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.

---

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.

---

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.

     

Numerical investigation of seawater intrusion at Gooburrum,Bundaberg, Queensland,Australia

Seawater intrusion in coastal agricultural areas due to groundwater abstraction is a major environmental problem along the northeastern coast of Australia. Management options are being explored using numerical modelling, however, questions remain concerning the appropriate level of sophistication in models, choice of seaward boundary conditions, and how to accommodate heterogeneity and data uncertainty. The choice of seaward boundary condition is important since it affects the amount of salt transported into the aquifers and forms the focus of the present study. The impact of this boundary condition is illustrated for the seawater-intrusion problem in the Gooburrum aquifers, which occur within Tertiary sedimentary strata. A two-dimensional variable-density groundwater and solute-transport model was constructed using the computer code 2DFEMFAT (Cheng et al. 1998). The code was tested against an experiment for a steady-state freshwater-saltwater interface and against the Elder (Elder 1967) free-convection problem. Numerical simulations show that the imposition of the commonly-used equivalent hydrostatic freshwater heads, combined with a constant salt concentration at the seaward boundary, results in overestimated seawater intrusion in the lower Gooburrum aquifer. Since the imposition of this boundary condition allows water flow across the boundary, which subsequently takes salt into the aquifer, a careful check is essential to estimate whether too much mass of salt is introduced.

---

Resumen La intrusión de agua salada en áreas agrícolas costeras a causa de la abstracción de aguas subterráneas es un problema medioambiental mayor a lo largo de la costa noreste de Australia. Se están explorando opciones de manejo mediante el uso de modelos numéricos, sin embargo, quedan pendientes cuestionamientos con respecto al nivel apropiado de sofisticación de los modelos, la elección de condiciones de límites hacia el mar y cómo acomodar la heterogeneidad y la incertidumbre de los datos. La elección de límites hacia el mar es importante ya que afecta la cantidad de sal transportada a los acuíferos y forma el centro de interés del presente estudio. Se ilustra el impacto de esta condición de límites para el problema de la intrusión de agua de mar en los acuíferos de Gooburrum, Queensland, Australia. Se construyó un modelo de transporte de solutos y de densidad variable de aguas subterráneas de dos dimensiones mediante el uso del código de computación 2DFEMFAT. El código se probó contra un experimento para una interfase de agua salada-agua dulce de estado constante y contra el problema de Elder de convexión libre. Las simulaciónes numéricas muestran que las cimas de agua dulce hidrostáticas equivalentes utlizadas comúnmente combinadas con una concentración de sal constante en el límite hacia el mar resultan en una sobreestimación de la intrusión de agua de mar en el acuífero bajo de Gooburrum. Puesto que la imposición de esta condición de límites permite flujo de agua a través de los límites, el cual subsecuentemente transporta sal al acuífero, una verificación cuidadosa es esencial para estimar si se introduce demasiada masa de sal.

---

Résumé Investigations numériques de lintrusion deau de mer à Gooburrum, Bundaberg, Queensland. Lintrusion deau salée due au captage deau souterraine dans les régions agricoles situées le long de la côte Nord-Est de lAustralie est un grave problème environnemental. Des solutions à ce problème sont présentement étudiées à laide de la modélisation numérique. Cependant des questions subsistent concernant le niveau de sophistication du modèle, le choix des limites le long de lintrusion salée et la manière daccommoder lhétérogénéité et lincertitude des données. Le choix de la limite le long de lintrusion deau salée est important puisque cette limite détermine la quantité de sel transporté dans laquifère et constitue le sujet de la présente étude. Leffet du choix de cette limite est bien illustré par le problème dintrusion deau salée dans les aquifères de Gooburrum, Queensland, Australie. Un modèle bidimensionnel découlement à densité variable et de transport de solutés a été conçu en utilisant le code 2DFEMFAT. Ce code a été testé avec une expérimentation ayant pour objet lécoulement en régime permanent dune interface eau salée/eau douce. Il a aussi été mis à lépreuve par le problème de convection libre de Elder. Les simulations numériques révèlent que limposition de la limite communément utilisée, quon appelle la «charge hydrostatique équivalente deau douce», conduit, dans le cas o lon a une concentration constante en sels le long de lintrusion deau salée, à une surestimation de lintrusion deau salée dans laquifère inférieur de Gooburrum. Puisque que cest limposition de cette limite qui permet lécoulement de leau au-delà de la frontière de laquifère, ce qui introduit subséquemment du sel dans laquifère, une vérification minutieuse doit tre effectuée afin de contrôler la quantité de sel introduit.

