Climate change impacts on groundwater resources: modelled deficits in a chalky aquifer,Geer basin,Belgium

An integrated hydrological model (MOHISE) was developed in order to study the impact of climate change on the hydrological cycle in representative water basins in Belgium. This model considers most hydrological processes in a physically consistent way, more particularly groundwater flows which are modelled using a spatially distributed, finite-element approach. Thanks to this accurate numerical tool, after detailed calibration and validation, quantitative interpretations can be drawn from the groundwater model results. Considering IPCC climate change scenarios, the integrated approach was applied to evaluate the impact of climate change on the water cycle in the Geer basin in Belgium. The groundwater model is described in detail, and results are discussed in terms of climate change impact on the evolution of groundwater levels and groundwater reserves. From the modelling application on the Geer basin, it appears that, on a pluri-annual basis, most tested scenarios predict a decrease in groundwater levels and reserves in relation to variations in climatic conditions. However, for this aquifer, the tested scenarios show no enhancement of the seasonal changes in groundwater levels.

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Resumen Se ha desarrollado un modelo hidrológico integrado (MOHISE) para estudiar el impacto del cambio climático en el ciclo hidrológico de cuencas representativas en Bélgica. Este modelo considera todos los procesos hidrológicos de forma coherente, especialmente en relación con los flujos de aguas subterráneas, que son modelados por medio de un enfoque de elementos finitos espacialmente distribuidos. Gracias a esta herramienta numérica precisa, y tras una calibración y validación detalladas, se puede obtener interpretaciones cuantitativas de los resultados del modelo del acuífero. Considerando escenarios de cambio climático IPCC, se ha aplicado el enfoque integrado a la evaluación del impacto de dicho cambio climático en el ciclo hidrológico de la cuenca del Geer. Se describe los detalles y resultados del modelo de las aguas subterráneas en términos del impacto del cambio climático en la evolución de las reservas de los acuíferos. Los resultados preliminares indican que es posible esperar déficits de aguas subterráneas en un futuro en Bélgica.

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Résumé Un modèle hydrologique intégré (MOHISE) a été développé afin détudier limpact du changement climatique sur le cycle hydrologique de bassins versants représentatifs de Belgique. Ce modèle prend en compte tous les processus hydrologiques dune manière physiquement consistante, plus particulièrement les écoulements souterrains qui sont modélisés par une approche spatialement distribuée aux éléments finis. Grâce à cet outil numérique précis, après une calibration et une validation détaillées, des interprétations quantitatives peuvent être réalisées à partir des résultats du modèle de nappe. Considérant des scénarios de changements climatiques de lIPCC, lapproche intégrée a été appliquée pour évaluer limpact du changement climatique sur le cycle de leau du bassin du Geer en Belgique. Le modèle de nappe est décrit en détail et les résultats sont discutés en terme dimpact du changement climatique sur lévolution des réserves souterraines. Les premiers résultats indiquent que des déficits deau souterraine peuvent apparaître dans le futur en Belgique.

     

Différents Modèles de Minéralisations «Hydrothermale Sédimentaire» à Zn (Pb) du Paléozoïque des Pyrénées Centrales

Résumé Un grand nombre de minéralisations de Zn(Pb) dans l'Ordovicien présentent un faciès de minerai identique mais sont encaissées dans des formations de lithologie variable. On peut toutefois les regrouper en fonction de leur cadre paléogéographique, en trois modèles dont le caractère fondamental commun est un jeu synsédimentaire de failles. Ces dernières qui ont rejoué ultérieurement à l'Hercynien et/ou à l'Alpin, ont eu des effets différents sur la sédimentation suivant que l'on se trouvait soit en bordure de bassins subsidents (Pale de Rase), soit dans un système de grabens séparés par des horsts émergés et érodés (Pierrefitte) ou immergés avec développement d'édifices récifaux (Bentaillou). Les autres minéralisations du Paléozoique correspondent à des modèles différents mais toujours avec un jeu synsédimentaire de failles (Uls) ou bien possèdent plusieurs caractères des modèles précédents (analogies entre le Nerbiou dans le Dévonien et Bentaillou dans l'Ordovicien par exemple). Si on peut rapporter les minéralisations des modèles décrits à un groupe volcanogénique, elles appartiennent à un type hydrothermal sédimentaire différent des amas sulfurés classiques et sans doute assez fréquent. Ce type se caractérise par un lien distal avec le volcanisme mais proximal avec des failles synsédimentaires dans lesquelles on circulé des solutions hydrothermales responsables du dépôt des concentrations dans des pièges variés.

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A great number of Ordovician Zn(Pb) ore deposits exhibit a similar mineralized facies but are found in various lithological units. These basic types can be described when paleogeographic conditions are considered. Synsedimentary faulting is their most important common feature. These faults were active again at later periods (hercynian and alpine). Sedimentation was affected by them according to their situation: in the border of subsiding basin (Pale de Rase) or in a graben system separated by horsts either emerged and eroded (Pierrefitte) or submerged with development of reefs (Bentaillou). The others paleozoic mineralizations correspond to different models either showing the development of synsedimentary faulting (Uls) or possessing several features of the above types (for example analogy between the Nerbiou in Devonian and Bentaillou in Ordovician). The mineralizations can be described as volcanogenic. However, they belong to an hydrothermal sedimentary type different from the massive sulphide deposits and possibly quite frequent. This type is characterized by a distal link with volcanism but proximal with the synsedimentary faults where the hydrothermal solutions — responsible for the deposition of the ore in various traps — have circulated.

