Numerical evaluation of pumping well transmissivity estimates in laterally heterogeneous formations

Transmissivity estimates derived from non-steady-state, single well, constant discharge, aquifer tests in laterally heterogeneous environments generally are questioned relative to their representativeness of aquifer conditions. Drawdown in pumping wells reflects the removal of water from storage in the aquifer and transient refraction of groundwater path-lines during the evolution of a non-symmetrical cone of depression. Simulations of single-well aquifer tests in aquifers with simple, arbitrary distributions of block heterogeneities suggest that transmissivity (T) values derived by the Cooper–Jacob (1946) method generally reflect volumetric, weighted mean T values of all of the heterogeneities contacted by the cone of depression at a particular time. This finding suggests that early-time drawdown data for single well aquifer tests reflect rapidly changing, volumetric, weighted mean T values proximal to the pumping well while late-time drawdown data reflect stabilized conditions and spatially averaged, volumetric weighted mean T out to a considerable distance from the pumping well.

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Resume Los estimados de transmisividad derivados de estados no estables, pozos individuales, descarga constante, pruebas de acuíferos en ambientes heterogéneos laterales generalmente se cuestionan en cuanto a su representatividad de las conidiones de los acuíferos. La extracción de agua en pozos de bombeo refleja la extracción de agua del depósito en el acuífero y la refracción transitoria de líneas de trayectoria del agua subterránea durante la evolución de un cono no simétrico de depresión. Las simulaciones de pozos individuales, pruebas de acuíferos en acuíferos con distribuciones simples, arbitrarias de heterogeneidades de bloque sugieren que los valores de transmisividad (T) derivados por el método Cooper–Jacob (1946) generalmente reflejan valores medios volumétricos potenciales (weighted) de todas las heterogeneidades en contaco con el cono de la depresión en un momento particular. Este descubrimiento sugiere que los datos de extracción tempranos de pruebas de pozos individuales reflejan valores medios potenciales volumétricos que cambian rápidamente en la proximidad del pozo de bombeo mientras que los valores de extracción tardíos reflejan condiciones estabilizadas y medias potenciales volumétricas a una distancia considerable del pozo de bombeo.

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Resumé Les estimés de transmissivité dérivés dessais de pompage en régime transitoire dans un seul puits contenu dans une formation latéralement hétérogène sont généralement questionable en ce qui concerne la représentativité des conditions de laquifère. Le rabattement dans les puits de pompage reflète lextraction deau provenant de lemmagasinement de laquifère et la réfraction en régime transitoire des lignes découlement durant lévolution dun cone de dépression non symétrique. Des simulations dessai de pompage dans un seul puits contenu dans un domaine avec des blocs hétérogènes distribués arbitrairement suggèrent que les valeurs de transmissivité obtenus avec la méthode dinterprétation de Cooper–Jacob (1946) sont généralement représentatifs du volume moyen pondéré de toutes les hétérogénéités en contact avec le cone de dépression à un temps particulier. Cette découverte suggère que les données de rabattement au début dun essai pour un seul puits reflètent un changement rapide des valeurs moyennes proximales pondérées tandis que le rabattement à un temps tardif reflète les conditions stabilisées et la moyenne spatiale jusquà une distance considérable du puits de pompage.

     

Investigating cross-contamination of aquifers

Shallow aquifers can cross-contaminate deeper aquifers through penetration of an intervening aquitard, via sandy intervals in the aquitard, along well casings, across long well screens, or around aquitard pinchouts. Distinguishing among these potential pathways requires the use of evaluation tools that may support or eliminate certain pathways. These tools include groundwater gradient and aquitard penetration calculations, aquifer pumping test interpretation techniques, chemical concentration plots and statistical methods, hydraulic conductivity-based travel time calculations, pumping-concentration tests, methods for evaluating leaky wells, and methods for evaluating aquitard continuity. Based on analysis of several of these techniques at three sites experiencing aquifer cross-contamination, the authors conclude that calculation of flow rates for various pathways is the single most useful method to confirm or refute specific pathways. Evaluation of leaky wells and aquitard continuity generally must be coupled with other tools to adequately test specific pathways. While fingerprinting, statistical analysis or ratio analysis of contaminants from various sources and receptors was not completed for any of the evaluated sites, the authors believe that these techniques have strong potential for confirming or eliminating pathways. Future research in this area is suggested. Furthermore, the interpretation of pumping-concentration tests is not well developed and needs further assessment.

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Resumen Acuíferos someros pueden ocasionar contaminación transversal de acuíferos profundos mediante la penetración de un acuitardo intermedio, a través de intervalos arenosos en el acuitardo, a lo largo del revestimiento de pozos, o en las inmediaciones de lentes de acuitardos. Para distinguir entre estas trayectorias potenciales se requiere el uso de herramientas de evaluación que pueden apoyar o eliminar ciertas trayectorias. Estas herramientas incluyen cálculos de gradientes de agua subterránea y penetración de acuitardos, técnicas de interpretación de pruebas de bombeo de acuíferos, diagramas de concentración química y métodos estadísticos, estimaciones de conductividad hidráulica en base al tiempo de viaje, pruebas de concentración de bombeo, métodos para evaluar pozos con fugas, y métodos para evaluar la continuidad de acuitardos. Basándose en el análisis de varias de estas técnicas en tres sitios que experimentan contaminación transversal de acuíferos, los autores concluyen que la estimación de ritmos de flujo para varias trayectorias es el único método más útil para confirmar o rechazar trayectorias de flujo específicas. La evaluación de pozos con fugas y continuidad de acuitardos generalmente debe estar acompañada con otras herramientas para probar adecuadamente trayectorias específicas. Aunque no se completó para ninguno de los sitios evaluados técnicas de huellas, análisis estadístico o análisis de relaciones de contaminantes de varias fuentes y receptores, los autores creen que estas técnicas tienen fuerte potencial en la confirmación o eliminación de trayectorias. Se sugiere investigación futura en esta área. Además, la interpretación de pruebas de concentración de bombeo no se ha desarrollado bien y necesita evaluación posterior.

