Analysis of phospholipid fatty acids (PLFA) to characterize microbial communities in aquifers

This paper reviews published applications of lipid-based biochemical techniques for characterizing microbial communities in aquifers and other deep subsurface habitats. These techniques, such as phospholipid fatty acid (PLFA) analysis, can provide information on a variety of microbial characteristics, such as biomass, physiology, taxonomic and functional identity, and overall community composition. In addition, multivariate statistical analysis of lipid data can relate spatial or temporal changes in microbial communities to environmental factors. The use of lipid-based techniques in the study of groundwater microbiology is advantageous because they do not require culturing and can provide quantitative data on entire communities. However, combined effects of physiological and phylogenetic changes on the lipid composition of a community can confound interpretation of the data, and many questions remain about the validity of various lipid techniques. Despite these caveats, lipid-based research has begun to show trends in community composition in contaminated and pristine aquifers that contribute to our understanding of groundwater microbial ecology and have potential for use in optimization of bioremediation of groundwater pollutants. Résumé Ce papier passe en revue les applications des techniques biochimiques basées sur les lipides pour caractériser les communautés microbiennes présentes dans les aquifères et dans les autres habitats souterrains profonds. Ces techniques, telles que l'analyse des acides gras phospholipidiques (PLFA), peuvent fournir des informations sur un ensemble de caractères microbiens, tels que la biomasse, la physiologie, l'identité taxonomique et fonctionnelle, et surtout la composition de la communauté. En outre, l'analyse statistique multivariée des données sur les lipides peut établir les liens entre des changements spatiaux ou temporels dans la communauté microbienne et des facteurs environnementaux. L'utilisation des techniques basées sur les lipides dans l'étude de la microbiologie des eaux souterraines est intéressante parce qu'elle ne nécessite pas de mise en culture et qu'elle peut fournir des données quantitatives sur les communautés dans leur ensemble. Toutefois, les effets combinés de changements physiologiques et phylogénétiques sur la composition d'une communauté peuvent brouiller l'interprétation des données; de nombreuses questions se posent sur la validité des différentes techniques lipidiques. Malgré ces oppositions, la recherche basée sur les lipides a commencé à montrer des tendances dans la composition des communautés dans les aquifères pollués et dans ceux non perturbés; ces résultats contribuent ainsi à notre compréhension de l'écologie microbienne des eaux souterraines et montrent qu'il existe un potentiel pour leur utilisation en vue d'une optimisation de la dépollution biologique des eaux souterraines. Resumen Se revisan distintas técnicas bioquímicas que se basan en el análisis de lípidos para caracterizar las comunidades microbianas en hábitats subsuperficiales, incluyendo acuíferos. Estas técnicas, entre las que se incluye el análisis de ácidos grasos fosfolípidos (PLFA), pueden proporcionar información sobre toda una serie de características de las comunidades microbianas, como su biomasa, fisiología, identidad taxonómica y funcional y composición. Además, el análisis estadístico multivariado de los datos de lípidos permite relacionar los cambios espaciales o temporales en las comunidades microbianas con factores ambientales. Las técnicas basadas en lípidos son muy útiles para el estudio microbiológico de las aguas subterráneas, puesto que no requieren cultivos y además proporcionan datos cuantitativos de comunidades completas. Sin embargo, la acción combinada de los cambios fisiológicos y filogenéticos en la composición de lípidos en una comunidad pueden confundir la interpretación de los datos, por lo existen muchas cuestiones abiertas respecto a la validez de algunas de estas técnicas. A pesar de estas dificultades, estas técnicas han permitido detectar diferentes tendencias en la composición de las comunidades en acuíferos con y sin contaminación, lo que contribuye a nuestro entendimiento de la ecología microbiana de los acuíferos. Este último aspecto tiene un uso potencial en la optimización de los métodos de biorremediación de acuíferos.     

Biotransformation of pesticides in saturated-zone materials

Many studies have been conducted to evaluate pesticide contamination of groundwater in the United States, but investigations of pesticide biotransformation in saturated zones are much less numerous than in surface soils. Because results of studies using soils are not directly applicable to the subsurface, the purpose of this paper is to illustrate examples of pesticide biotransformation in saturated-zone materials. Although it must be considered with caution, the US Environmental Protection Agency's (EPA) "Pesticides in Ground Water Database" was used to focus the discussion on the biotransformation potential of dibromoethane (EDB), atrazine, acetanilide herbicides, and aldicarb, all of which have been detected in groundwater in the United States. Results of more than two dozen studies indicate that a biotransformation potential for these pesticides exists in saturated-zone materials, although for any given pesticide substantial differences in biotransformation occurred. These variations were due both to differences in experimental methods and to heterogeneities in the subsurface materials under investigation. However, because biotransformation mechanisms were not well investigated, it is generally not possible to extrapolate predictions of biotransformation potential beyond the specific sites investigated. These results highlight the need to better understand microbial genetic regulation of biotransformation processes so that genetic information may be effectively incorporated into future investigations of biotransformation potential in the subsurface. Résumé De nombreuses études ont été réalisées pour évaluer le degré de pollution des aquifères par les pesticides aux États-Unis, mais les recherches concernant la biotransformation des pesticides dans les eaux souterraines sont beaucoup moins nombreuses que dans les sols. Du fait que les résultats des études concernant les sols ne sont pas directement applicables au milieu souterrain, le propos de cet article est d'illustrer par des exemples la biotransformation des pesticides dans les nappes. Bien qu'il faille la considérer avec précaution, la base de données sur les pesticides dans les eaux souterraines de l'Agence américaine pour la protection de l'environnement a été utilisée pour centrer la discussion sur le potentiel de biotransformation du dibromoéthane (EDB), de l'atrazine, des désherbants acétanildés et de l'aldicarb, qui tous ont été détectés dans les nappes des États-Unis. Les résultats de plus de deux douzaines d'études indiquent qu'il existe un potentiel de biotransformation de ces pesticides dans les nappes, bien qu'entre chacun de ces pesticides il existe des différences très nettes dans la biotransformation. Ces variations sont en fait dues à la fois à des différences dans les méthodes expérimentales et dans les hétérogénéités dans les matériaux étudiés. Cependant, parce que les mécanismes de la biotransformation ne sont pas bien étudiés, il est en général impossible d'extrapoler les prédictions du potentiel de biotransformation à des sites d'étude spécifiques. Ces résultats soulignent la nécessité de mieux comprendre la régulation génétique microbienne des processus de biotransformation, pour que l'information génétique puisse être efficacement prise en compte dans les futures recherches sur le potentiel de biotransformation dans le sous-sol. Resumen Se han llevado a cabo un gran número de estudios para evaluar la contaminación por pesticidas en los acuíferos de los Estados Unidos de América. Sin embargo, las investigaciones sobre biotransformación de pesticidas en la zona saturada son mucho menos numerosas que en suelos. Como los resultados obtenidos en suelos no son directamente transladables a la zona saturada, el objetivo de este artículo es mostrar ejemplos de biotransformación de pesticidas en la zona saturada. Aunque debe tomarse con cautela, la base de datos "Pesticides in Ground Water Database (Base de Datos de Pesticidas en Aguas Subterráneas)" perteneciente a la US EPA (Agencia de Protección Ambiental de los EEUU) se usó para centrar la discusión en la biotransformación potencial de diversos compuestos orgánicos detectados en diversos acuíferos de los EEUU. Los resultados de más de dos docenas de estudios indican que la biotransformación potencial de estos pesticidas en la zona saturada es posible, aunque para un pesticida dado pueden presentarse grandes diferencias, debidas tanto a diferencias en los métodos experimentales como a la heterogeneidad de los materiales. Sin embargo, no es posible en general extrapolar las predicciones de biotransformación potencial más allá de las zonas específicas estudiadas, al no haberse investigado en detalle sus mecanismos. Los resultados del estudio indican la necesidad de entender mejor la regulación genética de los procesos de biotransformación, para que la información genética pueda incorporarse de manera efectiva en las investigaciones futuras de biotransformación potencial en acuíferos.     