     

Möglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts

ZusammenfassungMöglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit einer von Goodman eingeführten neuen Technologie für zweidimensionale Modellversuche in der Felsmechanik. Bei diesen Modellen sollen die im Prototyp durch die Gravitation erzeugten Körperkräfte durch Reibungskräfte simuliert werden, die dieselbe Richtung wie die Erdbeschleunigung besitzen müssen und die entstehen, wenn das zweidimensionale Modell in einer horizontalen Ebene aufgebaut und zwischen dem Modell und der horizontalen Basis eine entsprechende Relativbewegung erzwungen wird.Nach einem kurzen Überblick über die einschlägige Literatur wird anhand eines Stabilitätsdiagramms für einen Einzelkörper an der Schiefen Ebene untersucht, ob die im geklüfteten Fels auftretenden Bruchmechanismen Gleiten, Kippen und Kippen bei gleichzeitigem Gleiten im Base Friction Modell exakt modellierbar sind.Aus dieser Untersuchung ergibt sich, daß in den Bereichen Kippen und Gleiten bezüglich der Kinetik mit Schwerkraftmodellen übereinstimmende Ergebnisse zu erzielen sind. Im Bereich Kippen bei gleichzeitigem Gleiten treten dagegen wesentliche Abweichungen auf, weil die Simulation der Schwerkraft durch Reibungskräfte nicht vollständig gelingt. Fälle, bei denen Aussagen über Geschwindigkeits-und Beschleunigungsverhältnisse im Prototyp gemacht werden sollen, können aus demselben Grund mit einem Base Friction Modell nicht untersucht werden.Nach einer ausführlichen Kritik wird dann der Schluß gezogen, daß das Base Friction Modell zwar als Entwurfshilfsmittel ungeeignet ist, daß es aber als Methode für die Grundlagenforschung in der Felsmechanik mit Aussicht auf Erfolg eingesetzt werden kann.

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SummaryPossibilities and Limitations of the Base Friction Model The paper deals with a new technology for two-dimensional model tests in rock mechanics introduced by Goodman. In this model gravity is simulated by base friction forces. Their direction is to be that of gravity. The two-dimensional model is placed on a horizontal base. A movement of this base relative to the model produce frictional forces which model gravity.First a single model element placed on an inclined plane is analysed resulting in a stability diagram. The purpose of the subsequent analysis is to assess whether the mechanisms of failure being investigated, i. e. sliding, toppling, and toppling combined with sliding, are adequately reproduced by the base friction model.The specific mechanisms toppling and sliding produce kineticly valid results. Considerable errors are to be expected for toppling combined with sliding, because of the specific base friction feature. Mechanisms including velocity and acceleration cannot be modeled by base friction.Finally the limitations of the base friction model as a design tool and instrument for rock mechanics research are discussed.

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RésuméPossibilités et limites du base friction model Le présent article traite d'une nouvelle technologie des essais à deux dimensions, introduite par Goodman, sur la mécanique des roches. Par cette technologie les forces en prototype, produites par la gravitation, doivent être remplacées par des forces de frottement. Leur direction doit être la même que celle de la gravitation. Le modèle à deux dimensions est posé sur un plan horizontal. Le mouvement relatif du modèle contre la base horizontale produit des forces de frottement, qui modèlent la gravitation.A l'aide d'un diagramme de stabilité pour un élément isolé sur un plan incliné, on fait des analyses pour savoir si les états de mouvement aparaissant à la rupture de la roche, c'est-à-dire le fait de glisser, basculer, et basculer en même temps que glisser, peuvent être modelés exactement avec le base friction model.Les mécanismes glisser et basculer produisent des résultats qui sont cinétiquement réels. Des fautes remarquables doivent être attendues pour le fait de basculer en même temps que glisser à cause de la mécanique spécifique du modèle. A modeler des vitesses et des accélérations le modèle n'est pas propre.En conclusion on expose une critique détaillée pour savoir jusqu'à quel point cette méthode peut servir comme moyen de dimensionnement dans la pratique et comme instrument pour la recherche en mécanique des roches.

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Mit 9 Abbildungen     

The conceptualization model problem—surprise

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

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

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

     

An experiment on the role of gravity in orogenic folding

The experiment herein reported was designed to demonstrate what happens when a part of a thick section of layered elastico-viscous materials is lifted slowly above the height it can support by compression between much stronger sections. By letting gravity produce the compression, the rate of rise was made slow enough to allow the horizontal component of gravity to cause lateral mass movement and consequent folding comparable to that observed in orogenic belts.Blocks of wood represented the strong foreland (and hinterland). Layers of stitching wax, a typical elastico-viscous substance, stood for the thick, weak strata in the space between them and the thinner sediments on the foreland. The experiment lasted 16 days.The progressive shift of the rising mass from the highest elevation toward the foreland is instructive. It changes a symmetrical anticline to a strongly overturned one, inducing digitations along its apex like those so commonly seen in Alpine anticlines; and it eventually carries the inner syncline on top of the apex of the deeper anticlinal axis and the outer one clear into the foreland, there throwing the sedimentary cover into folds.The design of the experiment has produced two highly unrealistic consequences: 1. The two synclines were drawn out to preposterous depths because the weights were attached at their centers to let gravity produce the compression. 2. The axis above which the anticline was to form had to be fastened, so that the weights could function properly. But these unrealistic aspects do not detract from the aim of the experiment which concerned only the events above the level of the wooden blocks. It could be shown that, in an elastico-viscous body lifted to greater height than it can support, the horizontal component of gravity produces more profound form changes than are generally associated with the concept of gravity sliding.

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Zusammenfassung Das Experiment, das hier kurz beschrieben wird, hatte als Zweck zu zeigen, wie sich mächtige Schichten eines schwachen visco-elastischen Materials benehmen, wenn sie langsam zwischen stärkeren Grenzkörpern zusammengedrückt werden, so daß sie über die Höhe aufsteigen, die sie tragen können, ohne zu verflachen. Dadurch, daß die Schwerkraft benutzt wurde, um den seitlichen Tiefendruck zu leisten, ging der Aufstieg langsam genug vor sich, daß die Verformung des gehobenen Teiles Falten schuf, die mit solchen orogenetischer Zonen vergleichbar sind.Für die starken Grenzkörper wurden Holzblöcke verwandt, während Lagen von Schuhmacher-Pech, einem typischen visco-elastischen Materiale, die Sedimente darstellten. Das Experiment dauerte 16 Tage.Die Formänderungen der aufsteigenden Masse, die sich seitwärts von der höchsten Erhebung gegen das Vorland verschob, sind lehrreich. Die zentrale, ursprünglich symmetrische Antiklinale wird asymmetrisch und dann stark überkippt. Ihr Scheitel entwickelt Digitation, wie sie an so vielen Orten an den Scheiteln alpiner Antiklinalen zu sehen sind. Am Ende kommt die innere Synklinale auf den Scheitel der tieferen Antiklinale zu liegen, und die äußere wandert auf das Vorland ab und schiebt dabei die Schichten darauf in Falten zusammen.Die Anlage des Experiments hat zwei höchst unrealistische Folgen mit sich gebracht. 1. Die beiden Synklinalen wurden zu absurden Tiefen verzogen, weil die Gewichte, die es der Schwerkraft möglich machten, seitliches Zusammendrücken zu bewirken, in ihren Zentren befestigt waren. 2. Die Achse, über der die Antiklinale entstand, mußte befestigt werden, damit die Gewichte funktionieren konnten. Aber diese naturwidrigen Seiten des Experimentes haben dem Zweck des Experimentes keinen Eintrag getan, da es sich ja nur auf die Vorgänge über dem Niveau der Holzblöcke handelte. Es wurde gezeigt, daß dort die horizontale Komponente der Schwerkraft in einer visco-elastischen Masse, die zu größerer Höhe aufsteigt, als sie tragen kann, Formänderungen herbeiführt, die viel durchgreifender sind, als man sich gewöhnlich unter Schwerkraft-Gleitung vorstellt.