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Résumé Les aquifères de surface peuvent contaminer les aquifères plus profonds à travers un aquitard, un intersection sableuse dans laquitard, le long des forages et de leur crépines, ou de la terminaison biseautée des aquitards. Distinguer et sélectionner ces différents modes de contamination nécessite lutilisation doutils dévaluation. Ces outils incluent le gradient découlement des eaux souterraines et le calcul de pénétration des aquitards, les techniques dinterprétation des essais de pompage, les méthodes dinterprétation chimiques et de traitement statistique, les calculs des temps de transferts sur base de la conductivité, les tests de pompage couplé aux analyses de concentration, les méthodes pour évaluer linfiltration directe alimentant les forages, et les méthodes permettant dévaluer la continuité des aquitards. Basé sur lanalyse de plusieurs de ces techniques sur trois sites expérimentales présentant des contaminations transversale, les auteurs concluent que le calcul des rapports découlement est la méthode la plus simple pour confirmer ou refuser les voies spécifiques. Alors que le traçage, les analyses statistiques et les analyses de la contamination provenant de différentes sources et récepteurs nétait pas complètes pour la plus part des différents sites évalués nétaient pas compléments certains, les auteurs croient que ces techniques ont un potentiel fort pour confirmer ou éliminer ces techniques. Des recherches futures dans cette zone est suggérée. Par ailleurs, linterprétation des tests de pompage couplés à lanalyse des concentrations nest pas développée et nécessite de meilleurs estimations.

     

Assessment of hydraulic properties of sedimentary and volcanic aquifer systems under arid conditions in the Republic of Djibouti (Horn of Africa)

The Republic of Djibouti (23,000 km²; 500,000 inhabitants), located within the Horn of Africa, undergoes an arid climate with an average annual rainfall less than 150 mm. Water resources are provided up to 98% by groundwater. Two types of aquifers are encountered: volcanic and sedimentary aquifers. This paper focuses on the assessment of their hydraulic properties, which is necessary for future tasks regarding the management of these aquifers. To this end, a data base consisting of all available pumping test data obtained since the 1960s was compiled. Pumping tests have been interpreted to determine transmissivity. Solely for volcanic aquifers, transmissivity also has been estimated through an empirical relationship using specific capacity corrected for turbulent well losses. The transmissivity of each type of aquifer can span up to four orders of magnitude, pointing out their strong heterogeneity. For the various volcanic rocks, the younger the rock, the higher the transmissivity. The transmissivity of volcanic rocks has therefore decreased in the course of geological time. At present, a much better understanding of the hydraulic properties of these complex aquifers has been obtained, which should enable optimal management of their groundwater resources through the use of numerical modeling.

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Resumen La República de Yibuti (23.000 km², 500.000 habitantes) está situada en el Cuerno de África, donde se han formado diversas unidades volcánicas—basaltos y riolitas—y rocas sedimentarias desde la expansión de los continentes acaecida al inicio de la deriva continental (hace 30 millones de años). La precipitación media anual es inferior a 150 mm. Las rocas volcánicas y sedimentarias, con dimensión inferior a 2.000 km², constituyen acuíferos locales. Los basaltos estratificados forman un acuífero regional que se extiende a más de 9.000 km². La multitud de datos existente ha sido almacenada desde los años 1960 en una base de datos. La transmisividad de estos acuíferos ha sido determinada mediante datos de ensayos de bombeo y una relación empírica que usa la capacidad específica corregida con las pérdidas turbulentas en el pozo. La transmisividad de estos acuíferos se comporta como una variable lognormal, hecho importante para los trabajos previstos de modelación con métodos estadísticos. La transmisividad de cada acuífero puede variar hasta en cuatro órdenes de magnitud, manifestando su gran heterogeneidad. Para los materiales volcánicos, la transmisividad es mayor cuanto más joven es la roca. La permeabilidad de las rocas volcánicas ha evolucionado por tanto con el tiempo geológico. Actualmente, se posee un mayor conocimiento sobre las propiedades hidráulicas de estos acuíferos complejos, de manera que se puede hacer una gestión óptima de sus recursos hídricos subterráneos con la utilización de modelos numéricos.

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Résumé La République de Djibouti (23,000 km²; 500,000 habitants), située dans la Corne de lAfrique, subit un climat aride avec une pluviométrie moyenne annuelle inférieure à 150 mm. Les ressources en eau sont fournies à plus de 98% par les eaux souterraines contenues dans des aquifères sédimentaires ou volcaniques. Cet article a pour objectif lévaluation des propriétés hydrauliques de ces aquifères, étape indispensable pour entreprendre par la suite des études en vue de la gestion de ces aquifères. Une base rassemblant les données dessais par pompage disponibles depuis les années Soixante a dabord été établie. Les essais par pompage ont été interprétés pour déduire la transmissivité. Concernant les aquifères volcaniques, la transmissivité a également été estimée à laide dune relation empirique reliant la transmissivité et le débit spécifique corrigé des pertes de charge anormales. La transmissivité pour chaque aquifère couvre jusquà quatre ordres de grandeur, montrant la forte hétérogénéité de ces milieux. Pour les roches volcaniques, on observe que la transmissivité est dautant meilleure que la roche est plus jeune. Leur transmissivité a ainsi diminué durant les temps géologiques. La compréhension des propriétés hydrauliques de ces aquifères complexes est à présent bien meilleure, ce qui permet denvisager une gestion optimale de leurs ressources à laide de modèles numériques.

     

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

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

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

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

     

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.

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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.

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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.

     

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

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

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

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

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

     

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.

     

Use and abuse of the urban groundwater resource: Implications for a new management strategy

Various human activities threaten the groundwater quality and resource under urban areas, and yet residents increasingly depend on it for their livelihood. The anticipated expansion of the worlds urban population from 3 to 6 billion in the coming 50 years does not only pose a large water management threat but also provides an opportunity to conserve groundwater in a better way than up to now. The authors argue for a new way to manage urban activities in order to conserve the precious groundwater resource. The focus is on the quality of the discharged water after use in households. Restrictions on what is added to water while using it, e.g. detergents, excreta, paint residues, oils, and pharmaceuticals, are important to simplify the treatment and reuse of used water. Avoiding mixing different wastewater flows has the same positive effect. If increased volumes of wastewater can be treated and reused, the demand on the groundwater resource is reduced, as also occurs with demand management measures. Reduced discharge of polluted water to the environment from households and utilities also conserves the quality of groundwater and reduces sophisticated treatment costs.