Stratigraphic and geochemical controls on naturally occurring arsenic in groundwater,eastern Wisconsin,USA

High arsenic concentrations (up to 12,000 7g/L) have been measured in groundwater from a confined sandstone aquifer in eastern Wisconsin. The main arsenic source is a sulfide-bearing secondary cement horizon (SCH) that has variable thickness, morphology, and arsenic concentrations. Arsenic occurs in pyrite and marcasite as well as in iron oxyhydroxides but not as a separate arsenopyrite phase. Nearly identical sulfur isotopic signatures in pyrite and dissolved sulfate and the correlation between dissolved sulfate, iron, and arsenic concentrations suggest that sulfide oxidation is the dominant process controlling arsenic release to groundwater. However, arsenic-bearing oxyhydroxides can potentially provide another arsenic source if reducing conditions develop or if they are transported as colloids in the aquifer. Analysis of well data indicates that the intersection of the SCH with static water levels measured in residential wells is strongly correlated with high concentrations of arsenic in groundwater. Field and laboratory data suggest that the most severe arsenic contamination is caused by localized borehole interactions of air, water, and sulfides. Although arsenic contamination is caused by oxidation of naturally occurring sulfides, it is influenced by water-level fluctuations caused by municipal well pumping or climate changes, which can shift geographic areas in which contamination occurs. Résumé De fortes concentrations en arsenic, jusqu'à 12000 7g/L, ont été mesurées dans l'eau souterraine d'un aquifère gréseux captif, dans l'est du Wisconsin. La principale source d'arsenic est un horizon à cimentation secondaire (SCH) comportant des sulfures, dont l'épaisseur, la morphologie et les concentrations en arsenic sont variables. L'arsenic est présent dans la pyrite et dans la marcassite, de même que dans des oxy-hydroxydes de fer, mais non pas dans une phase séparée d'arsénopyrite. Les signatures isotopiques du soufre presque identiques dans la pyrite et dans les sulfates dissous et la corrélation entre les concentrations en sulfates, en fer et en arsenic dissous laissent penser que l'oxydation des sulfures est le processus dominant contrôlant la libération de l'arsenic dans les eaux souterraines. Cependant, les oxy-hydroxydes contenant de l'arsenic sont susceptibles d'être une autre source d'arsenic si des conditions réductrices apparaissent ou s'ils sont transportés dans l'aquifère sous forme de colloïdes. L'analyse des données provenant de puits montre que l'intersection entre le SCH et les niveaux statiques des puits domestiques est fortement corrélée à de fortes concentrations en arsenic dans les eaux souterraines. Des données de terrain et de laboratoire conduisent à penser que la contamination en arsenic la plus forte est causée par l'interaction localisée aux forages entre l'air, l'eau et les sulfures. Bien que la contamination en arsenic soit causée par l'oxydation de sulfures présents naturellement, elle est influencée par les fluctuations du niveau piézométrique causées par les pompages du captage municipal ou par les variations climatiques, ce qui peut conduire au déplacement des zones géographiques où se produisent les contaminations. Resumen Se han medido concentraciones de arsénico muy altas (de hasta 12000 7g/L) en las aguas subterráneas de un acuífero confinado, en areniscas, localizado en la parte oriental de Wisconsin (EEUU). La fuente principal de arsénico es un horizonte de cementación secundaria (SCH) con un alto contenido en sulfuros, y con una gran variabilidad en espesor, morfología y concentraciones de As. El arsénico aparece en piritas y marcasitas, además de en oxihidróxidos de hierro, pero no como una fase independiente de arsenopiritas. El hecho que la marca isotópica de piritas y sulfatos disueltos sea muy similar, y que exista una gran correlación entre las concentraciones de sulfato disuelto, hierro y arsénico sugiere que la oxidación de sulfuros es el proceso que controla la aportación de arsénico al agua subterránea. Sin embargo, los oxihidróxidos con alto contenido en arsénico podrían suponer otra fuente de arsénico si se llegaran a desarrollar condiciones reductoras o si se transportaran como coloides por el acuífero. De los datos procedentes de pozos, se ve una fuerte correlación entre la presencia de altas concentraciones de As en el agua y que el nivel freático intersecte el SCH. Los datos de campo y de laboratorio indican que los puntos con mayor contaminación de arsénico son debidos a interacciones de carácter local y en los propios pozos entre aire, agua y sulfuros. Aunque la contaminación por As está causada por la oxidación de sulfuros presentes de manera natural, también está muy influenciada por las fluctuaciones en los niveles freáticos causadas por bombeos o cambios climáticos.     

Groundwater risk intensity mapping in semi-arid regions using optical remote sensing data as an additional tool

Due to semi-arid to arid climatic conditions, Jordan has limited groundwater resources. As a result of agricultural activities and untreated wastewater, most of the groundwater in the karstic areas is microbiologically contaminated. Groundwater vulnerability, hazards, and risk intensity were mapped (scale 1:50,000) at a test site near the Jordan Rift Valley. The mapping included the use of optical remote sensing to complement conventional data in areas with poor data. LANDSAT ETM+ data, and colour and panchromatic aerial photographs at different scales were incorporated using visual image interpretation and digital image processing. The applicability of the different remote sensing data sources is discussed and recommendations for their usage are given. Information derived from digital images offers new opportunities for vulnerability and hazard assessment, particularly when related to land use, vegetation cover, urbanisation and infrastructure. The resulting maps indicate clearly the vulnerable areas and the “hot spots” of potential contamination in the test site and form an important basis for integrated groundwater management studies and the long-term planning of protective measures. The application and transferability of the European vulnerability approach (COST Action 620) to the test site in Jordan proved to be good, in general, although modifications were necessary to suit local conditions.

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Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorised users.

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Résumé La Jordanie ne dispose que de ressources limitées en eaux souterraines, étant donné le climat semi-aride à aride prévalant dans ce pays. La contamination microbiologique de la plupart des eaux souterraines des régions karstiques est due aux activités agricoles et l’absence de traitement des eaux usées. La vulnérabilité des eaux souterraines, et le danger et l’intensité du risque de leur contamination ont été cartographiés (à l’échelle de 1:50 000) pour un site d’étude situé près de la vallée du Rift du Jourdain. La cartographie inclut l’utilisation de données optiques de télédétection pour complémenter les sources de données conventionnelles, dans les zones où la couverture est déficiente. Des données de LANDSAT ETM+ et des photographies aériennes en couleur et panchromatiques à différentes échelles ont été incorporées en utilisant des méthodes d’interprétation visuelle et informatique de l’image. La qualité des différentes sources de données de télédétection est discutée et évaluée, et des recommandations pour leur utilisation sont suggérées. L’informations obtenue des images digitales offre de nouvelles opportunités pour l’évaluation des vulnérabilités et des dangers, surtout reliés à l’usage du sol, la couverture végétale, l’urbanisation et les diverses infrastructures. Les cartes ainsi obtenues indiquent clairement les zones vulnérables et les points critiques potentiels pour la contamination du site d’étude et forment une base importante pour l’étude de la gestion intégrée des eaux souterraines et pour la planification à long terme des mesures de protection. L’applicabilité de l’approche européenne de cartographie de la vulnérabilité et des risques (COST action 620) au site d’étude jordanien est généralement approprié, même si certaines modifications ont été nécessaires pour s’ajuster aux particularités régionales.

