Capture zone,travel time,and solute-transport predictions using inverse modeling and different geological models

Six regional-scale flow models are compared to gain insight into how different representations of hydraulic-conductivity distributions affect model calibration and predictions. Deterministic geological models were used to define hydraulic-conductivity distributions in two steady-state flow models that were calibrated to heads and baseflow estimates using inverse techniques. Optimized hydraulic-conductivity estimates from the two models were used to calculate layer and model mean hydraulic-conductivity values. Despite differences in the two geological models, inverse calibration produced mean hydraulic-conductivity values for the entire model domain that are quite similar. The layer and model mean hydraulic-conductivity values were used to generate four additional flow models and forward runs were performed. All of the models adequately simulate the observed heads and total baseflow. The six flow models were used to predict the steady-state impact of a proposed well field, and the flow solutions were used in simulating particle tracking and solute transport. Results of the predictive simulations show that, for this example, simple models of heterogeneity produce capture zones similar to more complex models, but with very different travel times and breakthroughs. Inverse modeling combined with different geological models can provide a measure of capture zone and breakthrough reliability.

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Resumen Se compara seis modelos de flujo a escala regional para conocer cómo afecta a la calibración y a la predicción del modelo diversas representaciones de la distribución de la conductividad hidráulica. Se ha utilizado modelos geológicos deterministas para definir las distribuciones de la conductividad hidráulica en dos modelos de flujo permanente, calibrados mediante técnicas inversas con niveles piezométricos y estimaciones del flujo de base. Se ha adoptado estimaciones optimizadas de la conductividad hidráulica de los dos modelos para calcular las cotas de las capas y sus conductividades hidráulicas medias. A pesar de las diferencias entre ambos modelos geológicos, con la calibración inversa se obtiene valores similares de conductividad hidráulica en todo el dominio. Estos valores de las capas y de las conductividades hidráulicas medias han servido para generar cuatro modelos adicionales de flujo y realizar predicciones. Todos los modelos simulan de forma adecuada los niveles observados y los caudales de base. Los seis modelos han sido aplicados a la predicción del impacto estacionario de un campo de pozos, y las soluciones del flujo permiten simular el transporte de partículas y de solutos. Los resultados de estas predicciones muestran que, para este ejemplo, los modelos sencillos de la heterogeneidad dan lugar a zonas de captura similares a las generadas por modelos más complejos, pero aparecen grandes diferencias en los tiempos de tránsito y en las curvas de llegada. Una combinación de modelación inversa y de modelos geológicos diferentes puede proporcionar una medida de la fiabilidad de la zona de captura y de las curvas de llegada.

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Résumé Six modèles d'écoulement à l'échelle régionale sont comparés afin d'avoir un aperçu de la manière dont les différentes représentations de la distribution de la conductivité hydraulique affectent la calibration et les prédictions de modèles. Des modèles géologiques déterministes ont été utilisés pour définir les distributions de la conductivité hydraulique dans deux modèles d'écoulement en régime permanent qui ont été calibrés avec des estimations des charges et des écoulements de base faites par des techniques inverses. Les estimations optimisées de la conductivité hydraulique de ces deux modèles ont servi à calculer les valeurs de conductivité hydraulique moyenne des couches et du modèle. Malgré des différences entre les deux modèles géologiques, la calibration inverse a donné des valeurs de conductivité hydraulique moyenne pour le domaine complet du modèle qui sont complètement semblables. Les valeurs de la conductivité moyenne des couches et du modèle ont été utilisées pour générer quatre modèles d'écoulement supplémentaires et des traitements ont été effectués. Tous les modèles simulent correctement les charges observées et l'écoulement de base total. Les six modèles ont servi à prédire l'impact en régime permanent d'un champ captant projeté et les solutions d'écoulement ont été utilisées dans une simulation par suivi de particules et de transport de soluté. Les résultats de simulations prédictives montrent que, pour cet exemple, de simples modèles d'hétérogénéité fournissent des zones de capture semblables aux modèles plus complexes, mais pour des temps de parcours et des restitutions très différents. Une modélisation inverse combinée à différents modèles géologiques peut assurer une mesure de la zone de capture et une fiabilité de la restitution.

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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.

     

The conceptualization model problem—surprise

The foundation of model analysis is the conceptual model. Surprise is defined as new data that renders the prevailing conceptual model invalid; as defined here it represents a paradigm shift. Limited empirical data indicate that surprises occur in 20–30% of model analyses. These data suggest that groundwater analysts have difficulty selecting the appropriate conceptual model. There is no ready remedy to the conceptual model problem other than (1) to collect as much data as is feasible, using all applicable methods—a complementary data collection methodology can lead to new information that changes the prevailing conceptual model, and (2) for the analyst to remain open to the fact that the conceptual model can change dramatically as more information is collected. In the final analysis, the hydrogeologist makes a subjective decision on the appropriate conceptual model. The conceptualization problem does not render models unusable. The problem introduces an uncertainty that often is not widely recognized. Conceptual model uncertainty is exacerbated in making long-term predictions of system performance.