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Resumen La urbanización lleva a una demanda elevada y concentrada de agua de calidad adecuada, acompañada por el vertido de volúmenes análogamente mayores de aguas residuales. Los alimentos se importan a ciudades donde los microorganismos y nutrientes de los excrementos humanos son descargados a ríos, lagos y, también, aguas subterráneas. Más aún, gran número de los bienes de consumo son eliminados vía las tuberías de las cloacas. Las deudas medioambientales, es decir, el empobrecimiento de las condiciones medioambientales, que requerirán de aportaciones humanas y económicas para rehabilitarlas, son comunes a todas las ciudades, sobretodo en el Hemisferio Sur, donde, según la Valoración Global de Suministro de Agua y Saneamiento (OMS y UNICEF), la mayor parte de las aguas residuales urbanas no son tratadas (65% en Asia, 86% en Latinoamérica, 100% en África). La tarea pendiente consiste en proteger los recursos de aguas subterráneas para que estén disponibles de forma rápida para los habitantes urbanos también el futuro. En los próximos 50 años, se espera que la población urbana aumente de 3,000 a 6,000 millones de personas, según estimaciones de las Naciones Unidas, por lo que es imperativo dejar de contaminar las aguas subterráneas existentes bajo las nuevas áreas urbanas en construcción. En este artículo, se escudriña la calidad de las aguas subterráneas y su protección a la luz de los cambios recientemente introducidos en las políticas del agua, esto es, desde la gestión de los abastecimientos de agua a la gestión de la demanda y, eventualmente, hastaa la gestión de la reutilitzación.

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Résumé Lurbanisation conduit à une demande élevée et concentrée deau de qualité adéquate, accompagnée du rejet dimportants volumes correspondants deaux usées. La nourriture est importée dans les villes tandis que les micro-organismes et les nutriments provenant des excrétas humains sont rejetés dans les rivières, les lacs et aussi les eaux souterraines. De plus, une large gamme de biens de consommation est évacuée par les égouts. Les créances environnementales, cest-à-dire lappauvrissement des conditions environnementales qui demandera des apports humains et économiques pour la réhabilitation, sont habituelles dans toutes les villes, et pas seulement dans lhémisphère sud, comme cela est indiqué dans le rapport sur lalimentation en eau et la santé publique du monde (publié par lOMS et UNICEF), établissant que la plupart des eaux résiduaires des zones urbaines reste non traitée (65% en Asie, 86% en Amérique latine et 100% en Afrique). La tâche à réaliser pour lhomme est de protéger les ressources en eau souterraine en sorte quelle reste disponible pour les habitants des villes dans le futur. Dans les prochaines 50 années, il faut sattendre à ce que la population urbaine saccroisse de 3 à 6 milliards de personnes selon les estimations des Nations Unies; aussi il est impératif de ne pas continuer à polluer les eaux souterraines sous les nouvelles zones urbaines en cours de construction. Dans cet article, nous analyserons la qualité des eaux souterraines et leur protection à la lumière des récents changements de politique de leau, cest-à-dire de la gestion de lalimentation en eau jusquà une gestion de la demande et en abordant éventuellement la période de gestion du recyclage.

     

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

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

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

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

     

Groundwater demand management at local scale in rural areas of India: a strategy to ensure water well sustainability based on aquifer diffusivity and community participation

Watershed development programmes provide an opportunity for sustainable management strategies, although currently, they remain largely supply-side mechanisms of water resources development. Hydrogeological conditions, community participation and status of groundwater usage are important in evolving strategies on demand-side groundwater management.Neemkheda aquifer is a typical low-storage, low-hydraulic conductivity aquifer from a watershed in the dryland regions of Madhya Pradesh State of central India. A shallow unconfined aquifer, it consists of an upper coarse, calcareous sandstone unit underlain by a fine-grained sandstone unit. A well commune of seven wells is poised to test the concept of joint groundwater management, wherein wells are mechanisms of tapping a common water source, the Neemkheda aquifer.The strategy for systematic groundwater management in the Neemkheda well commune is based upon the relationship between Transmissivity (T) and Storage coefficient (S), i.e. aquifer diffusivity, and its variation within the aquifer. Wells within a high diffusivity domain tend to dewater more quickly than wells within a low diffusivity domain. A well-use schedule during the dry season, based upon aquifer diffusivity forms the basis of the groundwater management concept. The distribution of local aquifer diffusivities governs the relationship between local and regional aquifer depletion times and forms the basis of the groundwater management exercise being proposed for the Neemkheda aquifer.

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Resumen Los programas de desarrollo de una cuenca hídrica son una oportunidad para el uso de estrategias de gestión sostenible, aunque hoy en día estas siguen siendo principalmente mecanismos para el desarrollo de recursos hídricos con énfasis en la oferta. Las condiciones hidrogeológicas, la participación comunitaria y la condición de utilización del agua subterránea, son importantes en el desarrollo de estrategias para la gestión del agua subterránea, desde el punto de vista de la demanda.El acuífero de Neemkheda es un acuífero típico de almacenamiento bajo y conductividad hidráulica baja, perteneciente a una cuenca hídrica ubicada en las regiones secas del Estado de Madhya Pradesh, en la parte central de India. Un acuífero de tipo libre, somero, formado por una unidad superior de arenisca calcárea de grano grueso, subyacida por una unidad de arenisca de grano fino.Un campo de pozos comunitario compuesto por siete pozos, pone a prueba el concepto de gestión conjunta del agua subterránea, dentro del cual los pozos son mecanismos para usar una fuente de agua común: El acuífero de Neemkheda.La estrategia usada para la gestión sistemática del agua subterránea, en el campo de pozos comunitario de Neemkheda, se basa en la relación existente entre Transmisividad (T) y Coeficiente de Almacenamiento (S), es decir en la Difusividad del Acuífero y en su variación observada dentro del mismo acuífero. Los pozos cuya difusividad esta dentro de un rango alto, tienden a experimentar un descenso en su nivel mas rápidamente que aquellos pozos con una difusividad baja. El concepto de gestión de agua subterránea se basa en un programa especial de operación para cada pozo durante la estación seca, el cual a su vez se basa en la difusividad del acuífero. La distribución de difusividades locales del acuífero rige las relaciones entre las épocas de descensos de nivel en el acuífero a escala regional y local, y además constituyen la base del ejercicio de la gestión del agua subterránea que se esta proponiendo para el acuífero de Neemkheda.

