond-bearing province,Russia

The hydrogeochemical characteristics and zonation of the permafrost zone in the central part of the Yakutian diamond-bearing province formed mainly under the influence of cryogenic processes that occurred in the late Cenozoic. On the basis of field and experimental studies, conclusions were formulated that the perennial cryogenesis of the sedimentary cover in this region resulted in increasing the concentration of carbonate and sulfate compounds in groundwaters as well as increasing the concentration of easily soluble compounds (sodium, magnesium, and calcium chlorides).

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Resumen Las características hidrogeoquímicas y la zonación del permafrost existente en el centro de la provincia de Yakutia, rica en diamantes, se formaron fundamentalmente bajo la influencia de procesos criogénicos durante el tramo final del Cenozoico. Con base en estudios de campo y experimentales, se ha concluido que la criogénesis perenne de la cubierta sedimentaria de la región ha provocado un aumento de la concentración de compuestos de carbonato y sulfato en las aguas subterráneas, además de incrementar la concentración de compuestos solubles, como el sodio, magnesio y cloruros de calcio.

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Résumé Les caractéristiques hydrogéochimiques et la zonation de la région de permafrost dans la partie centrale de la province diamantifère de Yakoutie ont été acquises principalement sous l'influence des processus cryogéniques qui existent depuis la fin du Tertiaire. Sur la base d'études expérimentales et de terrain, on conclut que la cryogenèse permanente de la couverture sédimentaire de cette région a provoqué un accroissement de la concentration des composés carbonatés et sulfatés dans les eaux souterraines, en même temps que celui de composés facilement solubles, comme les chlorures de sodium, de magnésium et de calcium.

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California's evolution toward integrated regional water management: a long-term view

Water resources sustainability hinges on interrelated physical, chemical, biological, and human processes, all of which may affect the quantity and quality of available water supplies. California's decades-long transition process from intensive and often unmanaged groundwater development toward more effective, sustainable integrated water resources management has resulted in important lessons. The process offers insights to other countries that seek to achieve sustainability. Long-term systematic groundwater and surface water monitoring programs and ongoing assessment of regional groundwater systems are an integral part of management. On local to global scales, the need for fundamental data, regional resources assessments, and increased support for scientific and technological advances is becoming increasingly apparent. The scientific community must enhance society's understanding of the essential links between basic data needs and the advancement and application of scientific approaches for effective water management. Correspondingly, scientific and political communities must coordinate common interests in endeavors toward sustainable management. Public outreach is a necessary complement to achieve sustainability goals and garner support for the programs needed to develop water policies based on sound science, manage water resources, and meet future water demands while avoiding unacceptable impacts.

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Resumen La sostenibilidad de los recursos hídricos gira sobre procesos interrelacionados físicos, químicos, biológicos y humanos, todos los cuales pueden afectar la cantidad y calidad de fuentes disponibles de agua. El proceso de transición de varias décadas que ha experimentado California, a partir de un desarrollo intensivo y frecuentemente carente de gestión de aguas subterráneas, hacia una gestión más efectiva, sostenible e integrada de recursos hídricos ha dado por resultado lecciones importantes. Este proceso ofrece alternativas para otros países que buscan alcanzar sostenibilidad. Los programas de monitoreo sistemático a largo plazo de agua superficial y agua subterránea, y las evaluaciones actuales de sistemas regionales de agua subterránea constituyen una parte integral de la gestión. Se hace cada vez más evidente, a escala global y local, la necesidad de datos básicos, evaluaciones regionales de recursos, y apoyo creciente para avances científicos y tecnológicos. La comunidad científica tiene que estimular el entendimiento de la sociedad de las relaciones fundamentales entre las necesidades de datos básicos y los avances y aplicación de enfoques científicos para un manejo efectivo del agua. Del mismo modo, las comunidades científicas y políticas tienen que coordinar intereses comunes en los esfuerzos hacia una gestión sostenible. El involucramiento del público es un complemento necesario para alcanzar los objetivos de sostenibilidad y obtener apoyo para los programas necesarios que permitan desarrollar políticas hídricas basadas en ciencia sana, gestión de recursos hídricos, y alcanzar las demandas futuras de agua mientras se evitan impactos inaceptables.