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Resumen Los recursos hídricos subterráneos en Jordania son limitados debido principalmente a su clima semi árido. En la mayoría de las áreas kársticas, las aguas subterráneas están contaminadas microbiológicamente a consecuencia de la actividad agrícola y de las aguas residuales. Por ello, se han realizado mapas de peligro, vulnerabilidad e intensidad del riesgo (a escala 1/50.000) de un área piloto próxima al Rift en Jordania. Los mapas han sido elaborados con el apoyo de técnicas de teledetección en aquellas zonas donde la información era escasa. Se han utilizado imágenes del LANDSAT ETM+ a y fotografía aérea, de color y pancromática, a diferentes escalas para el procesamiento de las imágenes digitales y la fotointerpretación. En este trabajo se discute y se dan recomendaciones sobre la aplicabilidad de las diferentes imágenes de satélite en los análisis de teledetección. Los datos que se pueden derivar de las imágenes digitales son un avance para la evaluación de la vulnerabilidad y los peligros de contaminación, particularmente aquellos referidos a usos del suelos, cubierta vegetal e infraestructuras urbanas. Los mapas resultantes muestran claramente la vulnerabilidad y los peligros potenciales de contaminación en la zona de estudio, lo que genera una importante base para los estudios de gestión integrada de las aguas subterráneas y de planificación de las medidas protectoras. La aplicabilidad de la aproximación europea a los estudios de vulnerabilidad en karst (COST Action 620) en la zona de estudio (Jordania) es buena, aunque fueron necesarias algunas leves modificaciones de la metodología para ajustarla a las condiciones locales.

     

Solute and isotope constraint of groundwater recharge simulation in an arid environment,Abu Dhabi Emirate,United Arab Emirates

A simple, well-constrained simulation of solute increases in a downgradient direction was used in the shallow unconfined aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate (United Arab Emirates). The simulation indicates that the observed exponential increase in solute concentrations results from a combination of upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites, and groundwater losses by evaporation. Groundwater recharge and discharge flux in unconfined regional aquifers in arid regions commonly are difficult to estimate because there are few constraints on the flux of water lost or gained from the system. Total dissolved solids (TDS) and deuterium isotopes (δ²H) in groundwater are used to constrain estimated fluxes to the shallow aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate. Vertical upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites accounts for solute increases along approximately the first 80 km of the simulated flow path, but a combination of upward solute transport and evaporation is necessary to explain observed solute concentrations beyond 80 km. Mobilization and transport of solutes in the unsaturated zone by recharging precipitation is not a significant factor.

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Résumé Une simulation simple et bien contrainte de l’augmentation des solutés dans la direction de l’écoulement a été réalisée sur l’aquifère phréatique et libre de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi (émirats Arabes Unis). La simulation indique que l’augmentation observée de solutés, de forme exponentielle, est le produit de la combinaison du transport ascendant de solutés provenant des mudstones et des évaporites sous-jacents, et de l’évaporation des eaux souterraines. La recharge des eaux souterraines et les flux de vidange dans les aquifères régionaux libres des régions arides sont habituellement difficiles à estimer du fait du peu de contraintes agissant sur la perte ou le gain d’eau dans le système. La charge dissoute totale (TDS, en anglais) et les isotopes deutérium (δ²H) des eaux souterraines sont utilisés pour contraindre l’estimation des flux en direction de l’aquifère phréatique de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi. Le transport vertical ascendant des solutés à partir des mudstones et des évaporites fait parti des processus qui concentrent les solutés approximativement le long des 80 premiers kilomètres du trajet des écoulements simulés, mais une combinaison du transport ascendant des solutés et de l’évaporation est nécessaire pour expliquer les concentrations observées en soluté au delà des 80 km. La mobilisation et le transport des solutés par les précipitations efficaces dans la zone non saturée ne représentent pas des facteurs significatifs.

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Resumen Se utilizó una simulación simple y muy restringida, de incrementos de soluto en la dirección del flujo, en el acuífero libre poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi, (Emiratos árabes Unidos). La simulación indica que el aumento exponencial observado en las concentraciones del soluto, resulta de una combinación de transporte ascendente de solutos desde las evaporitas y lodolitas subyacentes, y por pérdidas del agua subterránea por evaporación. Los flujos de recarga y descarga de agua subterránea, en los acuíferos libres regionales en regiones áridas, normalmente son difíciles estimar, porque hay algunas restricciones en el flujo de agua perdido o ganado por el sistema. Los sólidos disueltos totales (TDS) y los isótopos de deuterio (δ²H) en el agua subterránea, se usan para forzar los flujos estimados hacia el acuífero poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi. El transporte ascendente vertical de solutos desde las lodolitas y evaporitas subyacentes, involucra los aumentos del soluto a lo largo de aproximadamente los primeros 80 Km. de la dirección de flujo simulada, pero es necesaria una combinación de transporte ascendente del soluto y la evaporación para explicar las concentraciones del soluto observadas más allá de 80 Km. La movilización y transporte de solutos en la zona no saturada, por recarga debida a precipitación, no es un factor significante.

     

Comparison Of Three Uncertainty-Analysis Methods To Assess Impacts On Groundwater Of Constituents Leached From Land-Disposed Waste

Assessment of the environmental fate and behavior of constituents that have the potential to leach from waste-disposal pits that are associated with petroleum exploration and production activities is a problem of interest to industry and regulatory agencies. A stochastic modeling approach for the migration of constituents in soil and groundwater was developed to assess the impact on groundwater at receptors that are downgradient from a waste pit. The model evaluates uncertainties in constituent concentrations in groundwater due to uncertainties in waste-composition and hydrogeologic properties of waste sites, and it determines the probability distributions of constituent concentration at receptor points by using Monte Carlo (MC), First-Order (FO), and Point-Estimate (PE) methods. Application of the FO and PE methods to assess probability distributions requires an assumption of the form of the probability density function for concentration at a receptor point. A log-normal distribution is employed here. A comparison of the three uncertainty-analysis methods is performed to evaluate the efficiency and accuracy of the FO and PE methods relative to the MC method. Results suggest that for non-reactive and conservative constituents the level of accuracy provided by FO method is similar to that of the MC method. The computational effort for the FO method is about 1 percent of that for the MC method. For nonconservative constituents, the FO method compared less favorably with the MC results. Thus, the use of the MC method is warranted, for nonconservative constituents or for cases where a higher degree of precision in the probability distribution is needed. RÉSUMÉ: L'industrie et les organismes de contrôle s'intéressent particulièrement au problème de la prédiction du devenir et du comportement environnemental de composés susceptibles de lixivier des pollutants à partir de puits de stockage de déchets associés à des zones d'exploration et de production pétrolières. Une modélisation stochastique de la migration de composées dans le sol et les eaux souterraines est proposée en vue de prédire l'impact sur les eaux souterraines en des points de prélèvement situés en aval-gradient d'un puits de stockage. Le modèle fournit une estimation des incertitudes sur les teneurs des composés dans les eaux souterraines en fonction de la composition des déchets et des propriétés hydrogéologiques des sites de stockage; il détermine les distributions de probabilité de la concentration des composés à des points de prélèvement au moyen des méthodes de Monte-Carlo (MC), du Premier Ordre (PO) et de l'Estimation Ponctuelle (EP). Le recours aux méthodes PO et EP pour prédire les distributions de probabilité impose une hypothèse sur la forme de la fonction de densité de probabilité pour la concentration en un point de prélèvement. Une distrubution log-normale est utilisée ici. Une comparaison des trois méthodes d'analyse de l'incertude a été réalisée afin d'estimer l'efficacité et la précision des méthodes PO et EP par rapport à la méthode MC. Les résultats indiquent que, pour des composés conservatifs, le degré de précision atteint par la méthode PO est comparable à celle de la méthode MC. La puissance de calcul requise par la méthode PO est 1% environ de celle nécessaire pour la méthode MC. Pour des composés non conservatifs, la comparaison avec la méthode MC est moins favorable à la méthode PO. Par conséquent, la méthode MC est préférable pour les composés non conservatifs ou dans les cas où un meilleur degré de précision de la distribution de probabilité est nécessaire. RESUMEN: La evaluación del comportamiento de constituyentes lixiviables desde vertidos de residuos asociados a actividades de exploración y producción petrolífera, así como su posible impacto ambiental, es un problema de interés para la industria y las agencias reguladoras. Se ha desarrollado una modelación estocástica para estudiar la migración de los constituyentes en el suelo y el agua subterránea, con el objetivo de evaluar su impacto en receptores situados aguas abajo de un vertido. El modelo evalúa las incertidumbres en las concentraciones de los constituyentes debidas a las incertidumbre en la composición de los residuos y de las propiedades hidrogeológicas de la zona de vertido y determina las distribuciones de probabilidad de dichas concentraciones en puntos de recepción mediante los métodos de Monte Carlo (MC), Primer-Orden (FO) y Estimación Puntual (PE). La aplicación de los métodos FO y PE para evaluar las distribuciones de probabilidad reqiere suponer conocida la forma de la función de densidad de probabilidad para la concentración en el punto receptor. En este caso, se emplea una distribución log-normal. Se lleva a cabo una comparación entre los tres métodos de análisis de errores para evaluar la eficiencia y exactitud de los métodos FO y PE respecto al MC. Los resultados sugieren que para constituyentes conservativos no-reactivos, el nivel de exactitud suministrado por el método FO es comparable con el del MC. El esfuerzo computacional para el método FO, en cambio, es alrededor del 1% del método MC. Para constituyentes no conservativos, es método FO no compara tan favorablemente frente a los resultados del MC. Por tanto, el uso del método MC está obligado para constituyentes no conservativos y para casos en los que se requiere un alto nivel de precisión en la distribución de probabilidad.     