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Résumé Les programmes de développement des bassins versants offrent une occasion de développer des stratégies pour une gestion durable, bien qu à présent elles restent en grande mesure le terme source dans le mécanisme de développement de la ressource en eau. Les conditions hydrogéologiques, la participation de la communauté et lusage des eaux souterraines sont importants pour le terme demande dans les stratégies de gestion des eaux souterraines. Laquifère de Neemkheda presents des caractéristiques typiques pour un bassin versant dans les régions arides de létat Madhya Pradesh de lInde centrale en ce qui concerne les faible valeurs de la conductivité hydraulique et du coéfficient demmagasinement. Il sagit dun aquifère phrèatique dont la partie supérieure est constitué par des grès calcaire qui restent sur des grés plus fins. Afin dessayer le concept de gestion integrée, on a réalisé dans laquifère de Neemkheda un captage ayant sept forages qui forment la ressource en eau communale. La stratégie de la gestion systématique du captage est basée sur la relation entre la transmissivité (T), le coéfficient demmagasinement (S), donc la diffusivité hydraulique ainsi que sa variation spatiale. Les puits forés dans les zones à grande diffusivité tendent à sassècher plus vite que ceux creusés dans des zones à faible diffusivité. Le concept de la gestion des eaux souterraines est donc basé sur la distribution spatiale des diffusivités. À partir de ce concept on a développé un programme dexploitation des forages pendant les saisons sèches. La relation entre les temps d épuissment locaux et régionaux est determiné par la distribution spatiale de la diffusivitée et forme la base de lexercice sur la gestion des eaux proposée pour laquifère de Neemkheda.

     

Hydraulic properties and scale effects investigation in regional rock aquifers,south-western Quebec,Canada

This paper reports on the characterization of hydraulic properties of regional rock aquifers carried out within a groundwater resources assessment project in the St. Lawrence Lowlands of south-western Quebec. To understand the aquifer behavior at both the fracture level and at field scale, hydraulic investigations were carried out using various aquifer tests. The groundwater flow at the local scale is controlled mostly by the fracture system. Results of the constant-head injection tests show a weak decreasing trend of hydraulic conductivity with depth indicating that a major part of the groundwater flow occurs in the first meters of the rock sequence. At the regional scale, the equivalent porous media approach is applicable. The hydraulic conductivity measurements were correlated to the scale of the aquifer tests expressed with the investigated aquifer volume. A simple interpolation procedure for the hydraulic conductivity field was developed based on the distance between field measurements and the tested aquifer volumes. The regional distribution of the hydraulic conductivity for the major fractured aquifer units indicates that dolostone is the most permeable whereas sandstone and crystalline rocks are the least permeable units.

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Resumen Este artículo trata de la caracterización de las propiedades hidráulicas en acuíferos regionales rocosos, la cual se llevó a cabo dentro del proyecto de evaluación de los recursos de agua subterránea en St. Lawrence Lowlands al suroeste de Quebec. Para entender el comportamiento del acuífero tanto a nivel de fractura como a escala del campo, se ejecutaron investigaciones hidráulicas usando varias pruebas de acuífero. El flujo del agua subterránea a escala local está controlado principalmente por el sistema de fracturas. Los resultados de las pruebas de inyección con cabeza constante muestran una tendencia decreciente débil de la conductividad hidráulica con la profundidad, indicando que la mayor parte del flujo de agua subterránea sucede en los primeros metros de la secuencia rocosa. A escala regional se puede aplicar la aproximación equivalente de medios porosos. Las medidas de la conductividad hidrálica fueron comparadas con la escala de las pruebas del acuífero, expresadas con el volumen investigado del acuífero. Se desarrolló un proceso de interpolación simple para la conductividad hidráulica de campo, con base en la distancia entre las medidas de campo y los volúmenes probados del acuífero. La distribución regional de la conductividad hidráulica, para las unidades acuíferas fracturadas mayores, indica que la dolomita es más permeable mientras que la arenisca y las rocas cristalinas son las unidades menos permeables.

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Résumé Larticle présente les propriétés hydrauliques dun aquifère régional rocheux qui ont été mesurées dans le cadre dun projet concernant lestimation de la ressource en eau de la plaine de St. Lawrence située dans la partie sud-ouest de Quebec. Affin de comprendre le comportement de l› aquifère tant à l› échelle de fracture qu› à l› échelle régionale on a mené des investigations hydrauliques en utilisant des essais differents. À l› échelle locale lécoulement est déterminé en principal par le système des fractures. Les résultats des essais dinjection au niveau constant ont montré une tendence de décroissance de la conductivité hydraulique avec la profondeur ce qui indique que l› écoulement ait lieu en principal dans les premiers mètres de la structure rocheuse. À l› échelle règionale on peut appliquer lapproche de milieux poreux equivalent. Les mesures de conductivité hydraulique ont été corrélées avec l› échelle des essais de pompage exprimée en termes de volume investigué de l› aquifère. On a mis au point une méthode simple dinterpolation pour le champ de la conductivité hydraulique basée sur la distance entre les essais in situ et les volume investigués de l› aquifère. La distribution règionale de la conductivité hydraulique montre que pour la majorité des unités de roche fracturé les plus perméable sont les roches dolomitiques alors que les grés et les roches cristalines presentent la plus faible perméabilité.

     

A comparison of electrical and electromagnetic methods for the detection of hydraulic pathways in a fractured rock aquifer,Clare Valley,South Australia

Within fractured rock, the irregular and often unpredictable distribution and geometry of hydraulically conductive fractures produces large spatial variations in bore yield and groundwater quality. As fractures act as conduits for flow of both groundwater and electrical charge, methods which can efficiently detect the distribution of electrical pathways can be used to infer characteristics of significant hydrological parameters. This study compares the capabilities and limitations of electrical data obtained from direct current (DC) and electromagnetic (EM) surface azimuthal measurements, and from DC borehole-to-surface and cross-borehole measurements, for the interpretation of major hydrological structures in Clare Valley, South Australia. Electrical and EM surface methods are limited by poor depth sensitivity and the presence of conductive overburden, but provide useful tools for determining directional variations in resistivity at sites lacking bedrock exposure and boreholes. Application of borehole-to-surface methods yielded a better-resolved interpretation of sub-vertical fracture strike and was useful in identifying lateral variations in bedrock heterogeneity. Improved flexibility and sensitivity to measurements at depth permitted cross-borehole electrical tomography data to be used in reconstructing the spatial distribution of sub-horizontal, laterally extensive, electrically conductive zones. While the technique is restricted to small-scale sites with multiple boreholes, inferences can be made on fluid connections over a much larger regional scale. It is important to note, however, that while electrical methods provide valuable information about in-situ hydraulic pathways, they do not provide a complete hydraulic characterisation. Such a task requires integration of surface and borehole geophysics, geologic mapping, sampling and pumping tests of wells with packed-off intervals.