     

A reactive flow model of the geothermal reservoir Waiwera, New Zealand

A numerical model of the complex interaction between fluid flow, heat transfer, and chemical reactions of the shallow, coastal, hydrothermal system of Waiwera (New Zealand) is used to test the proposed conceptual model of the field.Due to declining water levels, resulting from over-exploitation during the 1970s, the objective here was to set up a coupled fluid flow and heat transfer model to help in enabling a predictive and sustainable use of the resource. The presented conceptual model of the area is based on hydraulic, thermal, and chemical field observations, which date back as far as 1863. The numerical simulations were carried out with the reactive transport code SHEMAT.The inflow of geothermal water at the bottom of the reservoir prevents seawater from entering the aquifer. If seawater intrusion occurs, it is due to over-exploitation and happens in the upper parts of the aquifer. This is in contrast to common seawater-freshwater interfaces where seawater intrudes at the bottom. The numerical investigations emphasize that, after modifications of the production regime in the late 1980s, the system is recovering again.Additionally, geochemical calculations have been conducted to answer the question if dissolution or precipitation reactions might change the hydraulic properties of the geothermal aquifer. Mixing of fresh, geothermal, and seawater, although each of them in thermodynamic equilibrium with calcite, lead to calcite precipitation or dissolution. Nevertheless, the simulations show that the hydraulic properties of the aquifer are not significantly affected by dissolution or precipitation.

---

Resumen Se ha utilizado un modelo numérico de la interacción compleja entre el flujo de fluidos, la transferencia de calor y las reacciones químicas del sistema hidrotermal costero poco profundo de Waiwera (Nueva Zelanda) con el objeto de probar el modelo conceptual del área propuesto. Debido a los niveles de agua decrecientes, el objetivo de este trabajo es establecer un modelo pareado del flujo de aguas y de la transferencia de calor para colaborar en el uso predecible y sostenible del recurso. El modelo conceptual del área presentado está basado en observaciones de terreno hidráulicas, termales y químicas que datan de 1863. Las simulaciones se llevaron a cabo con el código de transporte reactivo SHEMAT. El influjo de agua geotermal al fondo del reservorio impide que el agua de mar entre en el acuífero. Si la intrusión de agua de mar se presenta, esto sucede a causa de la sobreexplotación y ocurre en las partes superiores del acuífero. Esto contrasta con las interfaces comunes de agua de mar-agua dulce donde la intrusión del agua de mar se da al fondo. Las investigaciones numéricas enfatizan que el sistema se está recuperando de nuevo luego de las modificaciones al regimen de producción a fines de los 80. Adicionalmente, los cálculos geoquímicos están dirigidos a contestar si las reacciones de disolución o precipitación pueden cambiar las propiedades hidráulicas del acuífero geotérmico. La mezcla de agua dulce, geotermal y de mar causa precipitación o disolución de calcita a pesar de que cada una de ellas se encuentra en equilibrio termodinámicao con la calcita. Sin embargo, las simulaciones muestran que las propiedades hidráulicas del acuífero no son afectadas siginificativamente por la disolución o precipitación.

---

Résumé Un modèle numérique de linteraction complexe entre lécoulement de leau, le transfert de chaleur et les réactions chimiques du système hydrothermal côtier peu profond de Waiwera (Nouvelle-Zélande) est utilisé afin de tester le modèle conceptuel. Lobjectif est de bâtir un modèle couplé découlement et de transfert de chaleur afin dencourager une approche prévisioniste et une utilisation durable de la ressource en réponse à des niveaux deau en déclin qui résultent dune surexploitation depuis les années 1970. Le modèle conceptuel présenté est basé sur des observations de terrain concernant lhydraulique, la température et la composition chimique de laquifère, des observations qui peuvent dater daussi loin que 1863. Les simulations numériques ont été réalisées avec le modèle de transport SHEMAT. Lentrée deau géothermale à la base du réservoir préviens lintrusion deau de mer dans laquifère. Si lintrusion deau de mer a lieu, elle est due à la surexploitation qui a lieu dans la partie supérieure de laquifère. Cette situation est lopposée des interfaces eau de mer - eau douce traditionnelles où leau de mer pénètre par la base. Les simulations numériques suggèrent que suite aux modifications du régime de production à la fin des années 1980, le système récupère. De plus, des calculs géochimiques ont été effectués afin de répondre à la question à savoir si les réactions de dissolution et de précipitation changent les propriétés hydrauliques de laquifère géothermal. Le mélange de leau douce, leau géothermale et leau de mer, même si elle sont tous en équilibre thermodynamique avec la calcite, provoque la dissolution ou précipitation de la calcite. Néanmoins, les simulations montrent que les propriétés hydrauliques de laquifère ne sont pas significativement affectées par la dissolution ou la précipitation.