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Resumen La base para hacer un análisis de un modelo es el modelo conceptual. Se define aquí la sorpresa como los datos nuevos que convierten en incoherente al modelo conceptual previamente aceptado; tal como se define aquí esto representa un cambio de paradigma. Los datos empíricos limitados indican que estas sorpresas suceden entre un 20 a un 30% de los análisis de modelos. Esto sugiere que los analistas de modelos de agua subterránea tienen dificultades al seleccionar el modelo conceptual apropiado. No hay otra solución disponible a este problema del modelo conceptual diferente de: (1) Recolectar tanta información como sea posible, mediante la utilización de todos los métodos aplicables, lo cual puede resultar en que esta nueva información ayude a cambiar el modelo conceptual vigente, y (2) Que el analista de modelos se mantenga siempre abierto al hecho de que un modelo conceptual puede cambiar de manera total, en la medida en que se colecte mas información. En el análisis final el hidrogeólogo toma una decisión subjetiva en cuanto al modelo conceptual apropiado. El problema de la conceptualización no produce modelos inútiles. El problema presenta una incertidumbre, la cual a menudo no es tenida en cuenta de manera adecuada. Esta incertidumbre en los modelos conceptuales se aumenta, cuando se hacen predicciones a largo plazo del comportamiento de un sistema dado.

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Résumé Cest le modèle conceptuel qui se trouve à base dune analyse sur un modèle. On considère comme une surprise lorsque le modèle est invalidé par des données nouvelles; dans les termes définis ici la surprise est équivalente à un change de paradigme. Des données empiriques limitées indiquent que les surprises apparaissent dans 20 à 30% des analyses effectuées sur les modèles. Ces données suggèrent que lanalyse des eaux souterraines présente des difficultés lorsquil sagit de choisir le modèle conceptuel approprié. Il nexiste pas un autre remède au problème du modèle conceptuel que: (1) rassembler autant des données que possible en utilisant toutes les méthodes applicables—la méthode des données complémentaires peut conduire aux nouvelles informations qui vont changer le modèle conceptuel, et (2) lanalyste doit rester ouvert au fait que le modèle conceptuel peut bien changer lorsque des nouvelles informations apparaissent. Dans lanalyse finale le hydrogéologue prend une décision subjective sur le modèle conceptuel approprié. Le problème du le modèle conceptuel ne doit pas rendre le modèle inutilisable. Ce problème introduit une incertitude qui nest pas toujours reconnue. Les incertitudes du modèle conceptuel deviennent plus importantes dans les cases de prévisions à long terme dans lanalyse de performance.

     

Using quantitative indicators to evaluate results from variable-density groundwater flow models

Variable-density transport models are typically tested by comparing model output with the results of three standard test cases: (1) the HYDROCOIN Level 1, Case 5 salt dome problem—Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD 1988), (2) the Henry (1964) approximate analytic solution for steady-state saltwater intrusion and (3) the Elder (1967) problem for complex natural convection where fluid flow is driven purely by fluid-density differences. The complex flow phenomena that result in many variable-density flow problems often means that the intercode testing (and the evaluation of results from variable-density flow models more generally) is largely limited to a visual inspection of isochlor distributions. Visual inspection can often be quite subjective, prone to errors and may not allow easy detection of discrepancies, especially when they are small. Moreover, a match of certain isochlors at a number of prescribed time intervals does not necessarily enure the model is adequately tested. Recently, the well-studied Elder problem has been the subject of significant discussion in the research literature. Authors such as Diersch and Kolditz (2002) have shown that the solutions obtained to the Elder problem are dependent upon the level of grid discretization used. Simpson and Clement (2003) stated that the results of the Elder problem can only be matched in a qualitative sense because the problem is highly sensitive to discretization. In this paper, a number of quantitative indicators are developed that can be used for a more rigorous quantitative evaluation of results of variable-density flow models. They may also find application in future model benchmarking practice.

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Resumen Los modelos de transporte de densidad variable se prueban típicamente mediante la comparación de los resultados del modelo con los resultados de tres casos de prueba estándar: (1) el problema de domo de sal HYDROCOIN nivel 1, caso 5—Organización de desarrollo y cooperación económica (OECD 1988), (2) la solución analítica aproximada de Henry (1964) para la intrusión de sal en estado constante y (3) el problema de Elder (1967) para la convexión natural compleja donde el flujo de fluido es determinado únicamente por las diferencias de densidad entre fluidos. Los fenómenos de flujo complejo que resultan en varios problemas de flujo de densidad variable con frecuencia significan que las pruebas de intercodificación (y la evaluación de resultados de modelos de flujo de densidad variable más generalmente) se limita principalmente a una inspección visual de las distribuciones de la intrusión de agua salada. La inspección visual con frecuencia puede ser bastante subjetiva, propensa a errores y es posible que no permita detectar fácilmente las discrepancias, especialmente cuando son pequeñas. Más aún, la concordancia de ciertas intrusiones de agua salada en un número de intervalos de tiempo prescritos no necesariamente asegura que el modelo haya sido probado adecuadamente. Recientemente, el bien estudiado problema de Elder ha sido objeto de discusiones siginificativas en la literatura de investigación. Los autores tales como Diersch y Kolditz (2002) han mostrado que las soluciones obtenidas para el problema Elder dependen del nivel de discretización de mallas utilizado. Simpson y Clement (2003) afirman que los resultados del probelma de Elder se pueden corrobar únicamente en un sentido cualitativo porque el problema es sumamente sensible a la discretización. En este artículo se ha desarrollado un número de indicadores cuantitativos que pueden ser utlizados para una evaluación cuantitativa más rigurosa de los resultados de los modelos de flujo de densidad variable. Es posible que también se puedan aplicar en el futuro para prácticas de modelos de benchmarking.