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Résumé La durabilité des ressources en eau est à la charnière de processus physiques, chimiques, biologiques et humains, tous inter-reliés et à même d'affecter la quantité et la qualité de la disponibilité en eau d'alimentation. Les processus de transition décadaires en Californie, entre un développement intensif et non contrôlé des eaux souterraines, à un système plus rentable et durable de gestion intégrée des ressources en eau, a permis de conclure sur d'importantes leçons. Ce processus offre, en effet, des perspicacités à d'autres pays qui cherchent à concrétiser la durabilité. Les programmes systématiques de surveillance des eaux souterraines et de surface, sur le long terme, font parti intégrant de ce type de gestion. De l'échelle locale à l'échelle globale, la nécessité de données fondamentales, de bilans régionaux des ressources, et d'un support croissant aux avancées scientifiques et techniques, est devenu de plus en plus apparent. La communauté scientifique doit améliorer la compréhension de la société, en ce qui concerne les liens essentiels entre le besoin de données et l'avancement et l'application des approches scientifiques pour une gestion efficace de l'eau. De la même manière, les communautés scientifiques et politiques doivent coordonner leurs intérêts communs en se démenant pour une gestion durable. La mobilisation du publique est un complément nécessaire pour accomplir les objectifs de la durabilité, et rassembler le support aux besoins des programmes, de manière à développer des politiques de l'eau basées sur une science juste, à gérer les ressources en eau et satisfaire les futures demandes tout en évitant des impacts non acceptables.

     

Impacts Of Management Practices On Groundwater Conditions In The Eastern Province,Saudi Arabia

Insufficient attention has been given to management issues of groundwater in desertic aquifers, especially pumping policies and the proper design of well fields, i.e., the spatial distribution among wells and among well fields. In Saudi Arabia, many wells have been drilled in small areas, and in some parts of the Kingdom, groundwater pumping has increased drastically during the last two decades. Heavy pumping from large numbers of clustered wells in closely spaced well fields has resulted in unacceptable impacts on water levels and water quality in these areas. Numerical techniques were used to assess the impacts of this practice in parts of the Eastern Province. If the existing water-management policies and trend of increased pumping continue, a considerable additional drawdown will occur. Therefore, proper groundwater-management and conservation schemes need to be adopted. The approaches include optimization of well-field designs and well operations, and the implementation of effective irrigation-scheduling techniques. The implementation of a comprehensive irrigation water-management system in a large irrigation project has resulted in significant recovery of groundwater in the project area in the Eastern Province. RÉSUMÉ: Trop peu d'attention a été accordée aux questions de gestion des eaux dans les aquifères désertiques, particulièrement en ce qui concerne la règlementation des pompages et le groupement judicieux des puits, i.e., la répartition en surface des puits et des champs de puits. En Arabie Saoudite, de nombreux puits ont été forés sur des surfaces réduites, et, dans certaines parties du Royaume, le pompage des eaux s'est accru de façon spectaculaire dans les deux dernières déciennes. Un pompage important à partir d'un grand nombre de puits concentrés dans des ensembles rapprochés les uns des autres a eu des effets inacceptables sur le niveau et la qualité des eaux. Des techniques d'analyse numériques ont été employées pour évaluer les conséquences de ces modes de gestion dans certaines parties de la Province de L'Est. Si l'actuelle gestion des eaux se poursuit et le pompage continue de croître, il en résultera un abaissement considérable du niveau d'eau. Il est donc nécessaire d'adopter dans ces régions des méthodes de gestion et de conservation appropriées. Ces méthodes consistent, entre autres, à optimiser l'agencement des groupements de puits et de l'opération des puits, ainsi qu'à adopter des techniques efficaces pour programmer les horaires d'irrigation. L'adoption d'un sytème intégré de gestion des eaux dans un grand programme d'irrigation a provoqué une remontée substantielle des eaux souterraines dans la partie de la Province de L'Est correspondant à la zone du projet. RESUMEN: Los problemas de gestión de las aguas subterráneas en acuíferos desérticos no han recibido suficiente atención, especialmente en lo que respecta a las políticas de captaciones y al diseño adecuado de los campos de pozos, es decir, la distribución espacial de los pozos y de los campos de pozos. En Arabia Saudita, muchos pozos se han excavado en áreas pequeñas, y en algunas partes del Reino, el bombeo de agua se ha incrementado drásticamente durante las dos últimas décadas. El fuerte bombeo en un gran número de pozos de bombeo agrupados, situados en campos de extracción próximos, ha dado lugar impactos inaceptables en los niveles y en la calidad del agua en estas áreas. Se usaron técnicas numéricas para evaluar los impactos de esta política de extracción en partes de la Provincia Oriental. Si la política de gestión del agua actual y el incremento en el bombeo se mantienen, darán lugar a un descenso de niveles adicional considerable. Por tanto, en estas áreas es necesario adoptar esquemas apropiados de gestón y conservación de las aguas subterráneas. Esto incluiría la optimización de los diseños y de los criterios de operación de los campos de pozos y la adopción de técnicas de riego efectivas. La puesta en marcha de un sistema de gestión de aguas de riego, dentro de un gran proyecto de irrigación, ha dado como resultado una recuperación significativa de los niveles de agua en el área de proyecto, situada en la Provincia Oriental.     