Strontium-Isotope Studies Of Chloride-Contaminated Groundwater,Denmark

Saline groundwater has three principal origins in Denmark: 1) Seawater infiltration into nearcoastal aquifers, 2) saline formation water in aquifers of marine sedimentary origin, and 3) intrusion of brines from deep saline formation waters and evaporitic deposits in the subsurface. Strontium-isotope studies of chloride-contaminated groundwater from a Quaternary sandy aquifer at Stautrup Waterworks, Denmark, indicate that the groundwater is heavily influenced by saline formation water from underlying Oligocene marine mica clay. Thus, strontium isotopic hydrochemical criteria were successfully used to identify the sources of saline groundwater.

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RESUMEN: La salinidad en las aguas subterráneas de Dinamarca tiene tres orígenes principales: 1) Infiltración de agua marina en acuíferos costeros, 2) agua de formación salina en acuíferos de origen sedimentario marino, y 3) intrusión de salmueras procedentes de aguas salinas de formaciones profundas y de depósitos evaporíticos subterráneos. Estudios isotópicos del estronico en las aguas subterráneas contaminadas or cloruros en un acuífero arenoso Cuaternario en Stautrup Waterworks, Dinamarca, indican que el agua está fuertement influenciada por el agua de formación salina correspondiente a una capa inferior de micas arcillosas oligocénicas. Por tanto, los criterios hidroquímicos isotópicos se pudieron utilizar satisfactoriamente para identificar las fuentes de salinidad de las aguas subterráneas.

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RéSUMé: La salinité des aux souterraines du Danemark possède trois origines principales: 1) l'intrusion d'eau de mer dans les aquifères littoraux, 2) les eaux connées des sédiments marins constituant l'aquifère, 3) la remontée dans les aquifères superficiels de saumures provenant d'eaux connées de sédiments et de formations évaporitiques profonds. L'étude des isotopes du strontium d'eaux souterraines chargées en chlorures d'un aquifère sableux du Quaternaire du champ captant de Stautrup (Danemark) montre que le chimisme des eaux souterraines est fortement marqué par les eaux connées des argiles micacées marines sous-jacentes de l'Oligocène. Des critères hydrochimiques des isotopes du strontium ont par conséquent permis d'identifier les sources de la salinité d'eaux souterraines.

     

Modelling groundwater flow of the Trifa aquifer, Morocco

Trifa is the most productive agricultural plain of north-eastern Morocco. The development of agricultural activities during the last few decades has been mainly based on imported water for irrigation. However, irrigation requirements have become so large that groundwater is used as a secondary source to supply the agricultural and domestic water needs, causing a depletion of the groundwater resources, especially during dry periods. A hydrological and a hydrogeological model for the Trifa plain have been developed, which yield information on relevant parameters such as groundwater recharge, and estimate the amount of pumped groundwater needed to meet the irrigation needs. The models (MODFLOW and WetSpass) provide insight into the status and evolution of the groundwater reserves. The results of the study are useful to predict the sustainability of the groundwater resources in the Trifa plain and to evaluate possible management actions. A reduction in groundwater abstraction by at least 25% may be necessary to achieve sustainable conditions.

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Resumen Trifa es la planicie agrícola más productiva del noreste de Marruecos. El desarrollo de las actividades agrícolas durante las últimas décadas se ha basado principalmente en agua importada para riego. Sin embargo, los requerimientos de riego han llegado a ser tan grandes ocasionando que se utilice el agua subterránea como una fuente secundaria para abastecer las necesidades de agua para uso doméstico y agrícola, lo que causa un agotamiento de los recursos de agua subterránea, especialmente durante periodos secos. Se ha desarrollado un modelo hidrogeológico e hidrológico para la planicie Trifa el cual aporta información de parámetros relevantes tal como recarga de agua subterránea y estima la cantidad de agua subterránea que necesita bombearse para satisfacer las necesidades de riego. Los modelos (MODFLOW y WetSpass) aportan una idea acerca del estado actual y la evolución de las reservas de agua subterránea. Los resultados de este estudio son útiles para predecir la sostenibilidad de los recursos de agua subterránea en la planicie Trifa y para evaluar posibles acciones de gestión. Puede ser necesario reducir la explotación de agua subterránea en por lo menos 25% para alcanzar condiciones sostenibles.

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Résumé Trifa est la plaine agricole la plus productive du Nord-Est marocain. Le développement de l’activité agricole durant ces dernières décennies a essentiellement reposé sur l’irrigation. Néanmoins les besoins de l’irrigation sont devenus tels que l’eau souterraine est utilisée comme ressource secondaire, pour combler la demande en eau domestique et agricole, induisant un rabattement d’autant plus important durant les périodes sèches. Un modèle hydrologique et hydrogéologique de la plaine de Trifa a été développé sur base des paramètres les plus importants, tels la recharge, et permet d’estimer le pompage nécessaire des eaux souterraines pour combler les besoins de l’irrigation. Les modèles (MODFLOW et WetSpass) apportent une bonne connaissance de l’état et de l’évolution des réserves souterraines. Les résultats de l’étude sont utiles pour prédire la longévité des ressources et pour évaluer différents scénarios de gestion. Une réduction de l’extraction de 25% serait nécessaire pour atteindre un état durable.

     