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Résumé L'expérience qui est décrite ici brièvement a pour but de montrer le comportement de couches épaisses faites d'un matériau faiblement visco-élastique, comprimées lentement entre des machoires plus résistantes, de façon à ce qu'elles se soulèvent jusqu'à un point où elles peuvent se soutenir sans s'affaisser. En utilisant la pesanteur pour exercer la pression latérale en profondeur, la montée progressait suffisamment lentement pour que la déformation de la partie soulevée engendrât des plis comparables à ceux des zones orogéniques.Comme machoires, on a utilisé des blocs de bois, tandis que des couches de poix, matériau typiquement visco-élastique, figuraient les sédiments. L'expérience a duré 16 jours.Les modifications de forme de la masse en voie de soulèvement qui se déplaçait latéralement du point le plus haut vers l'avant-pays, sont riches en enseignements. L'anticlinal central originellement symétrique est devenu asymétrique et s'est alors fortement déversé. Sa partie apicale développa une digitation comme on peut en voir en de nombreux endroits dans les anticlinaux alpins. A la fin le synclinal interne vint surmonter le sommet des anticlinaux plus profonds et le synclinal externe migra sur l'avant-pays en refoulant les couches sous forme de plis.Le dispositif de l'expérience entraîne 2 conséquences peu réalistes: 1. Les deux synclinaux ont. été aspirés jusqu'à une profondeur absurde, car les poids qui permettaient à la pesanteur de faire agir la poussée latérale étaient fixés dans leur partie centrale. 2. L'axe au-dessus duquel est né l'anticlinal, devait être fixé pour que les poids puissent exercer leur action. Mais ces aspects de l'expérience en contradiction avec les conditions naturelles n'ont eu aucune incidence sur le but de l'expérience, étant donné qu'il s'agissait seulement du processus qui se déroule au-dessus du niveau des blocs de bois. On a ainsi montré que les composantes horizontales de la pesanteur agissant dans une masse visco-élastique s'élevant jusqu'à une hauteur plus grande que celle qu'elle peut supporter, entraînent des modifications de formes qui sont plus accentuées qu'on ne se l'imagine ordinairement dans le cas des «glissements par gravité».

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Découverte de niveaux d'amphibolites à pargasite,anorthite, corindon et saphirine dans les schistes cristallins de la vallée du Haut-Allier

Résumé Les auteurs annoncent après une étude minéralogique détaillée la découverte pour la première fois en France de corindon rose et de saphirine dans des amphibolites à pargasite et anorthite associées à des pyroxénites et des péridotites serpentinisées situées dans les schistes cristallins du cur du Massif Central français. L'existence de ces minéraux permet de prouver que le degré de métamorphisme du niveau où ils apparaissent, est à la limite des faciès amphibolite et granulite, et par conséquent que les gneiss situés sous ce niveau appartiennent au faciès granulite. Ceci implique également qu'une partie importante des anatexites grenues de type Aubusson: faciès caractéristique des migmatites du Massif Central septentrional, s'est constituée à partir d'un matériel de nature granulitique. La présence d'un faciès métamorphique aussi profond n'ayant pas été reconnue jusqu'à maintenant dans cette région, la série du Haut-Allier est comparée à d'autres séries européennes et étrangères, notamment aux séries à saphirine de Madagascar. La fréquence du corindon dans des roches variées de l'ouest de la Haute-Loire est soulignée. L'origine des amphibolites à corindon et saphirine est discutée. L'existence du faciès granulite dans le noyau arverne du Massif Central français permet de confirmer indirectement pour ces terrains un âge précambrien que d'autres arguments laissaient supposer.

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Discovery of pargasite-anorthite amphibolite levels with corudum and sapphirine in the cristalline schists of the Allier's upper valleyPresence of the granulite fades in the french Massif Central

The authors announce the discovery, after a detailed mineralogical study, of pink corundum and blue sapphirine in pargasite-anorthite amphibolites. These are associated with pyroxenites and serpentinised peridotites included in the cristalline schists of the heart of the french Massif Central. The existence of these minerals shows that the level where they appear has a metamorphic degree at the limit between the amphibolite and granulite facies and consequently that the gneisses lying under this level belong to the granulite facies. This also implies that an important part of the Aubusson type granular anatexites, characteristic facies of the migmatites of the northern part of the Massif Central, has been formed at the expense of a material of granulitic nature. The presence of such a deep metamorphic facies having not yet been outlined in this region, the Haut-Allier series is compared with other european an foreign series, especially with the sapphirine series of Madagascar. The frequence of corundum in various rocks of the western Haute-Loire is noticed. The origin of the corundum and sapphirine amphibolites is discussed. The existence of the granulite facies in the Arverne core of the Massif Central make it possible to confirm indirectly the precambrian age of these formations which was presumed from other arguments. The notion of a precambrian mid-european continent is proposed.

     

Development of a sharp interface model that simulates coastal aquifer flow with the coupled use of GIS

A simulation program, which works seamlessly with GIS and simulates flows in coastal aquifers, is presented in the present paper. The model is based on the Galerkin finite element discretization scheme and it simulates both steady and transient freshwater and saltwater flow, assuming that the two fluids are separated by a sharp interface. The model has been verified in simple cases where analytical solutions exist. The simulation program works as a tool of the GIS program, which is the main database that stores and manages all the necessary data. The combined use of the simulation and the GIS program forms an integrated management tool offering a simpler way of simulating and studying saline intrusion in coastal aquifers. Application of the model to the Yermasogia aquifer illustrates the coupled use of modeling and GIS techniques for the examination of regional coastal aquifer systems.