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Resumen La geometría, y con frecuencia impredecible, distribución irregular de fracturas hidráulicamente conductivas dentro de roca fracturada genera variaciones espaciales grandes en producción de pozos y calidad de agua subterránea. Debido a que las fracturas actúan como conductos de flujo de agua y carga eléctrica, los métodos que detectan eficientemente la distribución de trayectorias eléctricas pueden utilizarse para inferir las características de parámetros hidrológicos significativos. Este estudio compara las capacidades y limitaciones de datos eléctricos obtenidos de mediciones azimutales superficiales electromagnéticas (EM) y de corriente directa (DC), y de mediciones de DC realizadas en la superficie y pozos así como mediciones realizadas entre pozos para la interpretación de estructuras hidrológicas principales en el Valle Clare, sur de Australia. Los métodos superficiales eléctricos y EM están limitados por sensitividad de profundidad pobre y la presencia de cubierta conductiva, pero aportan herramientas útiles para determinar variaciones direccionales de resistividad en sitios que carecen de pozos y afloramientos rocosos. La aplicación de métodos superficiales y de pozos aportan una mejor interpretación del rumbo de fracturas sub-verticales y fue útil en identificar variaciones laterales en la heterogeneidad del macizo rocoso. El mejoramiento de flexibilidad y sensitividad en las mediciones profundas permitió que los datos de tomografía eléctrica de los pozos fuera utilizado en la reconstrucción de la distribución espacial de zonas eléctricas conductivas, sub-horizontales y lateralmente extensas. Aunque la técnica está restringida a sitios de pequeña escala con múltiples pozos, puede realizarse inferencias sobre relaciones entre fluidos en una escala regional mucho más grande. Sin embargo, es importante notar que aunque los métodos eléctricos aportan información valiosa acerca de las trayectorias hidráulicas in-situ, aún no proporcionan una caracterización hidráulica completa. Esta tarea requiere integrar geofísica superficial y de pozos, mapeo geológico, muestreo y pruebas de bombeo en pozos con intervalos sin empaque.

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Résumé Au sein des roches fracturées, lirrégularité et limprédictible distribution et géométrie des fractures par lesquelles sécoulent leau souterraine produit de larges variations spatiales entre les débits des forages et les paramètres de la qualité de leau. Comme les fractures conduisent et leau et les charges électriques, les méthodes qui peuvent de manière efficiente détecter la distribution des courants électriques peuvent être utilisées pour analyser les caractéristiques des principaux paramètres hydrologiques. Cette étude compare les capacités et les limites des données produites par Courant Direct (DC en Anglais) et par mesure Electromagnétique azimutale de surface (EM en Anglais), et par DC entre surface et forage et entre plusieurs forages, pour linterprétation de la structure hydrologique de la Vallée de Clare, Australie du Sud. Les méthodes électriques et électromagnétiques sont limitées par la faible sensitivité à la profondeur et la présence dune couverture conductrice, mais procure des outils utiles pour déterminer les variations directionnelles en terme de résistivité là où la roche nest pas affleurante et dans les puits. Lapplication de la méthode dinvestigation «forage à surface» apporte une meilleure interprétation des fractures sub-verticales et des hétérogénéités latérales. Les tomographies électriques entre forage bénéficient de la flexibilité et de la sensibilité des mesures en profondeur, et permettent de délimiter lextension latérale des hétérogénéités sub-horizontales de zones conductrices. Alors que la technique est restreinte à de petits sites comprenant de nombreux forages, il est possible de reconstituer les connections hydrauliques à des échelles régionales. Il est important de noter que les méthodes fournissent des informations intéressantes mais pas des caractérisations hydrauliques complètes. Pour cela les données pourraient être complétées par des études plus poussées intégrant les différentes prospections géophysique, les données des cartes géologiques, des échantillonnages et des essais de pompage à différents intervalles de profondeur.

     

Evaluation of an intrinsic and a specific vulnerability assessment method in comparison with groundwater salinisation and nitrate contamination levels in two agricultural regions in the south of Portugal

The applicability of two vulnerability assessment methods in evaluating the impact of agricultural activities on groundwater quality, is tested in two areas in the south of Portugal with modest results. Intensive citri- and horticulture require large amounts of fertiliser and water supplied by irrigation, which induces groundwater salinisation and contamination by nitrates. The degree of contamination varies highly within and between the study areas and is related to hydrogeological factors as well as intensity of agricultural practices. Vulnerability mapping is performed with the intrinsic DRASTIC method and the specific Susceptibility Index (SI), which is an adaptation of DRASTIC. These methods can constitute useful groundwater management tools, for instance when designating new Nitrate Vulnerable Zones as defined in the European Directive 91/676/EEC. However, in the case of DRASTIC, little correspondence exists between the most vulnerable and the most contaminated areas. This is mainly a result of underestimating the dilution capacity and overemphasising the attenuating potential of the unsaturated zone and aquifer, as both chloride and nitrate prove to be very stable contaminants. By including a parameter for land use, SI manages to produce more reliable results, although in many areas the vulnerability is overestimated.

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Resumen Se evalúa la aplicabilidad de dos métodos de estimación de vulnerabilidad en evaluar el impacto de actividades agrícolas en la calidad del agua subterránea para dos áreas en el sur de Portugal obteniendo resultados modestos. La horticultura y citricultura intensiva requiere grandes cantidades de fertilizantes y agua abastecida por riego, lo cual induce salinización de agua subterránea y contaminación por nitratos. El grado de contaminación varía fuertemente dentro y entre las áreas de estudio y se relaciona con factores hidrogeológicos así como con la intensidad de las prácticas agrícolas. El mapeo de vulnerabilidad se lleva a cabo con el método intrínsico DRASTIC y el Índice de Susceptibilidad específica (SI), el cual es una adaptación de DRASTIC. Estos métodos pueden constituir herramientas de manejo de aguas subterráneas útiles, por ejemplo al designar nuevas Zonas Vulnerables por Nitratos del modo que se definen en la Directiva Europea 91/676/EEC. Sin embargo, en el caso de DRASTIC, existen poca correspondencia entre las zonas más vulnerables y las áreas más contaminadas. Esto se debe principalmente a la subestimación de la capacidad de dilución y a al sobre énfasis del potencial de atenuación de la zona no saturada y el acuífero, ya que tanto cloruro como nitrato han probado ser contaminantes muy estables. Al incluir un parámetro del uso de la tierra, SI genera resultados más confiables, aunque en muchas áreas se sobrestima la vulnerabilidad.

