Identifying sources of groundwater in the lower Colorado River valley, USA, with δ18O, δD, and 3H: implications for river water accounting

Isotope measurements (¹⁸O, D, ³H) indicate groundwater origin in the Lower Colorado River Valley (LCRV) and provide an alternative, or supplement, to the US Bureau of Reclamations proposed accounting surface method. The accounting surface method uses a hydraulic criterion to identify certain wells away from the flood plain that will eventually yield mainstream Colorado River water. New isotope data for 5 surface-water and 18 groundwater sites around Topock Marsh, Arizona, are compared with river-water data (1974–2002) from 11 sites between Utah and Mexico and with groundwater data from previous LCRV studies. Three groundwater sources are repeatedly identified in the LCRV: (1) local recharge derived from precipitation, usually winter rain, plots slightly below the global meteoric water line (GMWL) and has D values that are 20 greater than those of recent river water; (2) older (pre-1950) upper basin river-water plots on or near the GMWL, distinct from local rainfall and recent river water; and (3) recent (post-1950) Colorado River water, including Topock Marsh samples, plots below the GMWL along an evaporation trend. Large floods, as in 1983, complicate interpretation by routing less evaporated upper basin water into the LCRV; however, tritium content can indicate the age of a water. River-water tritium has declined steadily from its peak of 716 TU in 1967 to about 11 TU in 2002. Mixtures of all three groundwater sources are common.

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Resumen Mediciones isotópicas (¹⁸O, D, ³H) indican cual es el origen del agua subterránea en el Valle Bajo del Río Colorado (LCRV) y aportan una alternativa, o complemento, para el método superficie de conteo propuesto por el Buró de Reclamación de Estados Unidos. El método superficie de conteo utiliza un criterio hidráulico para identificar ciertos pozos alejados de la planicie de inundación que eventualmente producirán agua a partir de la corriente principal del Río Colorado. Los nuevos datos isotópicos para 18 sitios de agua subterránea y 5 sitios de agua superficial cerca de los Pantanos Topock, Arizona, se comparan con datos de agua de río (1974–2002) provenientes de 11 sitios localizados entre Utah y México, y con datos de aguas subterráneas de estudios previos realizados en el LCRV. Se identifican reiteradamente tres fuentes de aguas subterráneas en el LCRV: (1) recarga local derivada de precipitación, generalmente lluvia de invierno, cuya composición cae ligeramente por debajo de la línea de agua meteórica global (GMWL) y tiene valores D que son 20 mayores que los reportados para agua de río reciente; (2) el agua de río más vieja (pre-1950) de la cuenca alta cuya composición cae sobre o cerca de la GMWL, diferente de la lluvia local y del agua de río reciente; (3) agua reciente (post-1950) del Río Colorado, incluyendo muestras de los Pantanos Topock, con composición por debajo de la GMWL a lo largo de una tendencia a la evaporación. Inundaciones grandes, como en 1983, complican la interpretación al transmitir menos agua evaporada de la cuenca alta hacia el LCRV; sin embargo, el contenido de tritio puede indicar la edad del agua. El contenido de tritio en agua de río ha disminuido constantemente desde la concentración pico de 716 TU en 1967 a cerca de 11 TU en 2002. Es común que exista mezclas de las tres fuentes de agua subterránea.