     

Understanding and managing the stressed Mexico-USA transboundary Hueco bolson aquifer in the El Paso del Norte region as a complex system

As the latest drought has swept over the southwestern United States, most local and regional water providers have had to rely on ground water to meet their water demands as surface water supplies have diminished. In areas near major population centers this situation has continued to put strain and stress on already over-drafted regional aquifers. Metropolitan centers throughout the southwestern United States, as exemplified by Las Vegas, Nevada; Phoenix and Tucson, Arizona; and El Paso, Texas, have a history of over drafting their available ground water resources. How these stressed aquifers should be managed is an urgent issue. In El Paso, Texas long-term groundwater mining in the transboundary Hueco bolson aquifer has resulted in large water level drawdowns within the basin, particularly in several well fields. This situation has promoted the intrusion of brackish water into fresh water zones, and consequently reduced the volume of fresh water stored in the aquifer. Management of this aquifer is made more complex as the water resources of the region are shared across the United States/Mexico boundary and the transboundary region continues to grow rapidly. This paper describes the current situation within the Hueco bolson due to over drafting and continued reliance on the fresh water in storage and describes how understanding the dynamics of the aquifer as a complex system can offer managerial perspectives that can be used to establish operational procedures and programs for bringing drawdowns into equilibrium, increasing the longevity of the aquifer, gradually restoring water quality, and offering the hope of utilization of the resource in a sustainable manner.

---

Resumen A medida que la última sequía ha pasado ligeramente sobre el suroeste de Estados Unidos la mayoría de abastecedores locales y regionales de agua han tenido que depender del agua subterránea para satisfacer sus demandas de agua debido a que las fuentes de agua superficial han disminuido. En áreas cerca de centros poblados principales esta situación ha continuado ejerciendo presión en los ya sobre explotados acuíferos regionales. Los centros metropolitanos en todo el suroeste de Estados Unidos, por ejemplo Las Vegas, Nevada; Fénix y Tucson, Arizona; y El Paso, Texas tienen una historia de sobre explotar los recursos de agua subterránea disponibles.La gestión de estos acuíferos estresados constituye un problema urgente. En El Paso, Texas el minado de agua subterránea a largo plazo en el acuífero transnacional Hueco bolsón ha resultado en varios campos de pozos. Esta situación ha promovido la intrusión de agua salobre hacia zonas con agua fresca y reducido consecuentemente el volumen de agua fresca almacenado en el acuífero. El manejo de este acuífero se hace más complejo debido a que los recursos hídricos de la región son compartidos a través del límite Estados Unidos/México y la región transnacional continúa creciendo rápidamente. Este artículo describe la situación actual dentro del Hueco bolsón debido a la sobre explotación y continua dependencia en el agua fresca almacenada y describe como el entendimiento de la dinámica del acuífero como un sistema complejo puede ofrecer perspectivas de gestión que pueden utilizarse para establecer procedimientos operacionales y programas que conduzcan al equilibrio de los descensos, aumentando la longevidad del acuífero, gradualmente restaurando la calidad del agua, y ofreciendo la esperanza de utilizar el recurso de manera sostenible.