Developing A National Groundwater-Monitoring Network In Korea

Since the 1960's, the groundwater resources of Korea have been developed without a proper regulatory system for monitoring and preservation, resulting in significant source depletion, land subsidence, water contamination, and sea-water intrusion. With the activation of the "Groundwater Law" in June 1994, the government initiated a project to develop a groundwater-monitoring network to describe general groundwater quality, to define its long-term changes, and to identify major factors affecting changes in groundwater quality and yield. In selecting monitoring locations nationwide, criteria considered are 1) spatial distribution, 2) aquifer characteristics of hydrogeologic units, 3) local groundwater flow regime, 4) linkage with surface hydrology observations, 5) site accessibility, and 6) financial situations. A total of 310 sites in 78 small hydrologic basins were selected to compose the monitoring network. Installation of monitoring wells is scheduled to start in 1995 for 15 sites; the remainder are scheduled to be completed by 2001. At each site, a nest of monitoring wells was designed; shallow and deep groundwater will be monitored for water temperature, pH, EC, DO and TDS every month. Water-level fluctuations will also be measured by automatic recorders equipped with pressure transducers. As a next step, the government plans to develop a groundwater-database management system, which could be linked with surface hydrologic data. RÉSUMÉ: Depuis les années 60, les ressources en eaux souterraines de la Corée ont été mises en valeur sans dispositif réglementaire adapté de surveillance et de protection, ce qui a provoqué la diminution significative des apports, la subsidence des sols, la contamination de l'eau et l'intrusion d'eau marine. Avec la mise en vigueur de la "Loi sur les Eaux Souterraines", en juin 1994, le gouvernement a lancé un programme de réalisation d'un réseau de surveillance des eaux souterraines afin de décrire la qualité générale des eaux souterraines, de définir les variations à long terme et d'identifier les principaux facteurs responsables des variations de la qualité et du débit des eaux souterraines. Pour sélectionner les sites de contrôle à l'échelle du pays, les critères retenus sont les suivants: 1) la répartition spatiale, 2) les caractères aquifères des unités hydrologiques, 3) le régime local des écoulements souterrains, 4) le lien avec les observations faites en hydrologie de surface, 5) l'accessibilité des sites et 6) le réseau de surveillance. La mise en place de piézomètres de contrôle a été programmé pour le début de 1995, sur 15 sites; le reste est prévu d'ici à 2001. Sur chaque site, un groupe de piézomètres de contrôle a été prévu; la température, le pH, la conductivité électrique et la minéralisation des eaux souterraines superficielles et profondes seront mesurés chaque mois. Les variations du niveau piézométrique seront aussi mesurées au moyen de capteurs de pression reliés à des chaînes d'acquisition. Dans une étape ultérieure, le gouvernement prévoit de créer un système de gestion d'une banque de données sur les eaux souterraines, qui seront reliées aux données sur les eaux de surface. RESUMEN: Desde los años 60, los recursos de agua subterránea en Corea han sido desarrollados sin un sistema de regulación adecuado de control y conservación. Esto ha resultado en una disminución de los recursos, problemas de subsidencia, contaminación de aguas e intrusión marina. Con la activación de la "Ley de Aguas Subterráneas" en junio de 1994, el gobierno inició un proyecto para la instalación de una red de control de agua subterráneas con el objeto de establecer su calidad, definir sus variaciones a largo plazo e identificar los factores principales que afectan tanto su calidad como el suministro. Los criterios para seleccionar los puntos de control en todo el país fueron: 1) su distribución espacial, 2) las características de las unidades hidrogeológicas, 3) el régimen de flujo local, 4) su relación con el comportamiento observado de las aguas superficiales, 5) su accesibilidad, y 6) criterios económicos. Se seleccionaron un total de 310 lugares, situados en 78 pequeñas cuencas hidrológicas, para formar la red de control. La instalación de los pozos de control está previsto que empiece en 1995 para 15 puntos; el resto se deberá completar hacia el año 2001. En cada localización seleccionada se ha previsto un conjunto de pozos con el objetivo de tomar medidas, tanto en aguas subsuperficiales como profundas, de temperatura del agua, pH, CE, DO y TSD, mensualmente. Las oscilaciones de niveles del agua también se medirán, mediante registros automáticos conectados a transductores de presión. Como paso siguiente, el gobierno tiene previsto desarrollar un sistema de gestión de bases de datos hidrogeológicas, que pudiera conectarse con los datos de hidrología superficial.     

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

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

Obtaining stable redox potential readings in gneiss groundwater and mine water: difficulties,meaningfulness, and potential improvement

Natural samples were run in three parallel flow-through cells in the laboratory in order to study the difficulties of obtaining stable redox potential readings, especially in gneiss groundwater and mine water with little redox buffer capacity. Redox potentials were recorded every 2 min for up to 5 days. Measured redox potentials were compared to means of partial potentials, modeled based on species-selective determinations of the most predominant redox-sensitive elements iron and nitrogen. Redox potentials stabilized reproducibly within minutes for a synthetic redox buffer solution and two well-buffered acid mine water samples at pH 2.3 and 3.5. For waters in redox disequilibrium, species-selective analytics might still be the better alternative compared to measuring the redox potential as summary parameter for modeling species distribution. In cases where the redox potential is the only readily available parameter, filtration and possibly acidification is recommended for quicker stabilization of redox potential readings and less deviations between measured and modeled values. A minimum of 2% was achieved in the samples investigated, however, often after measuring significantly longer than the previously suggested 30 min. Final stabilization could take up to several hours in waters with low buffer capacity.

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Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.

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Résumé Afin d’étudier les difficultés à obtenir des lectures stables des potentiels redox, notamment sur les eaux souterraines présentes dans des gneiss et dans les mines, qui présentent un faible pouvoir tampon, des échantillons ont été prélevés régulièrement en laboratoire, dans trois cellules d’écoulement parallèles. Les potentiels redox ont été enregistrés toutes les deux minutes durant cinq jours. Ces potentiels redox mesurés ont été comparés aux moyennes des potentiels partiels, modélisés à partir des déterminations sélectives des espèces chimiques des éléments sensibles aux conditions redox les plus prédominants, le fer et l’azote. Les potentiels redox se sont systématiquement stabilisés en quelques minutes pour une solution tampon synthétique et pour deux échantillons d’eaux de mines acides bien tamponnées à pH 2.3 à 3.5. Pour les eaux en déséquilibre redox, des analyses sélectives des espèces chimiques seraient toujours la meilleure alternative aux mesures sommaires du potentiel redox, pour modéliser la distribution des espèces. Dans les cas où le potentiel redox est le seul paramètre directement disponible, une filtration et éventuellement une acidification sont recommandées pour obtenir une stabilisation plus rapide des lectures des potentiels redox, et pour réduire les écarts entre les valeurs mesurées et modélisées. Un minimum de 2% a été atteint parmi les échantillons étudiés, mais en prolongeant souvent les mesures au-delà des 30 minutes suggérées initialement. La stabilisation finale pourrait prendre jusqu’à plusieurs heures dans des eaux à faible pouvoir tampon.

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Resumen Se han llevado a cabo experimentos en laboratorio sobre tres muestras naturales en tres células de flujo paralelas, para estudiar las dificultades en la obtención de medidas de potencial redox estables, especialmente en aguas subterráneas procedentes de gneisses y en agua de minas con capacidades tampón redox bajas. Los potenciales redox fueron medidos cada dos minutos durante más de cinco días. Los potenciales redox medidos fueron comparados con medias de potenciales parciales, modelizados en base a determinaciones selectivas de especies de hierro y nitrógeno, los elementos predominantes redox-sensitivos. Los potenciales redox se estabilizaron de forma reproducible en minutos en una solución redox tampón y dos muestras de agua ácida de pozos de mina a pH 2.3 y 3.5. Para aguas en desequilibrio redox los análisis selectivos por especies deberían ser todavía la mejor alternativa comparados con la medida del potencial redox como una suma de parámetros para modelizar la distribución de especies. En casos en los que el potencial redox sea el único parámetro fácilmente obtenible, se recomienda una filtración y una posible acidificación para una estabilización más rápida de las medidas de potencial redox y que haya menos desviaciones entre los valores medidos y los del modelo. En las muestras investigadas se consiguió un mínimo de un 2%, sin embargo, a menudo incluso después de medidas significativamente más largas que las previamente sugeridas de 30 minutos. La estabilización final tuvo lugar después de más de varias horas en aguas con capacidad tampón baja.

     

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

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

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

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

     

Climate-induced hydrological impacts on the groundwater system of the Pingtung Plain,Taiwan

The Pingtung Plain is one of the most important groundwater-resource areas in southwestern Taiwan. The overexploitation of groundwater in the last two decades has led to serious deterioration in the quantity and quality of groundwater resources in this area. Furthermore, the manifestation of climate change tends to induce the instability of surface-water resources and strengthen the importance of the groundwater resources. Southwestern Taiwan in particular shows decreasing tendencies in both the annual amount of precipitation and annual precipitation days. To effectively manage the groundwater resources of the Pingtung Plain, a numerical modeling approach is adopted to investigate the response of the groundwater system to climate variability. A hydrogeological model is constructed based on the information from geology, hydrogeology, and geochemistry. Applying the linear regression model of precipitation to the next two decades, the modeling result shows that the lowering water level in the proximal fan raises an alarm regarding the decrease of available groundwater in the stress of climate change, and the enlargement of the low-groundwater-level area on the coast signals the deterioration of water quantity and quality in the future. Suitable strategies for water-resource management in response to hydrological impacts of future climatic change are imperative.