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Résumé Lapplication de deux méthodes de calcul de la vulnérabilité permettant dévaluer limpact des activités agricoles sur la qualité des eaux souterraines, est testée dans deux zones du Sud du Portugal, avec des résultats modestes. La citriculture et lhorticulture intensives nécessitent de grandes quantités e fertilisants et deau souterraine pour lirrigation, ce qui induit la salinisation et la contamination des eaux souterraines par les nitrates. Le degré de contamination varie grandement à lintérieur et entre les zones détudes, en fonction des facteurs hydrogéologiques et de lintensité des pratiques agricoles. La cartographie de la vulnérabilité est mise en oeuvre via la méthodologie DRASTIC et lIndex de Susceptibilité (SI) spécifique, qui est une adaptation de la méthode DRASTIC. Ces méthodes êuvent constituer des outils de management des eaux souterraines, par exemple lors de la désignation de nouvelles zones de vulnérabilité aux Nitrates selon la n Directive Européenne 91/676/EEC. Par ailleurs dans le cas de DRASTIC, de petites correspondances existent entre les zones les plus vulnérables et les plus contaminées. Ceci est principalement le résultat dune sous-estimation de la capacité de dilution et de la sur-accentuation du potentiel datténuation de la zone non-saturée de laquifère, car et le chlore et les nitrates sont des contaminants très stables. En incluant un paramètre dutilisation des sols, SI produit des résultats plus réalistes, bien que dans de nombreuses zones la vulnérabilité soit surestimée.

     

Review of the use of Péclet numbers to determine the relative importance of advection and diffusion in low permeability environments

In low permeability environments, transport by advection is often neglected based on a Péclet number criterion. Such a criterion usually states that if the Péclet number (Pe) is much smaller than 1, diffusion dominates over advection and transport may be modeled considering diffusion only. Unfortunately, up to 10 different Péclet number definitions exist and for a particular case these different definitions lead to very diverse Péclet number values, differing several orders of magnitude from each other. In this paper, the different Péclet number definitions are therefore evaluated on their ability to determine the relative importance of transport by advection and by diffusion in low permeability environments. This is done by comparing the results of the analytical solution for pure diffusion with the analytical solution for diffusion, advection and dispersion for a large number of different input parameter values. The relation between the different Péclet numbers and the difference between the calculated concentration considering diffusion only and the calculated concentration considering both diffusion and advection is studied. These calculations show that some Péclet number definitions are not well suited to decide whether advection may be neglected in low permeability media.

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Resumen Frecuentemente se descuida el transporte por avección en ambientes de baja permeabilidad sobre la base del criterio del número de Péclet. Dicho criterio usualmente sostiene que si el número de Péclet (Pe) es mucho menor a 1, la difusión domina sobre la avección y es posible modelar el transporte considerando la difusión únicamente. Desafortunadamente existen 10 definiciones diferentes del número de Péclet y para un caso en particular estas diferentes definiciones conducen a valores de número de Péclet muy diversos los cuales difieren entre sí en varias magnitudes. Por lo tanto, en este artículo se evalúan las diferentes definiciones en base a su habilidad para determinar la importancia relativa del transporte por avección y difusión en ambientes de baja permeabilidad. Esto se lleva a cabo mediante la comparación de los resultados de la solución analítica para difusión pura con los de la solución analítica por difusión, avección y dispersión para un número amplio de diferentes valores como parámetro. Se ha estudiado la relación entre los diferentes números de Péclet y las diferencias entre la concentración calculada considerando difusión únicamente y considerando tanto difusión como avección. Estos cálculos muestran que algunas de las definiciones de los números de Péclet no son muy apropiadas par decidir si se puede descuidar la avección en medios de baja permeabilidad.

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Résumé Dans les milieux à faible perméabilité, le transport par advection est souvent négligeable lorsquon se base sur le critère du nombre de Péclet. Un tel critère suggère habituellement que pour un nombre de Péclet beaucoup plus petit que 1, la diffusion domine sur ladvection et que le transport peut être modélisé par diffusion seulement. Malheureusement, il existe jusquà environ dix définitions du nombre de Péclet et pour un cas spécifique, ces différentes définitions mènent à des valeurs du nombre de Péclet très différentes, et qui varient entre elles de plusieurs ordres de grandeur. Dans cet article, les différentes définitions du nombre de Péclet sont évaluées en fonction de leur habileté à déterminer limportance relative du transport par advection et par diffusion dans les milieux à faible perméabilité. Ceci est fait en comparant les résultats de la solution analytique pour la diffusion pure à la solution analytique pour la diffusion, ladvection et la dispersion, et ce, pour un grand nombre de valeurs différentes comme paramètre dentrée. La relation entre les différents nombres de Péclet et la différence entre la concentration calculée en considérant la diffusion seulement et la concentration calculée considérant simultanément la diffusion et ladvection est étudiée. Ces calculs prouvent que certaines définitions de nombre de Péclet ne sont pas appropriées afin de décider si ladvection peut être négligée dans les milieux à faible perméabilité.

     

Origin of high fluoride in groundwater in the North Gujarat-Cambay region, India

This paper reports on the origin of high fluoride in a regional alluvial aquifer system under water stress in the North Gujarat-Cambay (NGC) region in western India. This region is severely affected by endemic fluorosis due to ingestion of groundwater containing excessive fluoride. With an objective to understand factors controlling high fluoride concentration in groundwater of this region, 225 groundwater samples have been analysed for various chemical parameters. Samples were collected from different depth zones tapping shallow dug wells, geothermal springs, hand-pumps and tubewells, including free flowing artesian wells up to 450 m depth from the aquifers in the Quaternary alluvial formation covering most of the study area. No relation was found between fluoride concentration and depth of sampled groundwater. However, certain sub-aquifer zones have been identified within the Cambay Basin where groundwater contains relatively high fluoride concentration. In general, areas of high fluoride overlap areas with high electrical conductivity (EC). On the west flank of the Cambay Basin in the low lying belt linking Little Rann of Kachchh-Nalsarovar-Gulf of Khambhat (LRK-NS-GK), high fluoride and EC in shallow aquifers originate from evaporative enrichment. On the east flank of Cambay Basin, some high fluoride pockets are observed which are probably due to preferential dissolution of high fluoride bearing minerals. On this flank high fluoride is also associated with thermal springs. Within the Cambay Basin, alternating belts of low and high fluoride concentrations are ascribed to groundwater recharge during the past wet and arid climatic phases, respectively. This is based on groundwater radiocarbon age contours of ~20 ka overlapping the high fluoride belt.