Response of the Dupi Tila aquifer to intensive pumping in Dhaka,Bangladesh

This paper focuses on the water-quantity issues facing Dhaka because of the rapid exploitation of the Dupi Tila aquifer. Dhaka is one of the world's largest groundwater-dependent cities, relying on water withdrawn from this underlying semiconfined sand aquifer. A meteoric rise in well construction in both the private and public sectors in recent years has produced an estimated 1,300 boreholes that tap the aquifer in urban and suburban parts of the city. Analysis of construction records for public-supply wells drilled between 1970 and 2000 shows that water levels are falling in several areas of the city despite apparently favorable recharge conditions. The productivity of boreholes as measured by specific capacity has also declined significantly. Even though the aquifer system is vital to the infrastructure of the city it remains a poorly quantified resource, and until this is resolved by investment in evaluation studies, attempts to efficiently manage the resource in a sustainable way will be frustrated.

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Resumen Este artículo trata de los aspectos cuantitativos relacionados con la sobreexplotación del acuífero de Dupi Tila, que suministra a la ciudad de Dhaka (Bangladesh). Ésta es una de las mayores ciudades del mundo con dependencia de las aguas subterráneas, y se abastece de un acuífero semiconfinado formado por arenas. El aumento meteórico en la construcción de pozos durante los últimos años, tanto en el sector público como en el privado, ha provocado que haya unas 1.300 captaciones del acuífero en las zonas urbana y suburbana de la ciudad. El análisis de los registros constructivos de pozos de abastecimiento público entre 1970 y 2000 muestra que los niveles piezométricos están descendiendo en diversas áreas de la ciudad, a pesar de la existencia de condiciones aparentemente favorables de recarga. La productividad de los pozos, determinada por su capacidad específica, también ha disminuido significativamente. Aunque el sistema acuífero es vital para la infraestructura de la ciudad, los recursos aún no han sido cuantificados adecuadamente. Hasta que este asunto no sea resuelto mediante la inversión en estudios de evaluación, los intentos por gestionar eficientemente los recursos de forma sustentable serán infructuosos.

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Résumé Cet article porte sur les pertes en quantité subies par Dacca du fait de l'exploitation rapide de l'aquifère de Dupi Tila. Dacca est l'une des villes dépendant de l'eau souterraine les plus importantes du monde, prélevant l'eau d'un aquifère sableux sous-jacent semi-captif. On estime à 1,300 forages l'accroissement des creusements de puits aussi bien dans le secteur privé que public dans ces dernières années; ils prélèvent dans l'aquifère dans la partie urbaine et à la périphérie de la ville. L'analyse des déclarations de creusement de puits pour l'AEP forés entre 1970 et 2000 montre que les niveaux d'eau ont chuté dans plusieurs zones de la ville malgré des conditions de recharge apparemment favorables. La productivité des puits mesurée par la capacité spécifique a également diminué significativement. Même si le système aquifère est vital pour l'infrastructure de la ville, il reste une ressource médiocrement quantifiée, et tant que ceci ne sera pas résolu par un investissement dans des études d'évaluation, les tentatives pour gérer efficacement la ressource de façon durable échoueront.