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Resumen La llanura Pingtung constituye uno de los recursos de aguas subterráneas más importantes en el Suroeste de Taiwan. La sobreexplotación de las aguas subterráneas en las dos últimas décadas ha dado lugar a un serio deterioro de la calidad y la cantidad de los recursos subterráneos en esta área. En particular el Suroeste de Taiwan muestra una tendencia decreciente en las cantidades de precipitación y en los días anuales de lluvia. Para gestionar de forma efectiva los recursos subterráneos en la Llanura Pingtung, se ha utilizado un modelo numérico aproximado para investigar la respuesta de las aguas subterráneas a la variabilidad climática. Un modelo hidrogeológico se construye a partir de la información geológica, hidrogeológica y geoquímica. Aplicando el modelo de regresión linear de la precipitación para las próximas dos décadas, el modelo resultante muestra que el descenso de los niveles de agua en el abanico proximal es alarmante, observándose el descenso del agua subterránea disponible en la presión del cambio climático, y el crecimiento del área de descensos de niveles de agua subterránea en la costa apunta a un deterioro de la cantidad y calidad del agua subterránea en el futuro. Se imponen pues, estrategias apropiadas para la gestión de los recursos hídricos en respuesta a los impactos hidrológicos del futuro cambio climático.

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Résumé La plaine de Pingtung est l’une des plus importantes zones de ressource en eau souterraine du Sud-Ouest de Taiwan. La surexploitation de l’eau souterraine durant les deux dernières décennies a conduit à une sérieuse détérioration de la quantité et de la qualité des ressources en eau souterraine dans cette zone. De plus, la manifestation des changements climatiques tend à induire une instabilité des ressources en eau souterraine et renforce l’importance des ressources en eau souterraine. Le Sud-Ouest de Taiwan montre, en particulier, des précipitations annuelles et des nombres annuels de jour de pluie à la baisse. Pour gérer efficacement les ressources en eau souterraine de la Plaine de Pingtung, une approche par modélisation numérique est adoptée pour étudier la réponse du système hydrogéologique aux variabilités climatiques. La construction du modèle hydrogéologique est basée sur les informations géologiques, hydrogéologiques et géochimiques. En appliquant le modèle de régression linéaire aux précipitations pour les deux prochaines décades, le résultat de la modélisation montre que la baisse du niveau d’eau atteint un état alarmant au regard de la décroissance des eaux souterraines disponibles et la contrainte du changement climatique, tandis que l’extension de la zone de niveau bas des eaux souterraines à la cote indique une détérioration de la quantité et de la qualité de l’eau dans le futur. Des stratégies convenables pour la gestion des ressources en eau souterraine en réponse aux impacts hydrologiques de futurs changements climatiques sont impératifs.

     

Spatial assessment of groundwater use potential for irrigation in Teesta Barrage Project in Bangladesh

In Bangladesh, development of the groundwater resource for irrigation is a vital component of the government’s agricultural strategy to attain food self-sufficiency. Amidst reports of falling groundwater levels in many parts of Bangladesh, the potential of groundwater use has been investigated in the Teesta Barrage Project (TBP) in which large-scale groundwater development for dry-season irrigation has taken place in the recent past. Several techniques and tools have been applied such as the combination of analysis of groundwater hydrographs and mathematical modelling to derive key hydrogeological variables, calculation of net irrigation requirement and the use of geographical information systems. The results show that the economically attractive high-yielding variety (HYV) Boro (dry season) rice cultivation during the groundwater irrigation season may not be sustained in large parts of the project area if the current trends in abstraction are continued. However, due to spatial variation in abstraction, nine thanas (sub-districts)—out of a total of 21 in the project area—may still be able to expand groundwater-irrigated cropland and a groundwater-use potential of 40 mm/year may be created if deep-set shallow tubewells are used by the farmers to abstract groundwater. A structured approach, based on zoning of potential areas, is recommended for groundwater development and use.

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Resumen En Bangladesh, el desarrollo de las aguas subterráneas para riego es un componente vital del la estrategia agrícola del Gobierno para obtener la auto-suficiencia alimentaria. Un informe intermedio evidencia un descenso de los niveles de aguas subterráneas en muchas partes de Bangladesh, el uso potencial de aguas subterránea ha sido investigado en el Proyecto Tessta Barrage (TBP) en el cual ha tenido lugar el desarrollo de las aguas subterráneas a gran escala para el riego en la estación seca en un pasado reciente. Se ha aplicado algunas técnicas y herramientas, como la combinación del análisis de datos gráficos de aguas subterráneas y modelización matemática para obtener variables hidrogeológicas clave, el cálculo de la necesidad neta de riego y el uso de Sistemas de Información Geográfica. El resultado muestra que el cultivo, económicamente atractivo, de arroz HYV Boro (estación seca) durante la estación de riego con aguas subterráneas puede no ser sostenible en gran parte del área del proyecto si continúan las tendencias actuales en las extracciones. Sin embargo, debido a la variación espacial en la extracción, nueve thanas (subdistritos)—de un total de 21 en el área del Proyecto—pueden todavía sufrir un aumento de la tierra cultivable regada con aguas subterráneas y que se puede asumir un uso potencial de agua subterránea de 40 mm/estación si los granjeros utilizan sondeos someros instalados en fosas para la extracción. Se recomienda una aproximación estructurada para el desarrollo y uso de las aguas subterráneas, basada en la zonificación de áreas potenciales.

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Résumé Au Bangladesh, l’exploitation des ressources en eau souterraines pour l’irrigation est une composante vitale de la stratégie agricole gouvernementale pour atteindre l’auto-suffisance alimentaire. Parmi les baisses de niveaux piézométriques rapportées sur de nombreuses régions du Bangladesh, le potentiel d’utilisation des eaux souterraines a été étudié sur le Projet de Barrage de Teesta (TBP), où, dans un passé récent, les eaux souterraines ont été massivement exploitées pour l’irrigation en saison sèche. De nombreux outils et techniques ont été utilisés, comme l’analyse combinée des chroniques piézométriques et des modèles mathématiques pour dégager les variables hydrogéologiques clés, le calcul des besoins nets pour l’irrigation, et l’utilisation des systèmes d’information géographique. Les résultats démontrent que la culture en saison d’irrigation de la variété de riz HYV Boro (saison sèche), économiquement attrayante, n’est potentiellement pas viable sur de nombreux secteurs de la zone étudiée si les prélèvements perdurent selon la tendance actuelle. Cependant, du fait de la variation spatiale des prélèvements, neuf thanas (sous-districts)—sur un total de 21 sur le secteur d’étude—pourraient encore augmenter les surfaces irriguées, et une disponibilité en eau de 40 mm/saison pourrait être générée si les agriculteurs utilisaient des puits peu profonds pour exploiter les ressources souterraines. Une approche structurée, basée sur le zonage des secteurs potentiels, est recommandée pour l’exploitation et l’utilisation des eaux souterraines.

     