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Resumen Se ha desarrollado un modelo casi tridimensional de elementos finitos para simular el flujo de agua dulce y salada, tanto en régimen estacionario como en transitorio, en sistemas acuíferos costeros, bajo la hipótesis de separación por medio de una interfaz abrupta. Las ecuaciones del modelo han sido discretizadas mediante un esquema de Galerkin de discretización en elementos finitos. El modelo ha sido verificado en casos sencillos para los que existe solución analítica. Todos los datos necesarios se introducen y gestionan con un Sistema de Información Geográfica [SIG] por ordenador. El programa de simulación forma parte del programa de SIG, constituyendo una herramienta integrada de gestión para estudiar la intrusión salina en acuíferos costeros. La aplicación del modelo al acuífero de Yermasogia ilustra el uso acoplado de las técnicas de modelación y de SIG con el fin de examinar sistemas acuíferos costeros a escala regional.

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Résumé Pour étudier un système aquifère côtier, nous avons développé un modèle aux éléments finis en quasi 3-D qui simule les écoulements deau douce et deau salée en régime aussi bien permanent que transitoire. Les équations qui les régissent sont discrétisées par un schéma de discrétisation de Garlekin aux éléments finis. Le modèle a été vérifié dans des cas simples où il existe des solutions analytiques. Toutes les données nécessaires sont introduites et gérées grâce à un logiciel de gestion de SIG. Le programme de simulation est utilisé comme un outil du logiciel de SIG, constituant ainsi un outil de gestion intégrée dont le but est de simuler et détudier lintrusion saline dans les aquifères côtiers. Lapplication du modèle à laquifère de Yermasogia illustre lutilisation couplée de la modélisation et des techniques de SIG pour létude des systèmes aquifères côtiers régionaux.

     

Sur la Genese de Certains Gites Uraniferes

Résumé L'étude du calcrete uranifère de Yeelirrie, en Australie Occidentale (46000 tonnes d'U₃O₈ estimées), minéralisé en carnotite, a permis de préciser la genèse de tels gîtes. Les calcretes se présentent en corps lenticulaires dans la partie axiale des chenaux de drainage en amont d'une structure verrou, constituée par une remontée du socle ou un retrécissement du chenal. La présence de structures verrous a déterminé l'existence de légères dépressions en amont, temporairement inondées, où se localise le dépôt d'un calcrete d'origine sédimentaire. Dans un second temps, la structure barrage a provoqué le ralentissement de l'écoulement de la nappe. Une nappe fixe se créee, sursaturée en sels dissous, provoquant l'épigenèse et la dolomitisation de la partie du calcrete proche du verrou, avec dépôts d'uranium, de vanadium (carnotite) et de strontium (célestite). Des gîtes de type calcrete sont connus également en Mauritanie et en Namibie. Ainsi, les calcretes sont, dans les domaines évaporitiques intracontinentaux, des sites favorables au piègeage de l'uranium. Si leur genèse est différente, leur localisation dans des zones stables à climat aride ou semi-aride est une caractéristique commune.

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The study of the Yeelirrie uraniferous calcrete of the Western Australia, containing abundant carnotite, has allowed interpretation of the genesis of the main ore concentrating processes within this type of deposit (46000 tons of estimated U₃O₈). The calcretes are found as lenses within the axial parts of certain channels. They are situated upstream with respect to local barriers formed by uplifted basement blocks or by local constrictions of the channel. The presence of such constrictions has allowed development of minor upstream depressions which were temporarily flooded, and within which the sedimentary calcrete has formed. Subsequently, the constriction has caused a slowing of phreatic water circulation. The stabilised phreatic lense, supersaturated with respect to dissolved salts, has provoked the epigenesis and dolomitization of the original calcrete situated in the proximity of the dam. Uranium and vanadium (carnotite) as well as strontium (celestite) are concentrated through this process. Uranium ore concentrations of the calcrete type are known also in Mauritania and Namibia. Thus, calcretes within intracontinental evaporitic areas form favourable traps for the concentration of uranium. Although of possible different origin, the concentration of ore within the stable areas of arid to semi-arid regions is a common characteristic of this type of deposit.

     

Hydrothermal origin of metals in some East African Rift Lakes

The chemical composition of all Western Rift valley lakes is controlled by emanations of saline and metalliferous hydrothermal solutions. Center of present day activity is Lake Kivu. Sediments of the last 15,000 years carry the distinct chemical fingerprint of hydrothermal springs in the form of stratiform ore deposits. The geological record reveals periods of volcanic and hydrothermal activity and quiescence which coincide with the African climatic sequence of pluvials and interpluvials. It is concluded that the hydrothermal solutions are meteoric waters which on passage through the volcanic wall rock have derived their metal and salt load. Presence of volcanic CO₂ has enforced the leaching process.

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Zusammenfassung Die chemische Zusammensetzung der großen Seen im Bereich des Western Rift ist maßgeblich durch Einschüttungen salziger und metallhaltiger hydrothermaler Lösungen bestimmt. Zentrum heutiger hydrothermaler Tätigkeit ist der Kivusee. Sedimente der letzten 15 000 Jahre weisen einen deutlichen hydrothermalen Fingerabdruck in der Form schichtgebundener Erzlagen auf. Die Sedimentabfolge zeigt einen mehrfachen Wechsel von Perioden vulkanisch-hydrothermaler Tätigkeit und Stille. Diese stimmen zeitlich überein mit Pluvial- bzw. Interpluvialzeiten. Wir vermuten, daß die hydrothermalen Lösungen ehemalige Regenwässer sind, die beim Durchfluß durch das vulkanische Nebengestein Salze und Metalle aufgenommen haben. Die Anwesenheit von vulkanischem CO₂ hat die Auslaugungsprozesse verstärkt.

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Résumé La composition chimique des lacs de la vallée du «Western Rift» est contrôlée par des émanations de solutions hydrothermales salines et métallifères. Le centre de l'activité actuelle est le lac Kivu. Dans les sédiments des derniers 15000 ans ces émanations hydrothermales ont formé des enrichissements minéralisés stratiformes. Les annales géologiques indiquent des périodes d'activité et de quiétude volcaniques et hydrothermales qui coïncident avec la séquence climatique africaine d'époques pluviales et interpluviales. On conclût que les solutions hydrothermales sont des eaux météoriques qui ont dérivé leur charge de métal et de sel en traversant les roches volcaniques encaissantes. La présence du CO₂ volcanique a facilité cet enrichissement.