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Résumé Les mesures isotopiques (d18O, dD, 3H) indiquent les origine de leaux souterraines dans la Vallée de la Rivière du Bas Colorado (LCRV) et sont une alternative, ou un supplément, à la méthode des bilans hydrologiques proposée par du «US Bureau of Reclamation». Cette méthode de bilan hydrologique utilise un critère hydraulique permettant didentifier certains puits hors de la plaine dinondation qui pomperaient une part non négligeable de leur eau dans la rivière Colorado. De nouvelles données isotopiques provenant de 5 sites deau de surface et 18 deaux souterraines autour de Topock Marsh en Arizona, sont comparées avec les données (1974–2000) de 11 sites localisés entre Utah et Mexico, ainsi que des données dautres études sur la LCRV. Ces sources deaux souterraines sont identifiées à plusieurs reprises dans la LCRV: (1) la recharge locale dérivant des précipitations, généralement les pluies hivernales, se retrouvent légèrement sous la ligne deau météoritique globale (GMWL) et possède des valeurs de dD 20% supérieures aux valeurs des eaux récentes de la rivière; (2) les eaux vieilles (pre-1950) du bassin supérieur de la rivière possèdent une valeurs très proches de la GMWL, distinctes des valeurs de la pluie locale et des eaux récentes de la rivière; et (3) les eaux récentes (post-1950) de la Rivière Colorado, incluant les échantillons de Topock Marsh, se positionnent à côté de la GMWL sur une droite dévaporation. Les grandes inondations, par exemple celle de 1983, compliquent linterprétation en reprenant dans la LCRV moins deaux marquées comme évaporées et provenant du bassin supérieur; par ailleurs le pic de tritium est descendu de 716 TU en 1967 à 11 TU en 2002. Les mélanges de ces trois sources sont assez fréquentes.

     

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     

Nitrate pollution from agriculture in different hydrogeological zones of the regional groundwater flow system in the North China Plain

A survey of the quality of groundwater across a broad area of the North China Plain, undertaken in 1998 to 2000, indicates that nitrate pollution is a serious problem affecting the drinking water for a vast population. The use of nitrogen (N)-fertilizer in agriculture has greatly increased over the past 20 years to meet the food needs of the rapidly expanding population. During the study, 295 water samples were collected from wells and springs to determine the water chemistry and the extent of nitrate pollution. High concentrations of nitrate, especially in a recharge area along the western side, but also in the vicinity of Beijing and locally in other parts of the plain, pose a serious problem for the drinking water supply. In places, the nitrate concentration exceeds the maximum for safe drinking water of 45 mg/L. The intense use of N-fertilizer and the widespread use of untreated groundwater for crop irrigation contribute greatly to the problem, but no doubt the disposal of industrial and municipal waste into streams and infiltrating the aquifer also contribute to the problem; however, the lack of data prevents evaluation of those sources. In the recharge area, nitrate is found at depths of as much as 50 m. Near Beijing, relatively high concentrations of nitrate occur at depths of as much as 80 m. In the discharge area, in the vicinity of the Yellow River, high concentrations of nitrate occur at depths of <8 m.

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

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Resumen Contaminacíon de nitratos a causa de prácticas agrícolas en diferentes zonas hidrogeológicas del sistema de flujo regional de aguas subterráneas en la planice del norte de China. Un estudio de la calidad del agua subterránea en una zona amplia de la planice del norte de China se llevó a cabo entre 1998 y el año 2000. Este estudio indica que la contaminación de nitratos es un problema grave que afecta el agua potable de una vasta población. El uso de fertilizantes a base de nitratos en la agricultura ha aumentado considerablemente durante los últimos 20 años para satisfacer las necesidades alimentices de la creciente población. Durante el estudio, se tomaron 295 muestras de pozos de agua y manantiales para determinar la química de las aguas y el grado de contaminación por nitratos. Altas concentraciones de nitratos, especialmente en una zona de recarga a lo largo del lado oeste, asì como en la cercanía a Pekín y en zonas locales en otras partes de la planicie, presentan un problema serio al sumunistro de agua potable. En ciertos lugares, la concentracióon de nitratos excede el nivel máximo de seguridad para el agua potable 45 mg NO₃/L. El intenso uso de fertilizantes de nitratos y el abundante uso de agua subterránea sin tratamiento para la irrigación de cultivos contribuyen sustancialmente al problema. Sin embargo, sin lugar a dudas, la descarga de deshechos industriales y municipales en arroyos y en el acuífero también contribuyen al problema. La falta de datos impide la evalución de dichas fuentes. En la zona de recarga se encuentran nitratos hasta los 50 m de profundidad. Cerca a Pekín, concentraciones relativamente altas de nitrato ocurren hasta los 80 m de profunidad. En las zonas de descarga afectadas por el Río Amarillo las concentraciones altas de nitrato se encuentran solamente a menos de 8m de profundidad.