Microbial communities in the deep subsurface

The diversity of microbial populations and microbial communities within the earth's subsurface is summarized in this review. Scientists are currently exploring the subsurface and addressing questions of microbial diversity, the interactions among microorganisms, and mechanisms for maintenance of subsurface microbial communities. Heterotrophic anaerobic microbial communities exist in relatively permeable sandstone or sandy sediments, located adjacent to organic-rich deposits. These microorganisms appear to be maintained by the consumption of organic compounds derived from adjacent deposits. Sources of organic material serving as electron donors include lignite-rich Eocene sediments beneath the Texas coastal plain, organic-rich Cretaceous shales from the southwestern US, as well as Cretaceous clays containing organic materials and fermentative bacteria from the Atlantic Coastal Plain. Additionally, highly diverse microbial communities occur in regions where a source of organic matter is not apparent but where igneous rock is present. Examples include the basalt-rich subsurface of the Columbia River valley and the granitic subsurface regions of Sweden and Canada. These subsurface microbial communities appear to be maintained by the action of lithotrophic bacteria growing on H₂ that is chemically generated within the subsurface. Other deep-dwelling microbial communities exist within the deep sediments of oceans. These systems often rely on anaerobic metabolism and sulfate reduction. Microbial colonization extends to the depths below which high temperatures limit the ability of microbes to survive. Energy sources for the organisms living in the oceanic subsurface may originate as oceanic sedimentary deposits. In this review, each of these microbial communities is discussed in detail with specific reference to their energy sources, their observed growth patterns, and their diverse composition. This information is critical to develop further understanding of subsurface geochemical processes and to develop new approaches to subsurface remediation. Résumé La diversité des populations et des communautés microbiennes dans le sol et le sous-sol est présentée dans cet article. Les chercheurs s'interrogent fréquemment sur la diversité microbienne du sous-sol, sur les interactions entre organismes et sur les mécanismes qui permettent le maintien des communautés microbiennes souterraines. Il existe des communautés microbiennes anérobies hétérotrophes dans des grès ou dans des sédiments sableux relativement perméables, à proximité de dépôts riches en matières organiques. Ces micro-organismes semblent se maintenir grâce à la consommation de composés organiques provenant des dépôts organiques voisins. Les sources de matériel organique jouant le rôle de donneur d'électrons sont constituées par des sédiments éocènes riches en lignite situés sous la plaine littorale du Texas, les schistes riches en matières organiques du Crétacé du sud-ouest des États-Unis, ainsi que les argiles contenant des matériaux organiques et des bactéries de fermentation de la plaine littorale atlantique. En outre, il existe des communautés fortement diversifiées dans des régions où aucune source de matière organique n'existe, mais où sont présentes des roches ignées. Le sous-sol riche en basalte de la vallée de la Columbia au Canada et les régions granitiques de Suède en sont des exemples. Ces communautés microbiennes souterraines semblent se maintenir par l'action de bactéries lithotrophes se développant grâce à l'hydrogène qui est produit par réactions chimiques dans le sous-sol. Il existe d'autres communautés microbiennes de profondeur dans les sédiments profonds des océans. Ces systèmes sont souvent associés à un métabolisme anérobie et à une réduction des sulfates. La colonisation microbienne s'étend jusqu'à des profondeurs où les températures élevées limitent leur capacité de survie. Les sources d'énergie pour ces organismes vivant dans les fonds des océans peuvent être les dépôts sédimentaires océaniques. Dans cette revue, chacune des communautés microbiennes est discutée en détail en se référant spécifiquement à leurs sources d'énergie, au schéma observé de leur développement et à leur composition diversifiée. Cette information est donnée de façon critique dans le but d'améliorer la compréhension des processus géochimiques intervenant dans le sous-sol et de développer de nouvelles approches pour la dépollution souterraine. Resumen En este artículo se resume la diversidad de las poblaciones y comunidades microbianas en el subsuelo. A partir de exploraciones realizadas en el subsuelo, los científicos se están cuestionando en la actualidad aspectos relativos a la diversidad microbiana, las interacciones entre los distintos microorganismos y los mecanismos para el mantenimiento de las comunidades de microbios. Se ha comprobado la presencia de comunidades microbianas anaerobias y heterótrofas en areniscas relativamente permeables y en sedimentos arenosos ubicados cerca de depósitos ricos en materia orgánica, de la cual se alimentan. Algunas fuentes de material orgánico, que actúan como donantes de electrones, son: sedimentos del Eoceno ricos en lignito, bajo la planicie costera de Texas; pizarras del Cretácico ricas en materia orgánica, al sudoeste del país; y arcillas cretácicas con materia orgánica y bacterias fermentativas, en la llanura Atlántica. También existen comunidades microbianas de gran diversidad en rocas ígneas, aunque la fuente de materia orgánica no es tan evidente. Algunos ejemplos son la subsuperficie del valle del Río Columbia, rico en basaltos, y las regiones graníticas de Suecia y Canadá. Estas comunidades microbianas subsuperficiales se mantienen por la acción de bacterias litotrópicas, que crecen en ambiente de H₂, generado en la subsuperficie. También existen comunidades microbianas a gran profundidad, como por ejemplo en los sedimentos oceánicos. Estos sistemas subsisten con un metabolismo anaerobio en un ambiente sulfato-reductor. La colonización microbiana se extiende hasta profundidades tales que las altas temperaturas limitan su supervivencia. Las fuentes de energía para estos organismos pueden ser los depósitos sedimentarios oceánicos. En este artículo se discute cada una de estas comunidades en detalle, en particular sus fuentes de energía, su esquema de crecimiento y la diversidad de su composición. Esta información es de gran interés para permitir un mayor entendimiento de los procesos geoquímicos en profundidad y para desarrollar nuevos métodos de rehabilitación.     

Microbial degradation of chloroethenes in groundwater systems

The chloroethenes, tetrachloroethene (PCE) and trichloroethene (TCE) are among the most common contaminants detected in groundwater systems. As recently as 1980, the consensus was that chloroethene compounds were not significantly biodegradable in groundwater. Consequently, efforts to remediate chloroethene-contaminated groundwater were limited to largely unsuccessful pump-and-treat attempts. Subsequent investigation revealed that under reducing conditions, aquifer microorganisms can reductively dechlorinate PCE and TCE to the less chlorinated daughter products dichloroethene (DCE) and vinyl chloride (VC). Although recent laboratory studies conducted with halorespiring microorganisms suggest that complete reduction to ethene is possible, in the majority of groundwater systems reductive dechlorination apparently stops at DCE or VC. However, recent investigations conducted with aquifer and stream-bed sediments have demonstrated that microbial oxidation of these reduced daughter products can be significant under anaerobic redox conditions. The combination of reductive dechlorination of PCE and TCE under anaerobic conditions followed by anaerobic microbial oxidation of DCE and VC provides a possible microbial pathway for complete degradation of chloroethene contaminants in groundwater systems. Résumé Les chloroéthanes, tétrachloroéthane (PCE) et trichloroéthane (TCE) sont parmi les polluants les plus communs trouvés dans les aquifères. Depuis les années 1980, on considère que les chloroéthanes ne sont pas significativement biodégradables dans les aquifères. Par conséquent, les efforts pour dépolluer les nappes contaminées par des chloroéthanes se sont limités à des tentatives de pompage-traitement globalement sans succès. Des travaux ultérieurs ont montré que dans des conditions réductrices, des micro-organismes présents dans les aquifères peuvent, par réduction, dégrader les PCE et TCE en composés moins chlorés, comme le dichloréthane (DCE) et le chlorure de vinyl (VC). Bien que des études de laboratoire réalisées avec des micro-organismes adaptés aux composés halogénés montrent que la réduction complète en éthane est possible, dans la plupart des nappes la réaction de déchloration par réduction s'arrête apparemment au DCE et au VC. Cependant, des recherches récentes menées sur des sédiments d'un aquifère et d'alluvions ont démontré que l'oxydation microbienne de ces descendants réduits peut se produire de manière significative dans des conditions de redox anérobies. La déchloration par réduction de PCE et de TCE dans des conditions anérobies suivie par une oxydation microbienne anérobie des DCE et VC fournit une piste microbienne possible pour obtenir une dégradation complète des chloroéthanes polluants dans les aquifères. Resumen Los cloroetanos (tetracloroetano PCE y tricloroetano TCE) son contaminantes muy habituales en los acuíferos. Hasta 1980 se consideraba que los cloroetanos no eran biodegradables y, por tanto, los métodos de rehabilitación en acuíferos contaminados con cloroetanos se limitaban al pump-and-treat, generalmente con poco éxito. Posteriormente se vio que, en condiciones reductoras, algunos microorganismos pueden reducir PCE y TCE a unos subproductos menos clorados, como el dicloroetano (DCE) y el cloruro de vinilo (VC). Aunque estudios de laboratorio recientes sugieren que la reducción completa a etano es posible, en la mayoría de los sistemas acuíferos la decloración suele detenerse en los DCE o VC. Sin embargo, investigaciones más recientes en acuíferos y sedimentos fluviales demuestran que la oxidación microbiana de estos subproductos puede ser importante bajo condiciones redox anaerobias. La combinación de la reducción de PCE y TCE en condiciones anaerobias seguida de la oxidación microbiana anaerobia de DCE y VC proporciona un método potencial para la degradación total de los cloroetanos en los sistemas acuíferos.     