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Résumé Utilisation dindicateurs quantitatifs pour lévaluation de modèles découlement à densité variable de leau souterraine. On évalue généralement les modèles de transport à densité variable en comparant les résultats obtenus grâce à ces modèles aux résultats de trois essais standards: (1) le problème «dôme de sel» HYDROCOIN, niveau 1, cas 5—Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE 1988), (2) la solution analytique approximative de Henry (1964) pour lintrusion deau salée en régime permanent, et (3) le problème de Elder (1976) pour la convection naturelle complexe, où lécoulement du fluide est engendré par les seules différences de densité. Les phénomènes complexes découlement qui résultent de plusieurs problèmes découlement à densité variable signifient souvent que la comparaison entre codes (et lévaluation des résultats des modèles découlement à densité variable en général) est largement limitée à linspection visuelle des isocontours. Linspection visuelle peut souvent être assez subjective, elle peut comporter des erreurs, et il peut être difficile, par ce moyen, de détecter des différences, surtout lorsquelles sont faibles. De plus, la vérification des isocontours pour un nombre déterminé dintervalles de temps ne garantit pas que le modèle ait été mis à lépreuve de façon satisfaisante. Récemment, le modèle élaboré de Elder a été lobjet de plusieurs discussions significatives dans la littérature de la recherche. Des auteurs comme Diersch and Kolditz (2002) ont démontré que les solutions obtenues pour le problème dElder dépendaient du niveau de discrétisation du maillage utilisé. Simpson et Clement (2003) ont affirmé que les résultats du problème dElder pouvaient seulement être comparés dune manière qualitative, puisque la discrétisation influe de manière marquée sur le problème. Dans cet article, une série dindicateurs quantitatifs sont mis sur pied pour permettre une utilisation plus rigoureuse de lévaluation quantitative des résultats de modèles découlement à densité variable. Ces indicateurs pourraient également trouver leur utilité dans la pratique de la calibration des modèles.Utilización de indicadores cuantitativos para evaluar los resultados de modelos de flujo de aguas subterráneas de densidad variable.

     

Modeling of complex multi-aquifer systems for groundwater resources evaluation—Swidnica study case (Poland)

An example of groundwater resources evaluation methodology by numerical modeling in the complex, unconsolidated, multi-aquifer system of the Swidnica area (~627 km²) is presented. In this study Groundwater Modeling System (GMS) was used to develop a conceptual model on the basis of data from several hundred boreholes and to calibrate a numerical, multi-aquifer model. A steady state calibration was performed using historical natural groundwater table (quasi-natural simulation) data and abundant pumping test transmissivity data. The calibrated recharge was first spatially distributed based on surface lithology and then adjusted until a good match between calculated and measured heads was obtained. The quasi-natural simulation budget input of ~165,000 m³/day consisted of 40.5% of lateral inflow from the SW fault model boundary, 34.5% of average net recharge from precipitation, 13% of infiltration from the Mietkowskie Lake and 12% of river infiltration. The budget output (the same as input) consisted of ~ 88% of river drainage and ~ 12% of lateral outflow. The final, abstraction-influenced simulation representing the current stationary condition was used to verify the model by cross referencing present well drawdowns with well abstractions and by comparison of the groundwater discharge to the rivers with the field baseflow measurements. In this simulation, the total well abstraction of ~53,000 m³/d resulted in 9% increase in overall water balance up to ~180,000 m³/day, 38% increased river infiltration, 24% reduced river drainage, 17% reduced lateral outflow and ~3 times increased downward leakage to the deepest, productive aquifer. The Swidnica study case shows an example, which analyzes an impact of well abstractions on the decline of groundwater table and river discharges, concluding that reserves of renewable water resources are still available. It shows also, that by setting up a conceptual model within the numerical model environment and by applying a quasi-3D solution, complex multi-aquifer systems can be well and efficiently modeled.

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Resumen Se presenta un ejemplo de metodología de evaluación de recursos de aguas aubterráneas por medio de modelación numérica en el sistema multi-acuífero, complejo, no consolidado del área de Swidnica (~627 km2). Em este estudio se utilizó un sistema de modelamiento de aguas subterráneas (GMS) para desarrollar un modelo conceptual sobre la base de datos de varios cientos de pozos y para calibrar un modelo multi-acuífero numérico. Se llevó a cabo calibración de un estado constante mediante el uso de datos históricos del manto de aguas subterráneas (simulación casi natural) y de abundantes datos de transmisividad de las pruebas de bombeo. En primer lugar se distribuyó la recarga calibrada en base a la litología de superficie y luego se ajustó hasta obtener una buena correlación entre las cimas calculadas y las medidas. El casi natural presupuesto en la simulación de ~165,000 m3/día consistió de 40.5 % de influjo lateral del límite del modelo de la falla SO, 34.5% de recarga neta promedio de precipitación, 13 % de infiltración del lago Mietkowskie y 12% de infiltración de los ríos. El presupuesto de los productos (output) (igual que el input)consistió de ~ 88 % de drenaje de los ríos y ~ 12 % de flujo lateral. La simulación final, influida por la abstracción, que representa la condición estacionaria actual se utilizó para verificar el modelo mediante la verificación cruzada de los conos de abstracción actuales con abstracciones de los pozos y mediante la comparación de la descarga de aguas subterráneas a los ríos con las medidas de flujo de base de terreno. En esta simulación, la abstracción total de los pozos de ~53,000 m3/d dio como resultado un incremento de 9 % en el balance de gua total de hasta ~180,000 m3/día, un incremento de 38 % infiltración de los ríos, una reducción de 24 % del drenaje a los ríos, una reducción de 17 % del eflujo lateral y un incremento de ~3 veces de filtración hacia abajo al acuífero má profundo productivo. El caso de estudio Swidnica muestra un ejemplo que analiza el impacto de las instalaciones de abstraccion de pozos sobre el decrecimiento del mato de aguas subterráneas y descargas de ríos. Sin embargo, la conclusión es que las reservas de recursos aguas renovables están disponibles todavía. También muestra que los sistemas multi-acuíferos complejos se puede modelar eficientemente y satisfactoriamente al establecer un modelo conceptual dentro del ambiente de un modelo numérico y mediante la aplicación de soluciones casi 3D.