     

La rétromorphose du talc dans les dolomies métallifères de Boukdema (Algérie); discussion du rôle des fluides

Résumé Les échantillons étudiés proviennent du gîte stratiforme de Boukdema (Algérie), où l'on observe notamment l'association dolomite-quartz-talcsphalérite. L'étude des inclusions fluides primaires des quartz contemporains, selon toute vraisemblance, de la dissolution partielle du talc, montre que ceux-ci se sont développés dans des solutions de salinités très variables (entre 4 et 28% en équivalent pondéral NaCl). L'hypothèse d'une ébullition des solutions (par suite d'une chute brutale de pression) rend compte de ce fait inhabituel. Dans le cadre d'un tel modèle, les corrections dues à la pression sont nulles et l'on peut en déduire à partir des mesures de températures d'homogénéïsation que la croissance du quartz s'est amorcée vers 250 °C. Compte tenu de cette indication thermométrique, on discute enfin du rôle relatif des facteurs physiques et chimiques (T, f_{CO 2}, a_Mg/a_Ca) sur la stabilité du talc dans le contexte minéralogique du gîte de Boukdema.

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The samples studied were collected in the Boukdema stratabound deposit (Algeria), where the association dolomite-quartz-talc-sphalerite occurs. Cryoscopic investigations of fluid inclusions in quartz indicate a wide salinity range in mineral forming fluids (4 to 28 weight % NaCl eq). Boiling of hydrothermal fluids possibly explains this unusual characteristic. In this hypothesis thermometric data need no pressure corrections and one may conclude that quartz growth (and simultaneously talc dissolution) occurred in the 250°–200 °C range. On the basis of this last indication, the relative role of T, f_{CO 2}, a_Mg/a_Ca, on talc stability is discussed in the mineralogical environment of Boukdema.

     

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

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

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

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

     

Constraining performance assessment models with tracer test results: a comparison between two conceptual models

Tracer tests are conducted to ascertain solute transport parameters of a single rock feature over a 5-m transport pathway. Two different conceptualizations of double-porosity solute transport provide estimates of the tracer breakthrough curves. One of the conceptualizations (single-rate) employs a single effective diffusion coefficient in a matrix with infinite penetration depth. However, the tracer retention between different flow paths can vary as the ratio of flow-wetted surface to flow rate differs between the path lines. The other conceptualization (multirate) employs a continuous distribution of multiple diffusion rate coefficients in a matrix with variable, yet finite, capacity. Application of these two models with the parameters estimated on the tracer test breakthrough curves produces transport results that differ by orders of magnitude in peak concentration and time to peak concentration at the performance assessment (PA) time and length scales (100,000 years and 1,000 m). These differences are examined by calculating the time limits for the diffusive capacity to act as an infinite medium. These limits are compared across both conceptual models and also against characteristic times for diffusion at both the tracer test and PA scales. Additionally, the differences between the models are examined by re-estimating parameters for the multirate model from the traditional double-porosity model results at the PA scale. Results indicate that for each model the amount of the diffusive capacity that acts as an infinite medium over the specified time scale explains the differences between the model results and that tracer tests alone cannot provide reliable estimates of transport parameters for the PA scale. Results of Monte Carlo runs of the transport models with varying travel times and path lengths show consistent results between models and suggest that the variation in flow-wetted surface to flow rate along path lines is insignificant relative to variability in the amount of diffusive capacity that can be accessed along the transport pathway.

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Resumen Delimitando la eficacia de modelos de evaluación con resultados de pruebas de trazadores: una comparación entre dos modelos conceptuales.Se llevaron a cabo pruebas de trazadores para evaluar los parámetros de transporte de solutos en un rasgo rocoso a lo largo de una trayectoria de transporte de 5 m. Dos diferentes conceptualizaciones del transporte de solutos de porosidad doble aportan estimados de las curvas de avance de trazadores. Una de las conceptualizaciones (ritmo único) utiliza un coeficiente de difusión efectiva único en una matriz con profundidad de penetración infinita. Sin embargo, la retención del trazador entre diferentes trayectorias de flujo puede variar debido a que la relación entre la superficie mojada de flujo y el ritmo de flujo difiere entre las líneas de trayectoria. La otra conceptualización (multi-ritmo) utiliza una distribución continua de coeficientes de ritmos de difusión múltiple en una matriz con capacidad variable pero finita. La aplicación de los dos modelos con los parámetros estimados en base a las curvas de avance de trazadores producen resultados de transporte que difieren en varios órdenes de magnitud, tanto en concentración pico como en el tiempo en que se alcanza la concentración pico, en las escalas de evaluación de eficacia (PA) de tiempo y longitud (100,000 años y 1,000 m). Estas diferencias se examinan mediante el cálculo de límites de tiempo en que se considera que la capacidad difusiva actúa como un medio infinito. Estos límites se comparan en ambos modelos conceptuales y contra los tiempos característicos para difusión en escalas de PA y de prueba de trazador. Adicionalmente, se examinan las diferencias entre los modelos calculando de nuevo los parámetros para el modelo multi-ritmo a partir del modelo tradicional de doble porosidad a escala PA. Los resultados indican que para cada modelo la cantidad de la capacidad difusiva que actúa como un medio infinito sobre la escala de tiempo especificada explica las diferencias entre los resultados del modelo y que las pruebas de trazadores por sí solas no aportan cálculos confiables de los parámetros de transporte para la escala PA. Los resultados provenientes de corridas Monte Carlo de los modelos de transporte con distintos tiempos de viaje y diferentes longitudes de trayectorias muestran resultados consistentes entre modelos y sugieren que la variación en la relación de superficie de flujo mojada a ritmo de flujo a lo largo de las líneas de trayectoria es insignificante en relación con la variabilidad en la cantidad de capacidad difusiva que puede alcanzarse a lo largo de la trayectoria de transporte.