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Resumé Une campagne dévaluation de la qualité de leau souterraine entreprise entre 1998 et 2000 à travers une vaste étendue de la plaine du nord en Chine indique que la pollution par les nitrates est un problème sérieux qui affecte la qualité de leau souterraine pour une abondante population. Lutilisation de fertilisants azotés pour lagriculture a augmenté considérablement durant les 20 dernières années afin de rencontrer les besoins alimentaires dune population à forte croissance. Lors de cette étude, 295 échantillons deau ont été prélevés dans des puits et sources naturelles afin de déterminer la composition chimique de leau souterraine ainsi que létendue de la pollution par les nitrates. Des concentrations élevées de nitrates, en particulier dans une zone de recharge le long de la limite ouest de la plaine, mais aussi dans la région de Beijing et sporadiquement dans la plaine, posent de sérieux problèmes à la consommation de leau souterraine. A certains endroits, la concentration en nitrates excède la valeur maximale acceptée pour la consommation qui est de 45 mg NO₃/L. Lutilisation intensive de fertilisants azotés ainsi que lutilisation répandue deau souterraine non traitée pour lirrigation contribuent pour beaucoup au problème, mais il ne fait pas de doute que le rejet des déchets municipaux et industriels dans les rivières et aquifères y est aussi pour quelque chose. Par contre, le manque de donnés ne permet pas dévaluer la contribution de chacune de ces sources. Dans la zone de recharge, les nitrates se retrouvent à des profondeurs allant jusquà 50 m. Près de Beijing, des concentrations relativement élevées de nitrate ont été mesurées à des profondeurs allant jusquà 80 m. Enfin, dans la zone démergence affectée par la rivière Jaune, les fortes concentrations se retrouvent à une profondeur maximale de 8 m.

     

Arsenic in groundwater of the Bengal Basin, Bangladesh: Distribution, field relations, and hydrogeological setting

Arsenic contaminates groundwater across much of southern, central and eastern Bangladesh. Groundwater from the Holocene alluvium of the Ganges, Brahmaputra and Meghna Rivers locally exceeds 200 times the World Health Organisation (WHO) guideline value for drinking water of 10 µg/l of arsenic. Approximately 25% of wells in Bangladesh exceed the national standard of 50 µg/l, affecting at least 25 million people. Arsenic has entered the groundwater by reductive dissolution of ferric oxyhydroxides, to which arsenic was adsorbed during fluvial transport. Depth profiles of arsenic in pumped groundwater, porewater, and aquifer sediments show consistent trends. Elevated concentrations are associated with fine-sands and organic-rich sediments. Concentrations are low near the water table, rise to a maximum typically 20–40 m below ground, and fall to very low levels between about 100 and 200 m. Arsenic occurs mainly in groundwater of the valley-fill sequence deposited during the Holocene marine transgression. Groundwater from Pleistocene and older aquifers is largely free of arsenic. Arsenic concentrations in many shallow hand-tube wells are likely to increase over a period of years, and regular monitoring will be essential. Aquifers at more than 200 m below the floodplains offer good prospects for long-term arsenic-free water supplies, but may be limited by the threats of saline intrusion and downward leakage of arsenic.

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Resumen El arsénico ha contaminado gran parte de las aguas subterráneas en el Sur, centro y Este de Bangla Desh. Su concentración en las aguas subterráneas del aluvial Holoceno de los ríos Ganges, Brahmaputra y Meghna supera localmente en un factor 200 el valor guía del arsénico en el agua potable, establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 10 µg/L. Aproximadamente, el 25% de los pozos de Bangla Desh superan el estándar nacional de 50 µg/L, afectando al menos a 25 millones de personas. El arsénico ha llegado a las aguas subterráneas por la disolución reductora de hidróxidos férricos a los que se adsorbe durante el transporte fluvial. Los perfiles del arsénico en las aguas subterráneas bombeadas, agua de poro y sedimentos del acuífero muestran tendencias coherentes. Las concentraciones elevadas están asociadas a arenas finas y sedimentos ricos en materia orgánica. Las concentraciones de arsénico son bajas cerca del nivel freático, se incrementan hasta un máximo que se localiza generalmente a entre 20 y 40 m bajo la cota del terreno, y disminuyen a valores muy pequeños entre alrededor de 100 y 200 m. El arsénico se encuentra sobretodo en las aguas subterráneas existentes en la secuencia de sedimentación que tuvo lugar en el valle durante la transgresión marina del Holoceno. Las aguas subterráneas del Pleistoceno y acuíferos más antiguos están mayoritariamente libres de arsénico. Es probable que las concentraciones de arsénico aumenten en los próximos años en muchos pozos de tipo tubo perforados manualmente, por lo que será esencial efectuar un muestreo regular. Los acuíferos ubicados a más de 200 m bajo las llanuras de inundación ofrecen buenas perspectivas de abastecimiento a largo plazo sin problemas de arsénico, pero pueden estar limitados por las amenazas de la intrusión salina y de la precolación de arsénico desde niveles superiores.