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Resumé Un exemple méthodologique dévaluation des ressources en eau souterraine par modélisation numérique dun système aquifère multiple complexe et non-consolidé de la région de Swidnica (~627 km2) est présenté. Le système de modélisation de leau souterraine GMS (Groundwater Modeling System) est utilisé afin de développer un modèle conceptuel basé sur les données provenant de plusieurs centaines de puits, ainsi que pour caler le modèle numérique daquifère multiple. Une calibration en régime permanent a été effectuée en utilisant les données historiques du niveau naturel de la nappe phréatique (simulation quasi-naturelle) et les données de transmissivité provenant de nombreux essais de pompage. La recharge calibrée a été obtenue en utilisant dabord des valeurs spatiallement distribuées en fonction de la lithologie de surface qui ont par la suite été ajustées jusquà ce quune bonne correspondance entre les charges mesurées et simulées soit obtenue. Le bilan des intrants deau pour la simulation quasi-naturelle de ~165,000 m3/j est réparti comme suit: 40.5% provenant dentrée deau latérale le long de la limite sud-ouest du modèle qui représente une faille, 34.5% de recharge moyenne nette provenant des précipitations, 13% dinfiltration provenant du lac Mietkowskie et 12% dinfiltration provenant de rivières. Le bilan des extrants deau qui forme le même volume que les intrants est réparti entre ~88% de drainage par les rivières et ~12% découlement latéral. La simulation finale influencée par le captage qui représente les conditions actuelles a été utilisée afin de vérifier le modèle en comparant le rabattement actuel avec le captage des puits et en comparant lécoulement deau vers les rivières avec les valeurs découlement de base des rivières mesurées sur le terrain. Dans cette simulation, le total deau pompé (~53,000 m3/j) produit une augmentation de 9% dans le bilan deau total qui devient ~180,000 m3/j, une augmentation de 38% dinfiltration par les rivières, une réduction de 24% du drainage par les rivières, une réduction de 17% de lécoulement de sortie latéral et une augmentation denviron 3 fois du drainage vers le bas vers laquifère le plus productif. Létude de cas de Swidnica montre un exemple qui analyse limpact dinstallation de puits de captage sur le déclin de la nappe phréatique et sur la décharge dans les rivières, en concluant par contre, que les réserves en eau renouvelable sont toujours disponibles. Cet exemple montre également quen construisant un modèle conceptuel avec un environnement de modèle numérique et quen appliquant une solution quasi 3D, les systèmes multiaquifères complexes peuvent être bien et efficacement modélisés.

     

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.

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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.

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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.

     

Effect of advective mass transfer on field scale fluid and solute movement: Field and modeling studies at a waste disposal site in fractured rock at Oak Ridge National Laboratory, Tennessee, USA

Advective mass transfer is a pore scale mass-transfer process that affects fluid and solute movement between pore domains such as fracture and matrix in a structured porous medium. Mechanistically similar to advection in the advection-dispersion of solutes in non-structured porous medium, it redistributes solutes by moving solute and solvent simultaneously between pore domains. While there is much research on diffusive mass transfer that is often referred to as matrix diffusion, there is a lack of information and study for advective mass transfer in the literature. The objective of this research is to study the effects of advective mass transfer on fluid and solute movement between pore domains. First, field hydraulic measurements at a waste disposal site in fractured rock at Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennessee, USA, are used to calibrate a fracture-matrix, two-pore-domain groundwater flow model. Latin-hypercube sensitivity analysis suggests that the uncertainty of the calibrated model parameters is small and the calibrated flow model is nearly the optimal. Fracture spacing thus obtained is used to calculate diffusive mass transfer coefficients. The individual effects of advective and diffusive mass transfer on solute movement are then quantitatively evaluated. The calculations indicate that pore structure conceptual models may significantly affect the role of advective mass transfer in field and pore-scale mass transfer. In the particular ORNL field site and with a fracture-matrix pore structure model, contribution of advective mass transfer to solute mass movement is about three to eight orders of magnitude smaller than that of diffusive mass transfer.