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Résumé Contraindre le bilan des performances des modèles avec les résultats de traçages: une comparaison entre deux modèles conceptuels.Des tests de traçage sont mis en oeuvre pour étudier les paramètres de transport de soluté dune roche sur une longueur de 5 m. Deux différents modèles de transport de soluté dans un milieu à double porosité fournissent des estimation des courbes de restitution. Lune des conceptualisations (unique taux de restitution) emploie un seul coefficient effectif de diffusion dans une matrice possédant une pénétration infinie en profondeur. Par ailleurs, la rétention du traceur entre les différentes lignes découlement peut varier comme le rapport des débits aux surfaces mouillées et comme le rapport de la différence de débits entres les lignes découlement. Lautre conceptualisation (taux multiple) emploie une distribution continue de coefficients de diffusion dans une matrice à capacité variable et finit. Lapplication de ces deux modèles avec les pa! ramètres estimés grâce aux courbes de restitution produit des résultats de transport qui différent de plusieurs ordres de grandeur dans la magnitude du pic, le temps du pic de concentration, au bilan des performances (PA) et aux échelles de distance (100,000 ans et 1,000 m). Ces différences sont éxaminées par lintermédiaire des temps limites pour que la capacité diffusive équivaille à un milieu infini. Ces limites sont comparées à travers les modèles conceptuels ainsi que les temps caractéristiques de diffusion à léchelle du test de traçage et à léchelle du PA. Par ailleurs, les différences entre les modèles sont éxaminées en réestimant les paramètres pour le modèle à taux multiple à partir des résultats du modèle à double porosité à léchelle du PA. Les résultats indiquent que pour chaque modèle la valeur de la capacité diffusive dans un milieu infini sur une période de temps spécifiée explique les différences entre les modèles et le ! fait que le test de traçage seul ne permet pas de déterminer les paramètres de transport à léchelle du PA. Les résultats des simulations Monte Carlo du modèle de transport avec des temps et des distances de transport variables montrent des résultats concordances entre les différents modèles et suggère que la variation que la variation entre surface mouillée et le rapport de la différence de débits entre les lignes découlement est insignifiante, en regard de la variabilité du montant de la capacité diffusive qui peut être accessible le long de la ligne de transport.

     

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

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

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

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

     

Sustainable development and management of an aquifer system in western Turkey

This study presents the establishment of sustainable development and management policies for the Küçük Menderes River Basin aquifer system in western Turkey. Geological, hydrogeological, and geophysical data are used conjunctively to define various hydrogeological units and their geometry. Distributions of hydraulic-parameter values and recharge are estimated by geostatistical methods and hydrologic simulations, respectively. A finite-difference groundwater flow model is used to represent the unconfined flow in the aquifer system. The model has been calibrated under steady state and transient conditions. The resulting model was used to test seven management scenarios for a planning period of 21 years to determine the so-called safe yield and sustainable yield of the aquifer system and to investigate the potential impacts of four planned surface water reservoirs on groundwater resources in the basin. The results demonstrate that the continuation of the present pumping rates exceeds both the safe yield and the sustainable yield of the aquifer system. Consequently, the growing need for irrigation water should be met by the construction of the planned surface water reservoirs and the implementation of efficient water management policies and plans.

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Resumen Este estudio presenta el establecimiento de políticas sustentables de desarrollo y gestión en el sistema acuífero de la cuenca del río Küçük Menderes, al Oeste de Turquía, para lo que se ha utilizado datos geológicos, hidrogeológicos y geofísicos de forma conjunta de cara a definir diversas unidades hidrogeológicas y su geometría. La distribución de los parámetros hidráulicos y de la recarga ha sido estimada mediante métodos geoestadísticos y simulaciones hidrológicas, respectivamente. Se ha empleado un modelo de las aguas subterráneas en diferencias finitas para representar el flujo no confinado en el sistema acuífero, el cual se ha calibrado bajo condiciones estacionarias y transitorias. El modelo resultante ha sido usado para contrastar siete escenarios de gestión durante un período de planificación de 21 años con el fin de determinar el punto de explotación segura y sustentable del sistema acuífero, así como para investigar los impactos potenciales sobre los recursos subterráneos de los cuatro embalses superficiales que se hallan en proyecto. Los resultados demuestran que el mantenimiento de las tasas actuales de extracción del acuífero supera tanto el régimen de bombeo seguro como el sustentable del sistema. Por consiguiente, se debería compensar la necesidad creciente de agua para riego con la construcción de los reservorios superficiales previstos y con la implementación de políticas y planes de gestión eficiente del agua.

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Résumé Cette étude présente la proposition dune politique de développement et de gestion durables du système aquifère du bassin du Petit Mendérès dans louest de la Turquie. Des données géologiques, hydrogéologiques et géophysiques ont été utilisées conjointement pour définir les différentes unités hydrogéologiques et leur géométrie. Les distributions des paramètres hydrauliques et de la recharge ont été estimées respectivement par des méthodes géostatistiques et des simulations hydrologiques. Un modèle découlement souterrain aux éléments finis a été utilisé pour représenter lécoulement non captif dans le système aquifère. Le modèle a été calibré dans des conditions de régimes permanent et transitoire. Le modèle résultant a servi à tester sept scénarios de gestion pour une période de programmation de 21 ans, afin de déterminer les débits de prélèvement sûr et durable dans le système aquifère et détudier les impacts potentiels de quatre réservoirs deau de surface en projet sur les eaux souterraines du bassin. Les résultats montrent que la poursuite des prélèvements au débit actuel excède aussi bien le débit dexploitation de sécurité que celui durable pour le système aquifère. Par conséquent, les besoins croissants deau pour lirrigation doivent être satisfaits par la construction des réservoirs projetés et par la mise en place de politiques et de plans de gestion de leau efficace.

     

Plurifacial alpine metamorphism in the eastern Betic Cordilleras (SE Spain), with special reference to the genesis of the glaucophane

Rocks metamorphosed in two or more different facies are not necessarily polymetamorphic and are termed plurifacial rocks. The following age sequence of metamorphic facies of alpine age is reported: (1) glaucophane-schist facies; (2) albite-epidote-amphibolite facies; (S) almandine-amphibolite facies. There was a transition from kinematic to static conditions. The alpine metamorphism described seems to have proceeded under a pile of overthrust sheets. The change in metamorphic facies was in part due to a considerable rise of the temperature.

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Zusammenfassung In mehreren verschiedenen Fazies metamorphosierte Gesteine brauchen nicht polymetamorph zu sein, und werden als plurifazielle Gesteine bezeichnet. Folgende zeitliche Abfolge metamorpher Fazies alpinen Alters wird beschrieben: 1. Glaukophanschieferfazies, 2. Albit-Epidot-Amphibolitfazies, 3. Almandin-Amphibolitfazies. Es gab einen Übergang von kinematischen zu statischen Bedingungen. Die beschriebene alpine Metamorphose scheint unter einer Deckenlast vor sich gegangen zu sein. Der zeitliche Fazieswechsel wurde z. T. von einer beträchtlichen Temperatursteigerung bedingt.