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Résumé Larsenic contamine les eaux souterraines dans la plus grande partie du sud, du centre et de lest du Bangladesh. Les eaux des nappes alluviales holocènes du Gange, du Brahmapoutre et de la Meghna dépassent localement 200 fois la valeur guide donnée par lOMS pour leau de boisson, fixée à 10 µg/l darsenic. Environ 25% des puits du Bangladesh dépassent la valeur standard nationale de 50 µg/l, affectant au moins 25 millions de personnes. Larsenic a été introduit dans les nappes par la dissolution par réduction doxy-hydroxydes ferriques sur lesquels larsenic était adsorbé au cours du transport fluvial. Des profils verticaux darsenic dans leau souterraine pompée, dans leau porale et dans les sédiments des aquifères montrent des tendances convergentes. Les concentrations élevées sont associées à des sédiments à sable fin et riches en matières organiques. Les concentrations sont faibles au voisinage de la surface de la nappe, atteignent un maximum typiquement entre 20 et 40 m sous le sol, puis tombent à des niveaux très bas entre 100 et 200 m. Larsenic est surtout présent dans les eaux souterraines de la séquence de remplissage de vallée déposée au cours de la transgression marine holocène. Les eaux souterraines des aquifères pléistocènes et plus anciens sont très largement dépourvus darsenic. Les concentrations en arsenic dans de nombreux puits creusés à la main doivent probablement augmenter au cours des prochaines années ; aussi un suivi régulier est essentiel. Les aquifères à plus de 200 m sous les plaines alluviales offrent de bonnes perspectives pour des alimentations en eau sans arsenic à long terme, mais ils peuvent être limités par les risques dintrusion saline et la drainance descendante de larsenic.

     

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.

     

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.

     

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.

     

Significance of enhanced infiltration due to groundwater extraction on the disappearance of a headwater lagoon system: Toluca Basin, Mexico

Mexico City relies significantly on groundwater resources drawn from the Sistema Lerma well field located in the Toluca Basin, Mexico. Enhanced infiltration caused by groundwater extraction is suspected to be both a prime factor in the disappearance of a lagoon system at the Toluca Basin and a potential risk to long-term groundwater quality. A combined approach of field investigation and numerical modeling was adopted to assess the groundwater-surface water interactions within the lagoon system. Potentiometric data indicate that current downward vertical hydraulic gradients below the lagoon and surrounding wetland area are extremely low suggesting very slow infiltration rates. Geochemical and isotope data from surface water and groundwater sampling also indicate that very little surface water infiltration has occurred. Numerical simulations demonstrate that enhanced surface water infiltration is unlikely to be the primary cause in the significant reduction in size of the lagoon system. Other factors such as modifications to the surface water drainage system and capture of spring flow from the surrounding mountainous regions are likely more significant. Simulations also suggest that contaminants originating in the lagoon system are currently entering nearby production wells although the total contaminant mass flux to the wells is still very low and significantly diluted.