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Resumen La transferencia de masa advectiva es un proceso de transferencia de masa en escala intersticial que afecta el movimiento de fluido y soluto entre ámbitos porosos tal como fractura y matriz en un medio estructurado poroso. Este proceso, mecánicamente similar a la advección en la dispersión-advección de solutos de medios porosos no estructurados, redistribuye los solutos mediante el movimiento simultáneo de soluto y solvente entre ámbitos porosos. Mientras que existe bastante investigación en transferencia difusiva de masa que frecuentemente se conoce como difusión en matriz, existe falta de información y estudio de transferencia advectiva de masa en la literatura. El objetivo de esta investigación es estudiar los efectos de la transferencia advectiva de masa en el movimiento de fluido y soluto entre ámbitos porosos. Primero se utilizaron mediciones hidráulicas de campo en un sitio de depósito de residuos en roca fracturada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), Tennessee, USA, para calibrar un modelo de flujo de agua subterránea de ámbito de dos poros fractura-matriz. Análisis de sensitividad hipercúbico-latino sugieren que la incertidumbre de los parámetros del modelo calibrado es pequeña y que el modelo de flujo calibrado es aproximadamente el óptimo. El espaciamiento de fracturas así obtenido se utiliza para calcular los coeficientes de transferencia de masa difusiva. Luego se evalúa cuantitativamente los efectos individuales de transferencia de masa advectiva y difusiva en el movimiento de soluto. Los cálculos indican que los modelos conceptuales de estructura porosa pueden afectar significativamente el papel de transferencia de masa advectiva en escalas de campo e intersticial de transferencia de masa. En el sitio de campo específico ORNL y con un modelo de estructura porosa de matriz-fractura, la contribución de transferencia de masa advectiva al movimiento de masa soluto es aproximadamente tres a ocho órdenes de magnitud más pequeño que la contribución por transferencia de masa difusiva.

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Résumé Résumé Le transfert advectif de masse est un processus de transfert de masse à léchelle du pore qui affecte les mouvements du fluide et du soluté entre les différents domaines de pores, tel les fractures et la matrice dans un milieu poreux structuré. Mécaniquement similaire à ladvection dans le concept advection-dispersion de solutés dans les milieux non structurés, ce transfert redistribue les solutés simultanément avec le fluide entre les différents domaines poreux. Alors que de nombreuses recherches portent sur les transferts de masse par diffusion, se référant généralement à une diffusion par la matrice, il y a un grand manquement dinformations et détudes sur les transferts de masse par advection dans la littérature. Lobjectif de cette recherche est détudier leffet du transfert advectif de masse de fluide et de soluté entre les différents domaines poreux. Premièrement, les mesures hydrauliques de terrain sur la décharge en milieu fracturé du laboratoire national dOak Ridge ORNL, Tennessee, USA, sont utilisées pour calibrer un modèle hydrogéologique à double porosité fracture-matrice. Lanalyse de sensibilité latin-hypercube suggère que lincertitude sur les paramètres du modèle est faible et que le calibrage est pratiquement optimal. Lespace de fracture résultant permet de calculer les coefficients de transfert de masse par diffusion. Les effets individuels de ladvection et de la diffusion sur les mouvements de solutés sont dés lors évalués. Les calculs indiquent que le modèle conceptuel de la structure des pores peuvent significativement affectés le rôle du transfert advectif de masse à léchelle du pore et du terrain. Dans le cas du site de lORNL et avec un modèle structuré fracture-matrice, la contribution de ladvection au transfert de masse est de lordre de trois-huitième du transfert de masse par diffusion.

     

Preliminary assessment of the impacts of deep foundations and land reclamation on groundwater flow in a coastal area in Hong Kong, China

Many coastal areas have been intensively urbanized because people living and working on or near coastlines are increasing. Land reclamation from the sea and high-rise buildings are common approaches to satisfying the growing needs for more housing and other land use. Coastal areas are usually the ultimate discharge zones of groundwater systems. Using a coastal area in Hong Kong as a case study, this paper discusses the change in a groundwater system due to land reclamation and construction of building foundations in a coastal area. The upper part of the study area is in a nearly natural state, whereas the lower part is probably one of the most extensively developed areas in the world. It is evident that the groundwater flow system in this area has been changed over the last century. The piezometers in the transitional zone between the natural slopes and the urbanized areas indicate significant response to rainfall and obvious upward groundwater flow. To understand these piezometric responses to rainfall, a cross section is selected for detailed study using a two-dimensional multilayered numerical model. The parameters and structure of the aquifer system are calibrated by comparing the simulated and observed water levels. To reproduce the observed behavior of the groundwater system, the model has to include two important characteristics: a highly permeable zone at the rockhead and a reduction in hydraulic conductivity of 14–20 times in the urbanized area. The simulation demonstrates that both land reclamation along the coastline and deep foundations have contributed to the modification of the flow system, but the deep foundations have the most profound impact, especially when a high conductivity zone is present at the rockhead.

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Resumen Muchas áreas costeras han sido urbanizadas de manera intensiva, debido a la presión creciente de la gente que quiere vivir y trabajar en estos sitios. Los terrenos arrebatados al mar y los edificios de gran altura, son las respuestas comunes para satisfacer las necesidades de mas vivienda y usos nuevos para el suelo. Las áreas costeras son comúnmente las zonas de descarga final de los sistemas de agua subterránea. A través de un área costera en Hong Kong, tomada como estudio de caso, este artículo discute el cambio causado en un sistema de agua subterránea, debido a la recuperación de terrenos anteriormente cubiertos por el mar y a la construcción de cimientos de edificios en la zona costera. La parte más alta de la área de estudio está casi en su estado natural, mientras que la parte baja es probablemente una de las áreas más extensas en su tipo y más desarrolladas en el mundo. Es evidente que el sistema de flujo del agua subterránea en esta área ha sido cambiado a lo largo del último siglo. Los piezómetros en la zona transicional, entre los taludes naturales y las áreas urbanizadas, muestran una respuesta notable a la lluvia y un flujo evidente hacia arriba del agua subterránea. Para entender estas respuestas piezométricas a la lluvia, se seleccionó una sección vertical para estudio detallado, utilizando un modelo numérico bidimensional multicapa. Los parámetros y estructura del sistema acuífero son calibrados mediante la comparación de los niveles de agua observados y simulados. Para reproducir el comportamiento observado del sistema de agua subterránea, el modelo ha incluido dos características importantes: Una zona altamente permeable en la parte más elevada y una reducción de 14 a 20 veces en la conductividad hidráulica, dentro de la zona urbanizada. La simulación demuestra que tanto los terrenos recuperados del mar, como las cimentaciones profundas a lo largo de la línea de costa, han contribuido a la modificación del sistema de flujo, pero las cimentaciones profundas han causado el mayor impacto, especialmente cuando se presenta una zona de alta conductividad en la parte más elevada del área.