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

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

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

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

     

A simple daily soil–water balance model for estimating the spatial and temporal distribution of groundwater recharge in temperate humid areas

Quantifying the spatial and temporal distribution of natural groundwater recharge is usually a prerequisite for effective groundwater modeling and management. As flow models become increasingly utilized for management decisions, there is an increased need for simple, practical methods to delineate recharge zones and quantify recharge rates. Existing models for estimating recharge distributions are data intensive, require extensive parameterization, and take a significant investment of time in order to establish. The Wisconsin Geological and Natural History Survey (WGNHS) has developed a simple daily soil–water balance (SWB) model that uses readily available soil, land cover, topographic, and climatic data in conjunction with a geographic information system (GIS) to estimate the temporal and spatial distribution of groundwater recharge at the watershed scale for temperate humid areas. To demonstrate the methodology and the applicability and performance of the model, two case studies are presented: one for the forested Trout Lake watershed of north central Wisconsin, USA and the other for the urban-agricultural Pheasant Branch Creek watershed of south central Wisconsin, USA. Overall, the SWB model performs well and presents modelers and planners with a practical tool for providing recharge estimates for modeling and water resource planning purposes in humid areas.

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Resumen La cuantificación de la distribución espacial y temporal de la recarga natural de agua subterránea es un requisito previo para una modelación y una gestión efectivas de las aguas subterráneas. Dado que se está incrementando el uso de los modelos de flujo para la toma de decisiones de gestión, existe una necesidad creciente de métodos simples y prácticos para delimitar las zonas de recarga y cuantificar los rangos de la misma. Los modelos existentes para la estimación de la distribución de la recarga requieren datos intensivos, una parametrización extensiva y una inversión de tiempo significativa para ser establecidos. El Servicio Geológico y de Historioa Natural de Wisconsin (WGNHS) ha desarrollado un modelo simple de balance diario de agua en el suelo (SWB) que usa de forma sencilla datos disponibles de suelo, de cobertera, topográficos y climáticos conjuntamente con un Sistema de Información Geográfica (GIS) para estimar la distribución espacial y temporal de la recarga de aguas subterráneas a escala de cuenca para zonas templadas húmedas. Para demostrar la metodología, aplicabilidad y el comportamiento del modelo, se presentan dos casos: uno en la cuenca boscosa de Trout Lake, en la zona Norte-Central de Wisconsin, USA y el otro en la Cuenca urbano-agrícola de Pheasant Branch Creek, Sur-Centro de Winconsin, USA. En conjunto, el modelo SWB funciona bien y presenta a los modeladores y planificadores una herramienta práctica para llevar a cabo una estimación de la recarga para propósitos de modelación y planificación de los recursos de agua en zonas húmedas.

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Résumé Quantifier les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation naturelle des eaux souterraines est en règle générale un préalable à une modélisation et une gestion efficaces des eaux souterraines. Etant donné que les modèles numériques sont utilisés de manière croissante dans les prises de décisions en matière de gestion, il existe un besoin accru pour des méthodes simples et pratiques, afin de délimiter les zones d’alimentation et de quantifier les recharges associées. Les modèles existants, destinés à l’estimation de la répartition des réalimentations, demandent énormément de données, un paramétrage long, et un investissement conséquent en temps de mise en œuvre. Le Wisconsin Geologic and Natural History Survey (WGNHS) a développé un modèle simple basé sur un bilan en eau quotidien dans les sols (SWB); il utilise les données directement disponibles sur les sols, l’occupation des sols, la topographie et le climat, en conjonction avec un Système d’Information Géographique, afin d’estimer les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation des eaux souterraines à l’échelle du bassin versant, pour les zones humides tempérées. Afin de démontrer la méthodologie, l’applicabilité et les performances du modèle, deux applications sont présentées: la première sur le bassin versant boisé de Trout Lake au centre-nord du Wisconsin (Etats-Unis), et le second sur le bassin versant agricole et urbanisé de Pheasant Branch Creek au centre-sud du Wisconsin. Le modèle SWB se comporte globalement bien, et offre aux modélisateurs un outil fonctionnel pour estimer les réalimentations, dans le cadre de modélisations et de plans de gestion des ressources en eau souterraine dans les zones humides.

     

Multi-electrode resistivity survey for groundwater exploration in the Harare greenstone belt, Zimbabwe

A multi-electrode resistivity survey, carried out over metasedimentary strata and metavolcanics in the Harare greenstone belt in northeastern Zimbabwe as part of a groundwater resources investigation, illustrates the ability of this technique to produce high-resolution images of the subsurface, which are useful for groundwater resources assessment. The resistivity results provide a clear view of the thickness of the weathered regolith and of the distribution of the various lithological units. Using a combination of apparent formation resistivity and inferred depth of weathering, it is possible to characterize the various lithologies on the geophysical profiles. These assigned lithologies show excellent correlation with the mapped geology, and the main lithologies, metabasalt, meta-arenite, granodiorite and banded iron formation can be clearly identified. The banded iron formation is characterized by low resistivity values, while a combination of the depth of weathering and resistivity values are used to distinguish between the meta-arenite on one hand and the metabasalt and granodiorite on the other. The multi-electrode method is successful in identifying potentially favourable zones for obtaining groundwater, such as areas with a maximum depth of weathered regolith, zones of fracturing and faulting, and high porosity and permeability zones associated with lithological contacts.

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Resumen Un estudio de resistividad multi-electrodo que se llevó a cabo en estratos meta sedimentarios y metavolcánicos en el cinturón de rocas verdes de Harare, en la parte noreste de Zimbabwe, como parte de una investigación de recursos de agua subterránea, ilustra la capacidad de esta técnica para producir imágenes de alta resolución de la subsuperficie, las cuales son útiles para la evaluación de los recursos da agua subterránea. Los resultados de resistividad suministran una visión clara el espesor del regolito meteorizado y de la distribución de varias unidades litológicas. Mediante el uso de una combinación de resistividad aparente de formación y de una profundidad inferida de meteorización, es posible caracterizar las diferentes litologías en los perfiles geofísicos. Estas litologías asignadas muestran una excelente correlación con la cartografía geológica y se pueden identificar las litologías predominantes como metabasalto, meta-arenita, granodiorita y formación de hierro bandeado. Esta última se caracteriza por valores bajos de resistividad, mientras que se utiliza una combinación de profundidad de meteorización y valores de resistividad, para distinguir entre meta-arenita por un lado y metabasalto y granodiorita por el otro. El método multi-electrodo es exitoso para identificar zonas potencialmente favorables para captar agua subterránea, las cuales pueden ser áreas con una profundidad máxima de regolito meteorizado, o bien zonas de fracturamiento y fallamiento, o también zonas de porosidad y permeabilidad altas asociadas con contactos litológicos.

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Résumé La prospection électrique par la méthode de multiélectrodes, effectuée pour linvestigation des eaux souterraines cantonnés dans des roches métamorphiques dorigine sédimentaire et volcanique de la ceinture de Harare-Zimbabwe a mis en évidence les possibilités de cette technique de réaliser des images à grande résolution du sous-sol qui sont très utiles pour lévaluation de la ressource en eaux souterraines. Daprès la distribution de la résistance il résulte une image très claire de lépaisseur des regolithes altérés ainsi que de la distribution des différentes unités lithologiques. Daprès les profiles géophysiques on peut caractériser les différents lithologies en utilisant les résistivités apparentes de la formation respective et les informations sur la profondeur de la zone altérée. Les lithologies ainsi déterminées montrent une excellente corrélation avec les cartes géologiques et on peut très bien identifier les lithologies principales comme les metabasaltes et les meta-arenites, les granodiorites et les formations de fer rubanées. Cettes dernières sont caractérisées par des faibles valeurs de la résistivité, tandis que en utilisant les résistivité et la profondeur de la zone altérée on peut distinguer les meta-arenites de granodiorites et des metabasaltes. La méthode des multiélectrodes est donc capable didentifier des formations favorables à laccumulation en eau comme les zones de faille et des fractures, ainsi que les zones à grande porosité et perméabilité, associées aux contactes lithologiques.

     

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

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

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

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