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Resumen Este artículo reporta sobre el origen de altas concentraciones de flúor en un sistema regional de acuíferos bajo presión hídrica en la región del norte de Gujarat-Cambay (NGC) del occidente de India. Esta región está afectada severamente por fluorosis endémica debido a la ingestión de agua subterránea que contiene exceso de flúor. Se tomaron 225 muestras de agua subterránea las cuales fueron analizadas por varios parámetros químicos con el objetivo de entender los factores que controlan las elevadas concentraciones de flúor en esta región. Las muestras se colectaron a diferentes profundidades en pozos someros, manantiales geotermales, pozos con bombas de mano, y pozos entubados incluyendo pozos artesianos de flujo libre de hasta 450 m de profundidad emplazados en los acuíferos de la formación aluvial Cuaternaria que cubre la mayor parte del área de estudio. No se encontró ninguna relación entre la concentración de flúor y la profundidad de las muestras de agua subterránea. Sin embargo, se identificaron dentro de la cuenca Cambay algunas zonas sub-acuíferas donde el agua subterránea contiene concentraciones relativamente altas de flúor. En general, las áreas con elevada concentración de flúor están sobrepuestas a áreas de alta conductividad eléctrica (CE). Sobre el flanco occidental de la cuenca Cambay, en la faja baja que une Little Rann con Kachchh-Nalsarovar-Golfo de Khamhat (LRK-NS-GK), las altas concentraciones de flúor y altas CE en acuíferos someros se derivan de enriquecimiento por evaporitas. Sobre el flanco oriental de la cuenca Cambay se observaron algunos cuerpos con alta concentración de flúor los cuales se deben probablemente a la disolución preferencial de minerales con alto contenido de flúor. En este flanco el alto contenido de flúor también se asocia con manantiales termales. Dentro de la cuenca Cambay existen fajas alternantes, con concentraciones altas y bajas de flúor, las cuales se atribuyen a recarga de agua subterránea durante las fases climáticas pasadas, húmedas y áridas, respectivamente. Este planteamiento se basa en contornos de edades de ~20 ka de radiocarbono que están sobrepuestos a la faja alta en flúor.

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Résumé Cet article étudie lorigine des teneurs élevées en Fluorure dans un système aquifère alluvial régional, soumis à un stress hydrique dans le Nord Gujarat–région Cambay (NGC) à lOuest de lInde. Cette région est sévèrement affectée par une fluorose endémique, due à lingestion deau souterraine très riche en fluor. Avec pour objectif de comprendre les paramètres contrôlant les fortes teneurs en fluor, 225 échantillons deau souterraine ont été analysés sur différents paramètres. Les échantillons ont été pris à différentes profondeurs : puits de surface, sources géothermiques, pompes à main, forages artésiens jaillissant dont la profondeur avoisine les 450 m dans les formations alluviales quaternaire recouvrant la plus grande partie de la région étudiée. Il ny a pas de relation entre la profondeur et les teneurs en fluorure. Néanmoins, certaines zones sub-aquifères ont été identifiées dans le Basin de Cambay où leau souterraine présentait des concentrations relativement élevées en fluorure. En général les zones de hautes concentrations en fluorure recouvrent les zones à fortes conductivité électrique (abréviation en anglais: EC). Sur le flanc Ouest du bassin de Cambay dans le mince lit reliant Little Ran de Kachchh-Nalsarovar au golfe de Khambhat (LRK-NS-GK), les fortes teneurs en fluorure et les EC dans la nappe phréatique proviennent de lenrichissement par les évaporites. Sur le flanc Est du bassin, des poches de teneurs élevées en fluorures ont été observées, probablement dues à des dissolutions préférentielles de minéraux fluorés. Sur ce flanc des teneurs sont également associées à la présence de sources géothermales. Dans le bassin de Cambay, les alternances de couches lits à fortes teneurs et de lits à faibles teneurs sont expliquées par la recharge durant les périodes climatiques humides et les périodes climatiques plus sèches. Ceci est corroboré par les datations au radiocarbone (environ 20.000 an) au dessus du lit riche en fluorure.

     

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.

     

Identification of zones of preferential groundwater tracer transport using a mobile downhole fluorometer

A mobile downhole fluorometer was used to detect zones of preferential groundwater tracer transport into an observation well. Identification of such zones is not possible if individual samples are collected over the wells entire screened interval. Laboratory-based tests using the fluorometer, and a purpose-built apparatus demonstrated that the fluorometer could be used with tracers to characterise well water flow regimes. During field investigations in a porous aquifer, the fluorometer monitored tracer concentrations in an observation well with a 12-m-long screen, 10 m down the hydraulic gradient from a fully penetrating injection well. Test results showed that the tracer occurred in the observation well over a discrete 2.5-m-thick interval. Single-well dilution test and vertical-flow data indicated that water entered the well at additional depths, but no tracer was detected at these levels. A numerical model reproducing dilution test concentration profiles indicated that water entered the well in many of these horizons at comparable velocities to those in the tracer-bearing zone. These data suggest that groundwater flow direction varied with depth in the aquifer under investigation. Moreover, simulations of tracer arrival indicated that the tracer distribution observed in the observation well was derived from a horizon that may be no thicker than 0.5 m.

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Resumen Se utilizó un fluorómetro móvil descendente para detectar zonas de transporte preferencial de trazadores de agua subterránea en un pozo de observación. La identificación de tales zonas no es posible si se colectan muestras individuales en todo el intervalo enmallado del pozo. En base a pruebas de laboratorio utilizando el fluorómetro y un aparato especial construido se demostró que el fluorómetro podría utilizarse con trazadores para caracterizar ambientes de flujo de agua en los pozos. Durante investigaciones de campo en un acuífero poroso, el fluorómetro monitoreó concentraciones de trazadores en un pozo de observación con una malla de 12 m de largo, 10 m abajo del gradiente hidráulico de un pozo de inyección que penetra totalmente el acuífero. Los resultados de las pruebas muestran que el trazador se presentó en el pozo de observación en un intervalo discreto de 2.5 m de espesor. Pruebas de dilución en un solo pozo y datos de flujo vertical indicaron que el agua entró al. pozo en profundidades adicionales, pero que no se detectó el trazador en esos niveles. Un modelo numérico que reproduce los perfiles de concentración de las pruebas de dilución indica que el agua entró al. pozo en muchos de estos horizontes en velocidades comparables a las existentes en la zona portadora de trazadores. Estos datos sugieren que la dirección de flujo de agua subterránea varió con la profundidad en el acuífero bajo investigación. Por otra parte, las simulaciones de llegada del trazador indicaron que la distribución del trazador observada en el pozo de observación se derivó de un horizonte cuyo espesor puede no ser mayor de 0.5 m.