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Groundwater resources assessment of the Koyna River basin,India

The Western Ghats (hills) region of the Indian peninsula in western India receives heavy precipitation (4,000–6,000 mm/year), but the headwater basins that coalesce runoff from these hills retain very small quantities of water due to the steep topography. However, the narrow valleys in these hills support agriculture based on surface water irrigation, and several medium to large irrigation projects have already been constructed with well-defined canal networks. These developments have boosted agricultural productivity in the region, but at the same time they are causing an economic disparity between the command areas (irrigated by these canals) and non-command areas. Water-logging problems are also occurring in low-lying areas. While these problems are mainly due to poor groundwater management strategies in the region, the groundwater resources in these headwater basins should be properly assessed and suitable measures taken for uniform groundwater development. As a first step in this direction, groundwater resources have been assessed as a case study for the lower Koyna River basin, a head water basin on the east of the main ridge of the Western Ghats.Regional specific yield (0.012) and groundwater recharge have been estimated on the basis of water table fluctuation method. Groundwater recharge amounting to 57 MCM (million m³) in a year takes place in the region through vertical percolation of rainwater (31 MCM), return flow of water applied for irrigation (23 MCM), and recharge due to surface water tanks (3 MCM). Recharge to deeper aquifers has been estimated at 1 MCM during dry seasons (November–May). Safe yield has been estimated at 58 MCM annually which includes the present groundwater draft by wells for domestic, stock, and irrigational needs estimated at 16.50 MCM per year and the natural losses from the groundwater system which are mostly baseflow and spring discharges amounting to 38 MCM (35 MCM baseflow + 3 MCM spring flow) per year, out of which 7 MCM is already being directly pumped from the tributaries of the Koyna River for irrigational needs. Thus, there remains a balance of only 3.5 MCM of groundwater for further groundwater development. Assuming that at least 25% (7 MCM) of the unutilized baseflow (28 MCM) can be brought to fruitful use, about 10.5 MCM (7+3.5 MCM) of groundwater can be used in the existing hydrogeological environment through about 500 additional wells.

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Resumen La región de las montañas de Western Ghats, al Oeste de la Península India, registra elevados valores de precipitación (de 4.000 a 6.000 mm/a), pero las condiciones topográficas de dichas montañas no permiten la existencia de acuíferos de entidad suficiente para albergar volúmenes grandes de aguas subterráneas. Los valles estrechos de las montañas sí permiten el desarrollo de las aguas superficiales, de manea que se ha realizado varios proyectos medianos y grandes de riego mediante redes de canales bien definidas. Estos desarrollos han propiciado un aumento de la producción agrícola en la región, pero, a la vez, se ha agudizado las diferencias económicas entre las zonas regadas y las no regadas. Además, las depresiones topográficas están padeciendo problemas de inundación. Como estos problemas son principalmente debidos a estrategias deficientes de gestión de las aguas subterráneas, se recomienda que los recursos subterráneas de las cuencas de cabecera sean adecuadamente determinados, y que se adopte medidas apropiadas para desarrollarlos uniformemente. El primer paso ha consistido en determinar los recursos subterráneos de la cabecera del río Koynam, situada al Este de la Sierra principal de los Western Ghats. Se ha estimado todos los parámetros de recarga y descarga, así como los recursos renovables, en la cuenca del río Koyna ubicada aguas debajo de la presa de Koyna.