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Resumen La Ciudad de México depende significativamente de los recursos de aguas subterráneas obtenidos del campo de pozos Sistema Lerma ubicado en la Cuenca Toluca, oeste de la Cuenca de México. Se sospecha que la infiltración estimulada causada por extracción intensiva de aguas subterráneas es un factor principal en la desaparición de un sistema de lagunas en la cabeceras del Río Lerma en el centro de México y un riesgo potencial para la calidad de aguas subterráneas a largo plazo en la región. Se adoptó un enfoque combinado de investigación de campo y modelizado numérico para evaluar las interacciones de agua superficial-agua subterránea dentro del sistema de lagunas. Datos potenciométricos indican que los gradientes hidráulicos verticales descendentes actuales, ubicados por debajo de la laguna y vecina área de humedales, son extremadamente bajos sugiriendo ritmos de infiltración muy lentos. Datos geoquímicos e isotópicos provenientes del muestreo de agua superficial y subterránea también indican que ha ocurrido muy poca infiltración de agua superficial. Las simulaciones numéricas demuestran cuantitativamente que no es probable que la infiltración estimulada de agua superficial sea la causa principal en la reducción significativa del tamaño del sistema de lagunas en la cabecera. Otros factores tal como modificaciones al sistema superficial de drenaje de agua y captura de flujo de manantial en las regiones montañosas vecinas son probablemente más significativos. Las simulaciones también sugieren que los contaminantes que se originan en el sistema de lagunas están actualmente ingresando a pozos de producción cercanos aunque el flujo de masa contaminante total a los pozos es aún muy bajo y diluido significativamente en los volúmenes grandes de extracción. La magnitud de la amenaza a largo plazo a la calidad del agua subterránea en los pozos de producción Sistema Lerma proveniente de contaminantes infiltrados es una preocupación y amerita estudios futuros.

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Résumé La Cité de Mexico dépend significativement des ressources en eau souterraine pompées au site de captages de Sistema Lerma, dans le Bassin de Toluca, à lOuest du Bassin de Mexico. Laugmentation de linfiltration, causée par lextraction extensive des eaux souterraines, est suspectée dêtre à la fois un facteur primaire de la disparition dun système de lagons en amont de la rivière Lerma au centre de Mexico, et un risque potentiel à long-terme pour la qualité de leau souterraine dans la région. Uen approche combinée détudes de terrain et de modélisation numérique a été adoptée pour estimer les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines, au sein du système de lagons. Les données potentiométriques indiquent que les gradients hydrauliques verticaux descendants sont très bas au niveau des lagons, ce qui suppose un taux dinfiltration faible. Les données géochimiques et isotopiques provenant des eaux de surface et souterraines, indiquent également que peu deau de surface sinfiltrent. La simulation numérique démontre quantitativement que laugmentation de linfiltration des eaux de surface nest probablement pas la première cause de réduction des lagons. Dautres facteurs, tels que les modifications du drainage des eaux de surface, laménagement en captage des sources situées aux pieds des montagnes environnantes, sont probablement plus importants. Les simulations suggèrent également que les contaminants provenant des lagons se retrouvent également dans les captages les plus proches, bien que le flux total de contaminants entrant dans les captages reste faible. Les volumes dextraction étant très important ils diluent effectivement les contaminants. Les effets à long-terme de lextraction critique au niveau des forages de Sistema Lerma et de la dégradation de la qualité des eaux souterraines par les contaminants, nécessite une grande attention pour le futur.

     

Vinciennite and Cu-excess tennantite from the Layo (Cu,Sn, As,Au) epithermal deposit (Southern Peru)

Summary The Layo epithermal deposit, cutting Miocene-Pliocene calc-alkaline volcanites of the Tacaza group, includes a well-developed eastern zone (Vetas 7 and 8) in which brecciated and banded textures are associated with a large, intensely argillized zone containing diaspore and alunite. The vetas contain a typical Cu-As mineralogy of the acid-sulfate type (pyrite, enargite, Cu-excess tennantite, chalcopyrite, covellite) with an associated original stanniferous paragenesis including vinciennite and mawsonite. The vinciennite is close to the ideal end-member (Cu₁₀Fe₄SnAsS₁₆) and the Cu-excess tennantite (Cu₁₁FeAs₄S₁₃) shows a total absence of Zn and Ag; its very specific chemical composition suggests that all the iron is Fe³⁺, equilibrated by Cu⁺ and probably minor Cu²⁺.This particular mineralogical association implies deposition at relatively low temperature (300°C) and high aS₂ (10^–6.5 decreasing to 10^–8.5), from a Cu-S-rich and Fe-Zn-poor fluid. The acid-sulfate epithermal mineralization of the eastern vetas of Layo appears to have preceded an adularia-sericite epithermal mineralization expressed in the western vetas of Layo and also in the nearby large epithermal veins at Orcopampa and Shila. It also supports the genetic relationship that is commonly evoked between porphyry copper and epithermal deposits.