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Résumé Un fluorimètre a été utilisé pour détecter les zones découlement préférentiel dun traceur dans un puits dobservation. Les identifications de telles zones nest pas possible si les échantillons individuels sont collectés sur toute les longueurs des parties crépinées du puits. Les tests de laboratoire utilisant un fluorimètre et un dispositif adéquat ont montré que les fluorimètres pouvaient servir à définir les régimes découlement de leau dans les puits. Durant les investigations de terrain dans un aquifère poreux, le fluorimètre a enregistré les concentrations du traceur dans un puits dobservation avec une crépine de 12 m. de long, 10 m sous le gradient hydraulique dans un puits à pénétration totale. Les résultats des tests ont montré que le traceur apparaissait dans un interval discret de 2.5 m de long. Un test de dilution en puits unique et des données découlement vertical ont indiqué que leau rentrait dans le puits à dautres profondeurs, mais le traceur na pas été détecté à ces niveaux. Un modèle numérique reproduisant le test de dilution et le profil de concentration a indiqué que leau entrait dans le puits à ces niveaux à des vitesses comparables de celle du traceur. Ces données suggèrent que lécoulement des eaux souterraines varie avec la profondeur dans laquifère sous la zone dinvestigation. Dailleurs, les simulations de larrivée du traceur ont montré que la distribution des concentrations du traceur dans le puits ne pouvaient pas être dues à une couche plus fine que 0.5 m.

     

Geochemistry and the understanding of ground-water systems

Geochemistry has contributed significantly to the understanding of ground-water systems over the last 50 years. Historic advances include development of the hydrochemical facies concept, application of equilibrium theory, investigation of redox processes, and radiocarbon dating. Other hydrochemical concepts, tools, and techniques have helped elucidate mechanisms of flow and transport in ground-water systems, and have helped unlock an archive of paleoenvironmental information. Hydrochemical and isotopic information can be used to interpret the origin and mode of ground-water recharge, refine estimates of time scales of recharge and ground-water flow, decipher reactive processes, provide paleohydrological information, and calibrate ground-water flow models. Progress needs to be made in obtaining representative samples. Improvements are needed in the interpretation of the information obtained, and in the construction and interpretation of numerical models utilizing hydrochemical data. The best approach will ensure an optimized iterative process between field data collection and analysis, interpretation, and the application of forward, inverse, and statistical modeling tools. Advances are anticipated from microbiological investigations, the characterization of natural organics, isotopic fingerprinting, applications of dissolved gas measurements, and the fields of reaction kinetics and coupled processes. A thermodynamic perspective is offered that could facilitate the comparison and understanding of the multiple physical, chemical, and biological processes affecting ground-water systems.

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Resumen La geoquímica ha contribuido significativamente al entendimiento de los sistemas de aguas subterráneas durante los últimos 50 años. Entre los avances históricos puede incluirse el desarrollo del concento de facies hidroquímicas, la aplicación de la teoría de equilibrio, investigación de los procesos oxidación-reducción, y datación con radiocarbono. Otros conceptos, herramientas y técnicas hidroquímicas han ayudado a esclarecer los mecanismos de flujo y transporte en sistemas de agua subterránea, y han ayudado a descifrar un archivo de información paleoambiental. Información hidroquímica e isotópica puede utilizarse para interpretar el origen y modo de recarga de agua subterránea, descifrar procesos reactivos, aportar información paleohidrológica, y calibrar modelos de flujo de agua subterránea. Necesita avanzarse en la obtención de muestras representativas. Se necesitan mejoras en la interpretación de la información obtenida y en la construcción e interpretación de modelos numéricos que utilizan datos hidroquímicos. El mejor enfoque asegurará un proceso iterativo optimizado entre toma y análisis de datos de campo, interpretación, y la aplicación de herramientas de modelizado estadísticas, directas, e inversas. Se anticipan avances a partir de investigaciones microbiológicas, la caracterización de orgánicos naturales, caracterización isotópica, aplicaciones de mediciones de gas disuelto, y los campos de cinética de reacción y procesos acoplados. Se ofrece una perspectiva termodinámica que podría facilitar la comparación y entendimiento de los múltiples procesos físicos, químicos, y biológicos que afectan sistemas de aguas subterráneas.

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Résumé La géochimie a contribué de façon importante à la compréhension des systèmes deaux souterraines pendant les 50 dernières années. Les avancées ont portées sur le développement du concept des faciès hydrochimiques, sur lapplication de la théorie des équilibres, létude des processus doxydoréduction, et sur la datation au radiocarbone. Dautres concepts, outils et techniques, ont aidé à l élucidation des élucider les mécanismes découlement et de transport dans les systèmes deaux souterraines, et à la compréhension des archives informations paléo-environnementales. Les informations hydrochimiques et isotopiques peuvent être utilisées pour interpréter lorigine et le mode de recharge des eaux souterraines, affiner lestimation des temps de recharge et d écoulements, déchiffrer les processus de réaction, apporter une meilleure information paléohydrogéologique et calibrer les modèles découlement des eaux souterraines. Beaucoup de progrès ont besoin dêtre réalisés pour obtenir des échantillons représentatifs. Des améliorations sont nécessaires dans linterprétation des informations obtenues, et dans la construction et linterprétation de modèles numériques utilisant des données hydrochimiques. La meilleure approches arsurément un processus itératif optimisé entre la collection de données de terrain et lanalyse, linterprétation, et lapplication doutils de modélisation statistique, inverse et direct. Des avancées sont anticipées par les dans le demeine des études microbiologiques, dans la caractérisation des matières organiques naturelles, le marquage isotopique, les mesures de gaz dissous, les réactions cinétiques la compréhension des couplages. Une perspectives thermodynamique pourraient faciliter la comparaison et la compréhension des multiples processus physiques, chimiques et biologiques qui affectent les systèmes hydrogéologiques.

     

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

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

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

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