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Résumé La région des Collines occidentales (Western Ghats) de la péninsule indienne en Inde occidentale reçoit de fortes précipitations (4.000–6.000 mm/an); mais les bassins situés en tête qui convergent dans ces collines retiennent très peu d'eaux souterraines du fait des mauvaises conditions de pente en surface. Les vallées étroites dans ces collines offrent de larges espaces pour la mise en valeur des eaux de surface, en sorte que plusieurs projets d'irrigation moyens ou importants ont déjà été réalisés dans ces régions avec un réseau bien défini de canaux. Cette mise en valeur a réellement poussé la productivité agricole de la région, mais en même temps elle produit aussi une disparité économique entre les régions desservies (zones irriguées par ces canaux) et non desservies. Des problèmes relatifs à l'eau se posent également dans les zones basses. Alors que ces problèmes sont surtout dus à de médiocres stratégies de gestion dans la région, il est recommandé que les ressources en eaux souterraines dans ces bassins en tête soient correctement évaluées et que des mesures adéquates soient prises en vue d'une mise en valeur uniforme des eaux souterraines. À titre de première étape dans cette direction, les ressources en eaux souterraines ont été évaluées lors d'une étude de cas du bassin de la rivière Koyna, un bassin de tête situé à l'est de la chaîne principale des Collines Occidentales. Tous les paramètres d'entrée et de sortie ont été estimés et un bilan a été réalisé entre ces deux composantes. Les ressources statiques et dynamiques en eaux souterraines ont été estimées et un rendement sûr a été déterminé pour le bassin de la rivière Koyna en aval du barrage de Koyna.

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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%).

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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%).

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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%).

     

Aquifers and hyporheic zones: Towards an ecological understanding of groundwater

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

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

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

     

Hydrogeochemistry of the Goulburn Valley region of the Murray Basin, Australia: implications for flow paths and resource vulnerability

Groundwater in the Goulburn region of the Murray Basin (Australia) contains solutes derived mainly from evapotranspiration of rainfall-derived marine aerosols, silicate dissolution, and ion exchange. ¹⁴C data indicate that groundwater in the Shepparton Formation recharges vertically across the region, whereas groundwater in the Calivil–Renmark Formation shows a greater component of lateral flow. The overall pattern of geochemical and stable isotope variations implies that long-term vertical groundwater flow into the Calivil–Renmark Formation has occurred over thousands of years. Elevated C, N, and F concentrations, together with variable Cl/Br ratios and ¹⁸O values, suggest that short-term (years to decades) flow of surface water into the Calivil–Renmark Formation also occurs locally. The high degree of vertical flow implies that the high-quality groundwater resources of the Calivil–Renmark Formation are vulnerable to surface contamination. Groundwater in both the Shepparton and Calivil–Renmark Formations yields ¹⁴C ages of up to 20 ka that imply that, overall, recharge rates are low and that, consequently, the groundwater resource in both formations could be impacted by over abstraction.

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Resumen Las aguas subterráneas de la región de Goulburn, en la cuenca del río Murray (Australia), contienen solutos procedentes principalmente de la evaporación de agua de lluvia, disolución de silicatos e intercambio iónico. Aunque la variabilidad espacial de la hidrogeoquímica es reducida, el contenido total de sales disueltas en las aguas subterráneas de la formación no confinada de Shepparton es generalmente mayor que el del acuífero inferior confinado de la Formación Calivil–Renmark. Los datos de ¹⁴C, ³H y geoquímica sugieren que la recarga del acuífero de la Formación Shepparton es por infiltración (vertical) en toda la región, mientras que la Formación Calivil–Renmark tiene una mayor proporción de aportes laterales. Sin embargo, a escala local se produce recarga vertical en la Formación Calivil–Renmark, hecho que indica que este recurso es vulnerable a la contaminación. Las aguas subterráneas de ambas formaciones tienen edades de hasta 20.000 años, según datos de ¹⁴C, lo que implica que las tasas de recarga son bajas y, en consecuencia, que podría haber impactos asociados a la sobreexplotación del recurso. Las aguas subterráneas recientes de la región se caracterizan por relaciones molares muy variables de Cl/Br (de 50 a 1.200), reflejando la química de una precipitación semiárida que se ve modificada posteriormente por disolución de halita, asociada con terrenos secos y riego con aguas salinas. Las aguas subterráneas más profundas presentan relaciones más uniformes de Cl/Br (entre 500 y 800), y probablemente reflejan que la recarga se produjo en condiciones climáticas más húmedas que las actuales.