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Le minéralogie originale à vinciente et tennantite riche du gisement épithermal (Cu, Sn, As, Au) de Layo (Sud Péru)

Résumé Le gîte épithermal de Layo est encaissé dans les volcanites calco-alcalines Miocène-Pliocène du groupe de Tacaza. Sa zone orientale renferme des corps minéralisés (Vetas 7 et 8) bien développés, à textures bréchiques et rubanées associées à une large zone intensément argilisée contenant diaspore et alunite.Les vetas présentent une association minéralogique à As-Cu typique des gisements acide-sulfate (pyrite, énargite, tennantite riche en cuivre, chalcopyrite, covellite) et une paragenèse stannifère originale renfermant vinciennite et mawsonite. La vinciennite est proche du pôle théorique (Cu₁₀Fe₄SnAsS₁₆) et la tennantite riche en Cu (Cu₁₁FeAs₄S₁₃) est dépourvue de Zn et de Ag; sa composition chimique suggère que tout le fer se présente sous la forme Fe³⁺, en équilibre avec Cu⁺, avec probablement une participation mineure de Cu²⁺.Cette association minéralogique particulière implique une mise en place sous forte fugacité en soufre (aS₂ = 10^–6.5 décroissant jusqu'à 10^–8.5) à une température relativement basse de l'ordre de 300°C à partir d'un fluide riche en Cu et S et pauvre en Fe et Zn. La minéralisation de type acide-sulfate des vetas orientales de Layo précéderait celles de type adulaire-sericite des vetas occidentales de Layo et des gisements voisins de Orcopampa et Shila. Elle contribue à renforcer le lien fréquemment évoqué entre les porphyres cuprifères et les gisements épithermaux.

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With 10 Figures     

Le problèe des intrusions marginales

Résumé L'auteur rappelle les caractéristiques des manifestations éruptives basiques dans les orogénes profonds et se propose de rechercher leur signification dans les orogénes catazonaux à la lueur des domaines monocycliques de type catazonal profond du SW de la Norvége. Le fait dominant est l'impossibilité de faire venir ces intrusions basiques des parties situées sous les masses anorthositiques qui forment le sous-bassement de l'édifice tectonique; leur mise en place ne peut se faire que par voie latérale en empruntant les grandes surfaces horizontales liées á la structure en plis couchés, grâce auxquels s'édifient les orogénes profonds. Ces intrusions latérales sont liées á la constitution d'un orogéne «fondamental», c'est-a-dire d'un orogéne établi directement sur le craton océanique en bordure d'un domaine continental, avec évolution conduisant á un orogéne de type catazonal profond (Grundgebirge s.s.). Les conditions particuliéres engendrées au cours de la phase paroxysmale de l'orogenése déterminent la formation de magmas sur la marge de l'oroge tournée vers le craton océanique: ces magmas sont la source des intrusions «marginales» dans l'oroge; dans la partie profonde de l'orogéne, ils sont du type plagioclasique et donnent ainsi naissance aux tréfonds anorthositiques qui, avec les intrusions marginales, sont la marque des orogénes fondamentaux.