---

Résumé Alors que la dernière sécheresse a atteint toute la partie Sud-Ouest des Etats-Unis, la plus part des distributeurs deau, locaux et régionaux, doivent sapprovisionner en eau souterraine dés lors que les niveaux des eaux de surface ont diminués. Dans les zones proches des grands centres densément peuplés, cette situation a continuée a altérée des aquifères déjà surexploités. Les centres métropolitains du Sud-Ouest des Etats-Unis (Las Vegas dans le Nevada, Phoenix et Tucson dans lArizona, El Paso au Texas) sont connus historiquement pour surexploités leurs ressources en eaux souterraines. Il devient urgent de définir un mode de gestion de ses aquifères surexploités. A El Paso dans le Texas, le minage de laquifère transfrontalier engendre un rabattement important dans le bassin, et plus particulièrement autour des zones de captage. Cette situation a induit lintrusion deaux saumâtres dans des zones deaux douces, et a par conséquent réduit le volume deau douce stockée et exploitable dans laquifère. La gestion de cet aquifère est par ailleurs complexifiée par la situation transfrontalière, dautant que la zone frontalière connaît une croissance rapide. Cet article décrit la situation actuelle dans la vallée fermée du Hueco, due au sur-rabattement et à lexploitation continue des eaux douces, et décrit comment la compréhension de laquifère, vu comme un système complexe, peut offrir des perspectives de gestion amenant à des procédures opérationnelles et à des programmes à long terme permettant de ramener à léquilibre la baisse des niveaux deau. Ainsi la longévité de laquifère sera mieux garantie, la qualité de leau sera graduellement restaurée et lutilisation de leau respectera le souci de développement durable.

     

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.

---

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.

---

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.

     

Natural tracers in recent groundwaters from different Alpine aquifers

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

---

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

---

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

     

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.

---

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.

---

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.

     

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.

---

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.

---

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.

     

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

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

---

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

---

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

     

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.

---

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.

---

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.

     

Behavior of the fresh- and saline-water phases in an urban area in Western Buenos Aires Province, Argentina

Given the particular hydrogeological setting at Salliqueló County, Western Buenos Aires Province, Argentina, this paper places attention on the lens that supplies fresh water to its capital, Salliqueló. This lens constitutes the most important fresh-water reservoir in the county. It overlies saline waters, and is recharged through high-permeability sandy sediments at a rate that exceeds by far the actual water demand. Restrictions in exploitation are not limited by the total requirement but rather by the flows extracted from individual wells that may generate up-coning of saline waters, with a resulting overall deterioration in quality of the pumped water. The variations in the position of the interface between saline and fresh waters, as related to the change in extraction rates, were obtained by means of a simulation of the flow of two fluids of different densities. Finally, based on the general hydrogeological characterization and on the simulation results, various methods for the management of these fresh-water resources are proposed, such as the deactivation of urban supply wells, the monitoring of the saline interface position, and the establishment of a protection perimeter for the water-supply wells.

---

Resumen Enmarcado dentro de las características hidrogeológicas generales del partido de Salliqueló, oeste de la provincia de Buenos Aires, Argentina, este trabajo se centra en la lente que abastece de agua dulce a Salliqueló, la capital del partido. Esta lente constituye la reserva de agua dulce más importante del partido, se ubica sobre aguas salinas y es recargada a través de sedimentos arenosos de alta permeabilidad a una tasa que excede grandemente los requerimientos de la población. Sin embargo, las restricciones en la explotación no están dadas por las demandas totales sino por las extracciones en perforaciones individuales, que pueden generar ascensos de agua salina con el consiguiente deterioro en la calidad del agua extraída. Las variaciones de la posición de la interfase respecto de los cambios en la explotación fueron obtenidas por medio de la simulación del flujo de dos fluidos de diferente densidad. Finalmente, con base en la caracterización hidrogeológica general y en los resultados de la simulación, se proponen varias medidas para la protección del recurso hídrico, tales como: la desactivación de los pozos de abastecimiento en el ámbito urbano, el control de la posición de la interfase salina y la definición de perímetros de protección de los pozos de abastecimiento, entre otras.

---

Résumé Etant donné les particularités hydrogéologiques de la région de Salliqueló, ouest de la province de Buenos Aires, Argentine, cet article traite de la lentille deau douce alimentant en eau potable la capitale, Salliqueló. Cette lentille constitue la réserve la plus importante deau douce de la région. Elle se superpose aux eaux salées et est rechargée via les sédiments sableux et perméables, à un taux dépassant largement la demande actuelle en eau. Les restrictions dans lexploitation ne sont pas limitées par la demande totale mais par les débits extraits des forages privés, qui pourraient générer des rabattements induisant des arrivées deaux salées, arrivées qui peuvent dégrader la ressource pompée. Les variations de la position de linterface eau douce–eau salée, en relation avec les taux dexploitation, ont été obtenues en simulant lécoulement de deux fluides de différentes densités. Finalement, sur base dune caractérisation hydrogéologique et des résultats de la simulation, des méthodes variées pour la gestion de la ressource en eau douce sont proposées, entre autre, la désactivation de pompages urbains, suivi de linterface eau douce–eau salée, et la mise en place de zones de protections des captages deau souterraine.