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Résumé Les eaux souterraines de la région de Goulburn dans le bassin de Murray (Australie) contiennent des solutés provenant essentiellement de lévaporation des pluies, de la dissolution de silicates et déchanges dions. Alors quil y a peu de variations spatiales du chimisme des eaux souterraines, les concentrations en sels dissous totaux des eaux souterraines de laquifère libre de la formation de Shepparton sont en général plus élevées que celles des eaux souterraines de laquifère captif sous-jacent de la formation de Calivil-Renmark. Des données de carbone-14, de tritium et de géochimie indiquent que laquifère de la formation de Shepparton est rechargé verticalement dans toute la région, tandis que laquifère de la formation de Calivil-Renmark présente une plus forte composante découlement latéral. Toutefois, localement, il se produit une recharge verticale de laquifère de la formation de Calivil-Renmark, ce qui indique que cette ressource est vulnérable à la contamination. Les eaux souterraines des formations de Shepparton et de Calivil-Renmark présentent toutes deux des âges carbone-14 de plus de 20 ka, ce qui implique des taux de recharge très faibles et, par conséquent, que leur ressource peut être affectée par des prélèvements excessifs. Les eaux souterraines récentes dans cette région sont caractérisées par un rapport molaire Cl/Br très variable (de 50 à 1200), qui reflète le chimisme de pluies en région semi-aride modifié en conséquence par la dissolution de la halite associée à la salinité due aux terres sèches et à lirrigation. Les eaux souterraines plus profondes possèdent des rapports Cl/Br plus uniformes (de lordre de 500 à 800) et reflètent probablement des eaux de recharge sous des conditions climatiques plus humides que les conditions actuelles.

     

Quaternary Aquifer of the North China Plain—assessing and achieving groundwater resource sustainability

The Quaternary Aquifer of the North China Plain is one of the worlds largest aquifer systems and supports an enormous exploitation of groundwater, which has reaped large socio-economic benefits in terms of grain production, farming employment and rural poverty alleviation, together with urban and industrial water-supply provision. Both population and economic activity have grown markedly in the past 25 years. Much of this has been heavily dependent upon groundwater resource development, which has encountered increasing difficulties in recent years primarily as a result of aquifer depletion and related phenomena. This paper focuses upon the hydrogeologic and socio-economic diagnosis of these groundwater resource issues, and identifies strategies to improve groundwater resource sustainability.

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Resumen El acuífero cuaternario de la Llanura Septentrional de China es uno de los mayores sistemas acuíferos del mundo y soporta una enorme explotación de su agua subterránea, las cuales han originado grandes beneficios socioeconómicos en términos de producción de grano, empleo en agricultura y mitigación de la pobreza rural, además de proveer agua para abastecimiento urbano e industria. Tanto la población como la actividad económica han crecido mucho en los últimos 25 años con una gran dependencia de las aguas subterráneas, que ha encontrado dificultades recientes por la explotación intensiva del acuífero y fenómenos relacionados. Este artículo se centra en la diagnosis hidrogeológica y socioeconómica de los problemas relacionados con las aguas subterráneas e identifica estrategias para mejorar la sustentabilidad de este recurco.

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Résumé Laquifère Quaternaire de la Plaine du Nord de la Chine est lun des plus grands systèmes aquifères du monde; il permet une exploitation énorme deau souterraine, qui a permis des très importants bénéfices socio-économiques en terme de production de céréales, demplois ruraux et de réduction de la pauvreté rurale, en même temps que lapprovisionnement en eau potable et pour lindustrie. La population comme lactivité économique ont remarquablement augmenté au cours de ces 25 dernières années. Elles ont été sous la forte dépendance du développement de la ressource en eau souterraine, qui a rencontré des difficultés croissantes ces dernières années, du fait du rabattement de laquifère et des phénomènes associés. Cet article est consacré aux diagnostiques hydrogéologique et socio-économique des retombées de cette ressource en eau souterraine; il identifie les stratégies pour améliorer la pérennité des ressources en eau souterraine.