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Résumé La plupart des zones côtières ont été intensivement urbanisé due à la croissance de la population qui travaille et vive sur les zones littorales. La récupération des terrains sur la mer ainsi que la construction des grandes immeubles sont les moyens usuels utilisés pour satisfaire les demandes accrues de logement. Dhabitude les zones côtières représentent lexutoire final des aquifères. En utilisant la zones côtière de Hong Kong comme un étude de cas cet article analyse les changements dans les systèmes aquifères produits par la récupération des terrains et par les fondations des grandes immeubles. Tendis que la partie supérieure de la zone étudiée se trouve presque à létat naturel, la partie inférieure représente une des zones les plus développée du monde. Il est donc évident que la circulation des eaux souterraines a été modifiée pendant le dernière siècle. Les piézomètres remplacés entre les versants et la zone urbanisée montrent une réponse significative aux précipitations ainsi quune hausse générale des niveaux. Pour mieux comprendre la réponse des niveaux aux plues on a modélisé lécoulement dans une coupe vericale en utilisant un modèle numérique multicouches. Les paramètres et la strucure du système aquifère ont été calés en comparant les niveaux calculés et mesurés. Affin de reproduire les niveaux mesurés le modèle doit considérer deux caratéristiques importantes: une zone périglaciaire à grande perméabilité et une diminution jusqu à vingt fois de la perméabilité dans les zone urbanisées. La simulation a mis en évidence que les récupération des terrains au long du littoral aussi bien que les fondations profondes ont modifié lécoulement mais que les dernières ont limpact le plus important surtout lorsquil sagit de la zone périglaciaire à grande perméabilité.

     

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

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

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

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

     

Solute transport in a single fracture with negligible matrix permeability: 1. fundamental mechanisms

This report describes the fracture-scale mechanisms acting on solute transport in fractured aquifers under natural-flow conditions. It focuses on low-permeability rocks where advection in the matrix is negligible compared with that in fractures. The relevant transport mechanisms detailed have been identified by experimental and theoretical studies over the past 30 years: advection and hydrodynamic dispersion, channeling effects, matrix diffusion, and sorption reactions. This review is intended to emphasize the fundamental concepts and to draw up a reader's guide through an extensive bibliography by linking key problems to key papers. These concepts might be integrated into transport models, but their influence at the large scale, however, remains an open question that is not dealt with in this review.

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Resumen Este informe describe los mecanismos que actúan a escala de fractura en el transporte de solutos en acuíferos fracturados, bajo condiciones de flujo natural. Se centra en rocas de baja permeabilidad en las que la advección en la matriz es despreciable en relación con la advección en las fracturas. Los mecanismos de transporte relevantes han sido identificados mediante estudios experimentales y teóricos realizados en los últimos 30 años. Consisten en advección y dispersión hidrodinámica, influencia de los canales, difusión en la matriz y reacciones de sorción. Esta revisión pretende enfatizar en los conceptos fundamentales y generar una guía para el lector por medio de una bibliografía abundante que relaciona los problemas clave con artículos clave. Estos conceptos podrían ser integrados en modelos de transporte, pero su influencia a gran escala es todavía un tema no resuelto, el cual no se aborda en este trabajo.

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Résumé Ce rapport décrit les mécanismes agissant sur le transport de soluté dans les aquifères fissurés en régime d'écoulement naturel. L'accent est mis sur les roches peu perméables, où le transport par convection dans la matrice est négligeable devant la convection dans les fractures. Les mécanismes de transport sont analysés à l'échelle de la fracture: convection et dispersion hydrodynamique, chenalisation, diffusion dans la matrice et réactions de sorption. L'objectif de ce travail est double: d'une part, mettre en avant les concepts fondamentaux pouvant être intégrés dans les modèles de transport, et d'autre part, établir un "guide" permettant au lecteur de s'orienter à travers une bibliographie abondante, en reliant chaque sujet abordé à quelques articles clés. Notons que l'influence de ces mécanismes sur le transport à grande échelle reste un problème clé qui ne sera pas abordé ici.

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

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

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

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

     

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.

     

Assessing selected natural and anthropogenic impacts on freshwater lens morphology on small barrier Islands: Dog Island and St. George Island, Florida, USA

Abstract The freshwater lens morphologies of the barrier islands Dog Island and St. George Island on the panhandle coast of Florida (FL), USA, are controlled to varying degrees by both natural and anthropogenic factors. Variable-density groundwater flow models confirm that spatial variability of recharge values can account for the observed lens asymmetry on these islands. The depth to the base of the lens does not vary significantly seasonally. Human development has altered recharge patterns in some areas, locally thinning the freshwater lens. Aqueduct water supply to St. George Island represents 7–25% of natural recharge; higher recharge rates are required to simulate the lens on St. George Island than on Dog Island. On both islands, coastal erosion rates are sufficiently rapid that the freshwater lens may not be in equilibrium with current boundary conditions.