     

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.

---

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.

---

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.

     

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

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

---

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

---

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

     

Downstream of downtown: urban wastewater as groundwater recharge

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

---

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

---

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

     

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

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

---

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

---

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

     

Fracture hydraulic conductivity in the Mexico City clayey aquitard: Field piezometer rising-head tests

A regional lacustrine aquitard covers the main aquifer of the metropolitan area of Mexico City. The aquitards hydraulic conductivity (K) is fundamental for evaluating the natural protection of the aquifer against a variety of contaminants present on the surface and its hydraulic response. This study analyzes the distribution and variation of K in the plains of Chalco, Texcoco and Mexico City (three of the six former lakes that existed in the Basin of Mexico), on the basis of 225 field-permeability tests, in nests of existing piezometers located at depths of 2–85 m. Tests were interpreted using the Hvorslev method and some by the Bouwer-Rice method. Results indicate that the distribution of K fits log-Gaussian regression models. Dominant frequencies for K in the Chalco and Texcoco plains range between 1E–09 and 1E–08 m/s, with similar population means of 1.19E–09 and 1.7E–09 m/s, respectively, which are one to two orders of magnitude higher than the matrix conductivity. In the Mexico City Plain the population mean is near by one order of magnitude lower; K=2.6E–10 m/s. The contrast between the measured K and that of the matrix is attributed to the presence of fractures in the upper 25–40 m, which is consistent with the findings of previous studies on solute migration in the aquitard.

---

Resumen El acuífero principal del Área Metropolitana de la Ciudad de México está recubierto por un acuitardo regional lacustre, cuya conductividad hidráulica es fundamental para evaluar la protección natural de las aguas subterráneas contra los contaminantes presentes en superficie y su respuesta hidráulica. Este estudio analiza la distribución y variación de dicha conductividad en las llanuras de Chalco, Texcoco y Ciudad de México (tres de los seis lagos que existían al principio en la Cuenca de México) a partir de 225 ensayos de campo en piezómetros múltiples existentes, ubicados entre 2 y 85 m de profundidad. La interpretación de los ensayos se ha realizado mediante el método de Hvorslev y—algunos—el de Bouwer-Rice. Los resultados indican que la distribución de la conductividad se ajusta a modelos de regresión lognormales. Las frecuencias dominantes en las Llanuras de Chalco y Texoco están comprendidas entre 1^–9 y 10^–8 m/s, con medias de población similares de 1.19×10^–9 y 1.70×10^–9 m/s, respectivamente, que son dos órdenes de magnitud mayores que el valor de la matriz. En el Llano de México, la media es casi un orden de magnitud inferior (2.60×10^–10 m/s). Se atribuye este contraste entre la conductividad hidráulica medida y la de la matriz a la presencia de fracturas en el tramo superior situado entre 25 y 40 m, cosa que es coherente con estudios previos de migración de solutos en el acuitardo.

---

Résumé Un imperméable régional dorigine lacustre recouvre le principal aquifère de la zone urbaine de la ville de Mexico. La conductivité hydraulique K de cet imperméable est fondamentale pour évaluer la protection naturelle de laquifère, contre les différents contaminants présents en surface, et sa réponse hydraulique. Cette étude analyse et les variations de K dans les plaines de Chalco, Texcoco et Mexico (trois des six anciens lacs qui existaient dans le Bassin de Mexico), sur la base de 225 essais de perméabilité sur le terrain, réalisés en grappes dans des piézomètres existants entre 2 et 85 m de profondeur. Les essais ont été interprétés avec la méthode de Hvorslev et certains avec la méthode de Bouwer-Rice. Les résultats indiquent que la distribution de K sajuste à des modèles de régression log-gaussiens. Les valeurs de K les plus fréquentes dans les plaines de Chalco et de Texcoco sont entre 1E–09 et 1E–08 m/s, avec des moyennes similaires de 1.19E–09 et 1.7E–09 m/s respectivement, qui sont dun ou deux ordres de grandeurs supérieures à la conductivité de la matrice. Dans la plaine de Mexico, la moyenne est proche dun ordre de grandeur en moins, avec 2.6E–10 m/s. Ce contraste entre le K mesuré et celui de la matrice est attribué à la présence de fractures dans les 25–40 m supérieurs, ce qui est en accord avec les études précédentes sur la migration de solutés au travers de limperméable.

     

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

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

---

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

---

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

     

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

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

---

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

---

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