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Résumé Les roches montrant plus d'un seul faciès métamorphique ne sont pas nécessairement polymétamorphiques et sont dénommées plurifacielles. Quant au métamorphisme alpin, l'ordre suivant de succession chronologique des faciès fut constaté: (1) le faciès à glaucophane, (2) le faciès amphibolite à albite-epidote, (3) le faciès amphibolite à almandin. Des conditions de métamorphisme cinématiques ont été suivies par des conditions statiques. Il paraît que le métamorphisme alpin décrit s'est effectué dans un géosynclinal de nappes. Le changement de faciès métamorphique dans le temps était partiellement dû à une augmentation considérable de la température.

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L'or dans la métallogenie du massif de Bohême

Les minéralisations aurifères du massif de Bohême sont représentées par plusieurs types morphologiques et paragénétiques, dont l'origine est expliquée par trois modèles genétiques: I — un modèle volcanogénique pour les minéralisations sulfurés stratiformes, II — un modèle hydrothermal-métamorphique pour les minéralisations de quartz aurifères synmétamorphiques, de morphologie très variable et caractérisées par la présence de minéraux de Bi, Te, Mo et W (scheelite), III — un modèle hydrothermal de shear zones aurifères, pour les minéralisations postmétamorphiques, caractérisées par des teneurs en argent plus élevées (electrum) ou par une minéralisation complexe à stibine et or.Les complexes volcanosédimentaires, principalement protérozoiques, sont considérés comme les sources de l'or pour les minéralisations plus tardives, liées à la cratonisation du massif de Bohême. Au course de l'évolution géotectonique et métallogenique du massif de Bohême les conditions de mis en place des minéralisations aurifères ont évolué d'un contrôle initialement lithologique vers un contrôle lithologique et structural pour aboutir à un contrôle exclusivement structural. Ce développement a été accompagné par une augmentation de la taille des particules d'or et par leur pépitisation dans les minéralisations tradives.     

Hydrochemical tracers in the middle Rio Grande Basin,USA: 2. Calibration of a groundwater-flow model

The calibration of a groundwater model with the aid of hydrochemical data has demonstrated that low recharge rates in the Middle Rio Grande Basin may be responsible for a groundwater trough in the center of the basin and for a substantial amount of Rio Grande water in the regional flow system. Earlier models of the basin had difficulty reproducing these features without any hydrochemical data to constrain the rates and distribution of recharge. The objective of this study was to use the large quantity of available hydrochemical data to help calibrate the model parameters, including the recharge rates. The model was constructed using the US Geological Surveys software MODFLOW, MODPATH, and UCODE, and calibrated using ¹⁴C activities and the positions of certain flow zones defined by the hydrochemical data. Parameter estimation was performed using a combination of nonlinear regression techniques and a manual search for the minimum difference between field and simulated observations. The calibrated recharge values were substantially smaller than those used in previous models. Results from a 30,000-year transient simulation suggest that recharge was at a maximum about 20,000 years ago and at a minimum about 10,000 years ago.

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Resumen La calibración de un modelo de aguas subterráneas con el apoyo de datos hidroquímicos ha demostrado que la recarga relativamente baja en la cuenca media del Río Grande es probablemente responsable de una depresión de aguas subterráneas en el centro de la cuenca y de la presencia de una cantidad considerable de agua del Río Grande en el acuífero del Grupo Santa Fe. Los modelos propuestos con anterioridad para la cuenca tenían dificultades para reproducir estas características ya que no tenían datos hidroquímicos que permitieran delimitar los ritmos y distribución de recarga. El objetivo del presente estudio consistió en utilizar una gran cantidad de datos hidroquímicos disponibles para ayudar a calibrar los parámetros del modelo, incluyendo los ritmos de recarga. El modelo se construyó utilizando los modelos MODFLOW, MODPATH, y UCODE del USGS, mientras que la calibración se realizó en base a concentraciones de ¹⁴C y a la posición de ciertas zonas definidas con los datos hidroquímicos. La estimación de parámetros se realizó en base a una combinación de técnicas de regresiones no lineares y a una búsqueda a viva fuerza del error mínimo entre los datos observados y los simulados. Los valores de recarga calibrados fueron significativamente más bajos que los estimados en los modelos anteriores. Los resultados de una simulación transitoria de 30,000 años sugieren que la recarga durante la última glacial máxima (LGM) fue diez veces el ritmo moderno, pero que la recarga que ocurrió inmediatamente después de la LGM fue más baja que el ritmo moderno.

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Résumé Le calibrage dun modèle hydrogéologique avec laide de données hydrochimiques a démontré que la recharge relativement faible dans le Grand Bassin du Middle Rio est vraisemblablement responsable dune dépression des eaux souterraines dans le centre du bassin et de la présence dune quantité substantielle deau du Rio Grande dans laquifère du Groupe de Santa Fe. Les modèles antérieurs avaient des difficultés à reproduire ses conclusions sans laide de données hydrochimiques pour contraindre les taux et la distribution de la recharge. Lobjectif de cette étude était dutiliser une grande quantité de données hydrochimiques permettant de calibrer les paramètres du modèle, et notamment les taux de recharge. Le modèle a été construit avec les logiciels MODFLOW, MODPATH et UCODE, et calibré en utilisant les concentrations en ¹⁴C et la position de certaines zones définies par les données hydrochimiques. Lestimation de certains paramètres a été réalisée en utilisant une combinaison de techniques de régression non linéaire et une méthode de recherche exhaustive (Brute Force Search) de lerreur minimum entre les résultats des observations et les simulations. Les valeurs de la recharge calibrée sont substantiellement plus basses que celles estimées dans les modèles antérieurs. Les résultats dune simulation en régime transitoire sur 30.000 ans suggèrent que la recharge au maximum de la dernière glaciation (last glacial maximum, LGM) était 10 fois supérieure au taux actuel, mais que la recharge qui a suivit la LGM était plus bas que la recharge actuelle.