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Zusammenfassung Der Autor bringt die Merkmale des basischen Magmatismus in den Tiefen der Orogene in Erinnerung, um dann an Hand der monozyklischen tief-katazonalen Gebiete Südwestnorwegens ihre Bedeutung für den katazonalen Bau der Orogene zu untersuchen. Das hervorstechendste Merkmal ist, daß man diese basischen Intrusionen nicht aus den Bereichen unter den anorthositischen Massen beziehen kann, die die Unterlage des tektonischen Baues bilden; sie können nur von der Seite her eingedrungen sein, und zwar mit Benützung der großen Horizontalflächen, die mit den liegenden Falten verknüpft sind, woraus sich die Tiefen der Orogene aufbauen. Diese seitlichen Intrusionen sind an die Bildung eines Fundamental-Orogens gebunden, das heißt eines unmittelbar auf dem ozeanischen Kraton am Rande eines Kontinents gebildeten Orogens, dessen Entwicklung zu einem Orogen von tief-katazonalem Typus (Grundgebirge s.s.) führt. Die besonderen beim Paroxysmus der Orogenese hervorgerufenen Zustände verursachen die Bildung von Magmen am gegen den ozeanischen Kraton gerichteten Rand des Orogens, und diese Magmen sind die Quelle der Marginal-Intrusionen; in den Tiefen der Orogene sind sie plagioklasisch, und aus ihnen bildet sich der anorthositische Unterbau, der zusammen mit den Marginal-Intrusionen das Kennzeichen der Fundamental-Orogene ist.

     

Paléo-bactéries et minéralisations plombo-zincifères du Bled Zelfane (tunisie centrale)

Résumé Le Bled Zelfane est un synclinal mio-pliocène sur la bordure septentriono-orientale de l'ile de Kasserine. L'ile de Kasserine est une plate-forme devenue insulaire à partir du Crétacé supérieur et restée émergée jusqu'au Miocène moyen. Ce môle a été soumis apparemment pendant sa période continentale à un climat oxydant de type méditerranéen relativement sec. On note une certaine diversification dans la nature des dépôts en zones basses (secteur de Kasserine) et en zones hautes (secteur du Bled Zelfane). En zones basses, la sécheresse climatique a favorisé la formation de dépôts de gypse, d'argiles rouges et de calcrêtes. En zones hautes, une érosion par lessivage acide a créé des dépressions karstiques dans les calcaires du Crétacé supérieur (Aïn Khamouda) et dans les calcaires du Maëstrichtien (Sidi Mabrouk et Guémata). Le remplissage des cavités karstiques (poches, crevasses) s'est fait avec de l'argile blanche (halloysite), contenant des micro-cristaux de galène, avec de la calamine et des oxydes de fer. Les conditions climatiques étaient trop oxydantes pour que le zinc se dépose autrement que sous forme de calamine. Elles expliquent aussi la présence de paléo-algobactéries (aérobies) sur la calamine. La présence de micro-cristaux de galène dans l'halloysite serait liée à un sulfuretum et non à des conditions réductrices réelles. Il semble en effet que dans ces karsts du Bled Zelfane une flore bactérienne très riche a joué un rôle essentiel dans le piégeage d'éléments lourds et notamment dans la genèse de galènes supergènes et dans la cristallisation de la calamine. Une minéralisation, elle aussi plombo-zincifère, de type stratiforme, s'observe à la base de Miocène inférieur et montre de même des bactéries fossiles à foison.

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Bled Zelfane is a Mio-Pliocene syncline on the NE edge of the palaeo-island of Kasserine, a platform which became insular at the beginning of the Upper Cretaceous and remained emergent until the Middle Miocene. During its long emergence this platform was affected by an oxidising, relatively dry, Mediterranaean-type climate. There exists a certain diversity in the sedimentary accumulations in both the lower (Kasserine area) and upper (Bled Zelfane area) sectors of this palaeo-relief. In the lower sectors the dry climate has favourised gypsum, red clays and calcrete formation. In the higher sectors erosion and leaching by acid waters has created karstic depressions in the Upper Cretaceous (Aïn Khamouda) and in the limestones of Maestrichtian (Sidi Mabrouk and Guémata). The karst cavities (pockets and fissures) are filled with white, halloysite clays containing micro-crystals of galena associated with calamine (Zn) and iron oxides. The climatic conditions were too oxidising to permit the formation of Zn other than in the form of calamine. The dry climate is also an explanation for the presence of aerobic palaeo-algobacteria on this calamine. The presence of micro-crystals of galena within the halloysite is probably related to a sulfuretum and not to effective reducing conditions. It would seem that the presence of a rich bacterial flora within the karst at Bled Zelfane has played a significant role in the stabilisation of heavy elements, and especially the supergene genesis of the galena. A Lead/Zinc mineralisation also exists at the base of the Miocene. This latter is diffused through the cement in conglomerates and sandstones.