     

Hydrological-drainage analysis in watershed-programme planning: a case from the Deccan basalt,India

Watershed development in India is being adopted increasingly as an integrated mechanism of addressing ecological concerns, particularly in dryland areas. Increasing groundwater recharge constitutes one of the principal objectives of watershed-development programmes because many parts of India face acute shortages of groundwater resources on which rural livelihood depends. A combination of hydrogeological mapping and drainage analysis can form an important tool for planning of watershed-development programmes. Studies on the Kurzadi watershed from the Deccan volcanic province in west-central India illustrate how this technique is useful in selecting sites for artificial recharge of groundwater.The Kurzadi river basin includes three third-order sub-basins that are compared for relative variability in surface-material permeability. Domains of high surface permeability typically indicate relatively higher length ratios and lower drainage density and stream frequency. In the Kurzadi watershed, drainage parameters reveal areas for recharge-related measures and areas where surface-water augmentation measures can be undertaken, even on lower, second-order streams.

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Resumen En la India, se está adoptando el desarrollo de cuenca de forma creciente como un mecanismo integrado para abordar las inquietudes ecológicas, particularmente en zonas áridas. El aumento de la recarga a los acuíferos constituye uno de los objetivos principales de los programas de desarrollo de cuenca, porque muchas zonas de la India deben afrontar períodos acusados de escasez de recursos de aguas subterráneas, de los que dependen los asentamientos rurales. La combinación de cartografía hidrogeológico y de análisis del drenaje puede significar una herramienta importante para la planificación de los programas de desarrollo de cuenca. Los estudios efectuados en la cuenca de Kurzadi, en la Provincia Volcánica de Deccan (región central-occidental de India) ilustran la utilidad de esta técnica con el objeto de seleccionar emplazamientos adecuados para la recarga artificial de acuíferos.La cuenca del río Kurzidi incluye tres subcuencas de tercer orden que han sido comparadas con respecto a la variabilidad relativa de la permeabilidad en superficie. Los dominios de alta permeabilidad superficial son indicadores típicos de relaciones de longitud relativamente mayores y de menor densidad de drenaje y frecuencia de curso fluvial. En la cuenca de Kurzadi, los parámetros de drenaje revelan áreas de medidas relacionadas con la recarga y áreas en las que se puede emprender medidas de aumento de agua superficial, incluso en cursos fluviales menores, de segundo orden.

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Résumé En Inde, la mise en valeur de bassins versants est en train d'être pris en compte de plus en plus comme un mécanisme intégrateur de problèmes concernant l'écologie, en particulier dans les régions sèches. L'accroissement de la recharge des nappes constitue l'un des principaux objectifs des programmes de mise en valeur des bassins versants, parce que de nombreuses régions de l'Inde doivent faire face à une grave pénurie de ressources en eau souterraine, dont dépendent les moyens d'existence en zones rurales. Une combinaison de cartographie hydrogéologique et d'analyse du drainage peut constituer un outil important de planification des programmes de développement des bassins. Des études sur le bassin de Kurzadi, dans la province volcanique du Deccan, dans le centre-ouest de l'Inde, illustre combien cette technique est utile pour décider des sites de recharge artificielle de nappe.Le bassin de la rivière Kurzadi est formé de trois sous-bassins de troisième ordre dont on a comparé la variabilité relative de la perméabilité de surface. Des domaines de forte perméabilité de surface dénotent bien des rapports de longueurs relativement plus forts et une densité de drainage et une fréquence de cours d'eau plus faibles. Dans le bassin de la rivière Kurzadi, les paramètres du drainage révèlent des zones convenant à des mesures relatives à la recharge et des zones où des mesures d'augmentation de l'eau de surface peuvent être entreprises, même sur des cours d'eau plus petits, de second ordre.

     

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

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

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

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