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Resumen Las morfologías de los lentes de agua dulce en las islas de barrera: Islas Dog y St. George, en la costa alargada y estrecha de Florida, EUA, están controladas en diferentes grados por factores antropogénicos y naturales. Los modelos de flujo con densidad variable del agua subterránea, confirman que la variabilidad espacial de los valores de recarga, pueden ser la causa de la asimetría observada en los lentes de estas islas. La profundidad hasta la base de los lentes no varía significativamente con las estaciones climáticas. El desarrollo humano ha alterado las tendencias de recarga en algunas áreas, causando adelgazamiento local de los lentes de agua dulce. El abastecimiento de agua del acueducto en la Isla St. George, representa entre 7% y 25% de la recarga natural; por otro lado se necesitan cantidades mayores de recarga para simular los lentes en la Isla St. George que en la Isla Dog. En ambas islas, las tasas de erosión costera son tan rápidas, que las lentes de agua dulce podrían no estar en equilibrio con las condiciones actuales de frontera.

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Résumé La morphologie des lentilles deau douce des îles de Dog et de St. George, situés dans le district côtier de Florida-Etats Unis est contrôlé dans une mesure variable par des facteurs naturelles et humaines. Les modèles découlement à densité variable des eaux souterraines confirment que la variation spatiale de la recharge peut expliquer les asymétries observées des lentilles des cettes îles. La profondeur des lentilles ne présente pas des variations saisonnières importantes. Les activités humaines ont modifié la recharge dans certaines zones en amincissant localement les lentilles deau douce. Lalimentation en eaux de lîle de St. George représente 7–25% de la recharge naturelle; pour simuler les lentilles de lîle de Dog il a été nécessaire dintroduire des valeurs plus élevées de la recharge par rapport aux ceux utilisés pour lîle de St. George. Pour les deux îles lérosion côtière est assez rapide ainsi que les lentilles de eau douce ne sont pas en équilibre avec les conditions à la frontière.

     

Combined interpretation of radar, hydraulic, and tracer data from a fractured-rock aquifer near Mirror Lake, New Hampshire, USA

An integrated interpretation of field experimental cross-hole radar, tracer, and hydraulic data demonstrates the value of combining time-lapse geophysical monitoring with conventional hydrologic measurements for improved characterization of a fractured-rock aquifer. Time-lapse difference-attenuation radar tomography was conducted during saline tracer experiments at the US Geological Survey Fractured Rock Hydrology Research Site near Mirror Lake, Grafton County, New Hampshire, USA. The presence of electrically conductive saline tracer effectively illuminates permeable fractures or pathways for geophysical imaging. The geophysical results guide the construction of three-dimensional numerical models of ground-water flow and solute transport. In an effort to explore alternative explanations for the tracer and tomographic data, a suite of conceptual models involving heterogeneous hydraulic conductivity fields and rate-limited mass transfer are considered. Calibration data include tracer concentrations, the arrival time of peak concentration at the outlet, and steady-state hydraulic head. Results from the coupled inversion procedure suggest that much of the tracer mass migrated outside the three tomographic image planes, and that solute is likely transported by two pathways through the system. This work provides basic and site-specific insights into the control of permeability heterogeneity on ground-water flow and solute transport in fractured rock.

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Resumen Una interpretación integrada de radar experimental de campo transversal a pozos, trazadores, y datos hidráulicos demuestra el valor de combinar el monitoreo geofísico realizado en periodos de tiempo con mediciones hidrológicas convencionales en la caracterización mejorada de un acuífero rocoso fracturado. Se llevó a cabo tomografía de radar por periodos de tiempo y diferencia de atenuación durante un experimento con trazadores salinos en el sitio de investigación hidrológica de roca fracturada del Servicio Geológico de Estados Unidos cerca del Lago Espejo, Condado Grafton, New Hampshire, USA. La presencia del trazador salino eléctricamente conductivo refleja efectivamente fracturas permeables o trayectorias para imágenes geofísicas. Los resultados geofísicos orientan la construcción de modelos numéricos tri-dimensionales de flujo de agua subterránea y transporte de solutos. En un esfuerzo por explorar explicaciones alternativas para los datos tomográficos y trazadores se considera un conjunto de modelos conceptuales que involucran campos de conductividad hidráulica heterogéneos y transferencias de masa de ritmo limitado. La calibración de datos incluye concentraciones de trazadores, el tiempo de llegada de la concentración pico en la salida, y presión hidráulica en régimen permanente. Los resultados del procedimiento de acoplamiento invertido sugieren que mucho de la masa del trazador migró fuera de los tres planos de imagen tomográfica, y que el soluto es probablemente transportado por dos trayectorias a través del sistema. Este trabajo aporta ideas básicas y específicas del sitio en relación con el control de la heterogeneidad de permeabilidades en el flujo de agua subterránea y transporte de solutos en rocas fracturadas.