     

Les structures gigognes: morphologie mathématique et interprétation métallogénique

Résumé Ce texte a pour but d'analyser la notion d'échelle, ou de niveau d'hétérogénéité, d'un phénomène géologique, à l'aide d'outils de morphologie mathématique tels que la «fonction intrinsèque» de la théorie des variables régionalisées de G. Matheron. Une première étude expérimentale montre comment les structures s'emboitent les unes dans les autres dans un dépôt sédimentaire comme le gisement de fer de Lorraine. Puis, en formulant théoriquement ces imbrications de structures, on montre comment les deux types de fonctions intrinsèques observés couramment, le type transitif et le type de wijsien se relient l'un à l'autre. Mais la morphologie mathématique ne peut pas dire pourquoi des structures gigognes en progression géométrique existent.

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The objective of this paper is to analyze the concept of scale in a geological set. The mathematical tool used here is the intrinsic function of the regionalized variables' theory of G. Matheron. A first experimental step shows how the structures observed in the sedimentary ore deposit of Lorraine fit into one another. The next part describe theoretically this phenomenon. The theoretical models allow to synthesize the two types of usual intrinsic functions, type transitif and de wijsien. But mathematical morphology appears to be unable to explain why these structures exist.

     

Reichweite und Geschwindigkeit von Bergstürzen und Fließschneelawinen

ZusammenfassungReichweite und Geschwindigkeit von Bergstürzen und Flieschneelawinen Die Massenströme großer Bergstürze und Lawinen lassen sich näherungsweise berechnen und abschnittsweise vom Anbruch bis zur Ablagerung nachvollziehen. Die Theorie muß aufgrund der Naturbeobachtung dieser Vorgänge entfaltet werden. Da Bergstürze relativ seltene und schwer zu beobachtende Naturereignisse darstellen, ist es notwendig, Erfahrungen an ähnlichen Massenströmen zu sammeln, wie z. B. an den zahlreichen Fließschneelawinen.Nach Darlegung der Grundlagen an den Modellen Reibungsblock und turbulenter Trümmerstrom werden einige Ergebnisse nachgerechneter Beispiele dargestellt. Ein Ziel dieser Berechnungen war es, die Größenordnungen der Gleitreibungs-und Turbulenzkoeffizienten abzuschätzen, die diese Vorgänge bestimmen. Mangels genauerer Meßdaten wurden dazu die beiden Koeffizienten und die Fließhöhe als Konstanten angesetzt. Dann läßt sich die Größe ihrer Mittelwerte aus dem Bahnverlauf, der Fließdauer (oder der Fließgeschwindigkeit an einem Ort) und aus der Reichweite bestimmen.Es zeigt sich, daß bei großen Massenströmen der Mittelwert des Gleitreibungskoeffizienten wesentlich niedrigere Werte annimmt, als unsere an der Statik orientierte Erfahrung erwarten läßt. Große Gleitmassen kommen dadurch in kurzer Zeit auf hohe Geschwindigkeiten. Man darf deshalb nicht warten bis die Beschleunigung einsetzt, wenn sich das Abgleiten großer Massen durch anhaltendes Kriechen ankündigt und wenn sich kein naheliegender Gleichgewichtszustand nachweisen läßt, dem die Massen zustreben.

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SummaryThe Reach and Velocity of Catastrophic Landslides and Flowing Snow Avalanches The debris (Sturzstrom) of catastrophic land-slides and avalanches can be approximately calculated and their stages reconstructed from their outbreaks until their depositions. The theory must be developed on grounds of an observation of these phenomena in nature. As mountain slides are relatively rare natural events and not easily observed, it is necessary to accumulate experiences with similar massstreams, e. g. with the numerous flowing-snow-avalanches.After a representation of the fundamentals, exemplifying the models of a frictional block and a turbulent stream of fragments, some results follow from the calculated examples. One aim of the calculations was to estimate the proportions of the frictional and turbulence coefficients determinating these phenomena. Owing to the lack of exact data of measurement both these coefficients and the height of flow were used as constants. Thus the dimension of their average values can be determined from the shape of course, the flowing time (or local flowing velocity) and the range of action.The results show that in the case of big Sturzstrom the average value of the coefficient of friction grows considerably smaller than is to be expected in the face of our static orientated experiences. As a consequence, big moving masses reach a high velocity within a short time. It is not advisable, therefore, to wait until the acceleration begins, if the sliding down of bigger masses evidences itself by continuous and if it is impossible to prove an imminent stage of equilibrium which the masses are nearing.

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RésuméEtendue et vitesse des éboulements d'ampleur catastrophiques et des avalanches en haute montagne Les masses de débris emportés et déposes par les éboulements et avalanches d'ampleur catastrophique en haute montagne peuvent être calculés approximativement, et leur cours peut être suivi depuis leur point de départ jusqu'au lieu de dépôt définitif. La théorie à ce sujet doit être établie sur la base d'observations concrètes de la marche de ces phénomènes dans la nature. Du fait que les éboulements sont des phénomènes relativement rares et difficiles à observer, il importe que soient recueillis des faits d'expérience au sujet d'analogues éboulements de débris, par exemple dans les avalanches, qui sont, elles, beaucoup plus fréquentes.Après exposition des principes, établis sur la base des modèles hypothétiques Bloc de friction et Eboulement de débris en turbulence, sont ensuite présentés quelques résultats de calculs effectués sur la base de ces divers exemples. L'un des objectifs de ces calculs était de déterminer les ordres de grandeur des coefficients de friction et de turbulence de ces phénomènes. Etant donné le manque de mesures précises, ces deux coefficients, ainsi que l'épaisseur de la masse en éboulement, ont été utilisés comme constantes. Il est alors possible de déterminer la grandeur de leur moyenne, d'après le tracé de leur cours, la durée (ou la vitesse de la chute en un point donné), ainsi que d'après leur étendue.Il apparaît alors que, dans le cas de grosses masses de débris, la valeur moyenne du coefficient de friction est nettement moindre que ne le faisait attendre l'expérience jusqu'à présent basée sur les données de la statique. Il s'ensuit que de grosses masses d'éboulis ont tôt fait d'atteindre des vitesses étonnamment élevées. Il ne faut donc pas attendre que commence cette accélération lorsque l'éboulement de grosses masses s'annonce par un mouvement lent et continu et qu'on ne décèle dans le voisinage aucun état d'équilibre vers lequel s'avanceraient les masses.

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Mit 15 Abbildungen     

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

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

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

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