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Résumé Une interprétation intégrée détudes de terrain (radar entre puits, traçages, données hydrauliques) démontre la valeur de la combinaison entre la géophysique des temps finis et les mesures hydrologiques conventionnelles pour une interprétation améliorée dun aquifère de roche fracturée. La tomographie au radar a été mise en uvre durant un traçage artificiel au sel au site de recherche sur lhydrologie des roches fracturées du Service Géologique des US, à proximité du Lac Mirror, Conté de Grafton, Nouvel Hampshire, USA. La présence du traceur électriquement conducteur met en relief, grâce à la géophysique, la présence de fractures ou découlements préférentiels. Les résultats de la géophysique ont permis la construction de modèle hydrogéologique tri-dimensionnel des écoulements et du transport de soluté. Dans loptique dexplorer des interprétations alternatives des données de traçage et de tomographie, différents modèles conceptuels sont utilisés concernant lhétérogénéité des conductivités hydrauliques et des taux limités de transferts de solutés. Les données du calibrage incluent les données de concentration du traceur, le temps darrivée du pic de restitution et les données piézométriques en régime permanent. Les résultats de la procédure dinversion couplée suggèrent quune quantité très importante du traceur migre au delà de la fenêtre de visualisation des tomographies, et que le soluté est transporté via deux voies découlement préférentiel. Ce travail apporte des connaissances de base et spécifiques au site concernant la distribution de la perméabilité dans laquifère et le transport de soluté dans les roches fracturées.

     

Characterisation of the hydrogeology of the Augustus River catchment,Western Australia

Understanding the hydrogeology of weathered rock catchments is integral for the management of various problems related to increased salinity within the many towns of Western Australia. This paper presents the results of site characterisation investigations aimed at improving the overall understanding of the hydrogeology of the southern portion of the Augustus River catchment, an example of a weathered rock catchment. Site data have highlighted the presence of both porous media aquifers within the weathered profile and fractured rock aquifers within the basement rocks. Geophysical airborne surveys and other drilling data have identified a large number of dolerite dykes which crosscut the site. Fractured quartz veins have been found along the margins of these dolerite dykes. Detailed groundwater-level measurements and barometric efficiency estimates indicate that these dolerite dykes and fractured quartz veins are affecting groundwater flow directions, promoting a strong hydraulic connection between all aquifers, and also influencing recharge mechanisms. The hydrogeological significance of the dolerite dykes and fractured quartz veins has been assessed using a combination of high-frequency groundwater-level measurements (30-min sampling interval), rainfall measurements (5-min sampling interval) and barometric pressure fluctuations (30-min sampling interval). A conceptual model was developed for describing various hydrogeological features of the study area. The model indicates that fractured quartz veins along the margins of dolerite dykes are an important component of the hydrogeology of the weathered rock catchments.

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Resumen Entender la hidrogeología de cuencas con rocas meteorizadas es esencial para gestionar diversos problemas relacionados con el incremento de salinidad en muchas ciudades de Australia Occidental. Este artículo presenta los resultados obtenidos en la caracterización de varios emplazamientos con el fin de mejorar el conocimiento general de la hidrogeología en la zona sur de la cuenca del Río Augustus, que sirve como ejemplo de cuenca en rocas meteorizadas. Los datos de campo resaltan la presencia tanto de medios acuíferos porosos dentro del perfil meteorizado como de acuíferos en rocas fracturadas dentro de la roca fresca. Los registros geofísicos aéreos y datos de las perforaciones han identificado un gran número de diques de dolerita que intersectan el emplazamiento. Se ha hallado venas de cuarzo fracturado a lo largo de los márgenes de los diques de dolerita. Medidas detalladas del nivel piezométrico y estimaciones de la eficiencia barométrica indican que los diques de dolerita y las venas de cuarzo fracturado afectan las direcciones del flujo de las aguas subterráneas, originando una fuerte conexión hidráulica entre todos los acuíferos e influenciando también a los mecanismos de recarga. Se ha establecido la importancia hidrogeológica de los diques de dolerita y de las venas de cuarzo fracturado mediante una combinación de medidas muy frecuentes del nivel piezométrico (cada 30 min), de la precipitación (cada 5 min) y de las fluctuaciones de la presión barométrica (cada 30 min). Se ha desarrollado un modelo conceptual para describir varias características hidrogeológicas del área de estudio. El modelo indica que las venas de cuarzo fracturado en los márgenes de los diques de dolerita constituyen un componente importante de la hidrogeología de cuencas con rocas meteorizadas.

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Résumé Comprendre lhydrogéologie des bassins en roches altérées est essentiel pour la gestion de différents problèmes liés à laugmentation de la salinité dans de nombreuses villes dAustralie occidentale. Cet article présente les résultats détudes de caractérisation de sites conduites pour améliorer la compréhension de lhydrogéologie de la partie sud du bassin de la rivière Augustus, exemple de bassin en roches altérées. Les données concernant le site ont mis en évidence la présence simultanée daquifères poreux dans le profil daltération et daquifères de roches fracturées dans le socle. Des campagnes de géophysique aéroportée et dautres données de forages ont identifié de très nombreux dykes de dolérite traversant le site. Des veines de quartz fracturées ont été trouvées aux marges de ces dykes de dolérite. Des mesures détaillées de niveau des nappes et des estimations des effets barométriques indiquent que ces dykes de dolérite et les veines de quartz fracturées affectent les directions découlement souterrain, favorisant une forte connexion hydraulique entre tous ces aquifères, et influençant également les mécanismes de recharge. La signification hydrogéologique des dykes de dolérite et des veines de quartz fracturées a été analysée en combinant des mesures à haute fréquence du niveau des nappes (toutes les 30 min), de la pluie (toutes les 5 min) et des variations de la pression barométrique (toutes les 30 min). Un modèle conceptuel a été établi pour décrire les différents phénomènes hydrogéologiques de la région étudiée. Ce modèle indique que les veines de quartz aux marges des dykes de dolérite sont une importante composante de lhydrogéologie des bassins en roches altérées.

     

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

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

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

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

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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.

     

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.