     

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

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

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

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

     

Water-resources reconnaissance of Île de la Gonâve,Haiti

Île de la Gonâve is a 750-km² island off the coast of Haiti. The depth to the water table ranges from less than 30 m in the Eocene and Upper Miocene limestones to over 60 m in the 300-m-thick Quaternary limestone. Annual precipitation ranges from 800–1,400 mm. Most precipitation is lost through evapotranspiration and there is virtually no surface water. Roughly estimated from chloride mass balance, about 4% of the precipitation recharges the karst aquifer. Cave pools and springs are a common source for water. Hand-dug wells provide water in coastal areas. Few productive wells have been drilled deeper than 60 m. Reconnaissance field analyses indicate that groundwater in the interior is a calcium-bicarbonate type, whereas water at the coast is a sodium-chloride type that exceeds World Health Organization recommended values for sodium and chloride. Tests for the presence of hydrogen sulfide-producing bacteria were negative in most drilled wells, but positive in cave pools, hand-dug wells, and most springs, indicating bacterial contamination of most water sources. Because of the difficulties in obtaining freshwater, the 110,000 inhabitants use an average of only 7 L per person per day.

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Resumen La Isla de la Gonavê, cercana a la costa de Haití, tiene 750 km². La profundidad al nivel freático está comprendida entre menos de 30 m para las calcitas del Eoceno y Mioceno Superior y más de 60 m en el acuífero de calcitas cuaternarias, el cual posee 300 m de espesor. La precipitación anual varía entre 800–1.400 mm, si bien la mayor parte se pierde por evapotranspiración y prácticamente no hay aguas superficiales. Según un balance de masas de cloruros, alrededor del 4% de la precipitación recarga el acuífero kárstico. Las cavidades y manantiales son una fuente habitual de agua. Los pozos excavados proporcionan agua en las áreas costeras. Pocos pozos productivos se han perforado a más de 60 m. El reconocimiento de los análisis de campo indica que las aguas subterráneas son de tipo bicarbonatado-cálcico en el interior, mientras que es de tipo clorurado-sódico en la costa, donde se sobrepasan las concentraciones recomendadas por la Organización Mundial de la Salud para sodio y cloruro. Los ensayos efectuados para detectar la presencia de bacterias productoras de sulfuro de hidrógeno resultaron negativos en la mayoría de los pozos perforados, pero fueron positivos en la muchos manantiales explotados y en todos los manantiales, cavidades y pozos excavados, hecho que indica la contaminación bacteriana de la mayor parte de fuentes de agua. Debido a las dificultades para obtener agua dulce, los 110.000 habitantes utilizan una media de sólo 7 L por persona al día.

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Résumé LÎle de la Gonâve est une île de 750 km² au large de la côte dHaïti. La profondeur de la nappe varie entre moins de 30 m dans les calcaires de lÉocène et du Miocène supérieur à plus de 60 m dans les calcaires quaternaires épais de 300 m. Les précipitations annuelles sont comprises entre 800–1.400 mm. La plus grande partie des précipitations est perdue par évapotranspiration et il ny a pratiquement pas deau de surface. Le bilan de masse des chlorures permet destimer à 4% des précipitations le montant de la recharge de laquifère karstique. Des bassins dans les grottes et des sources sont la source deau courante. Des puits creusés à la main fournissent de leau dans les zones côtières. Quelques puits productifs ont été forés dépassant 60 m de profondeur. Lanalyse des reconnaissances de terrain indique que les eaux souterraines à lintérieur de lîle sont de faciès bicarbonaté calcique, tandis que leau près de la côte a un faciès chloruré sodique dépassant les valeurs recommandées par lOMS pour le sodium et les chlorures. Des tests pour la présence de bactéries productrices dhydrogène sulfuré se sont révélés négatifs dans la plupart des forages, mais positifs dans la plupart des sources captées et tous les autres sources, bassins de grottes et puits creusés à la main, ce qui indique une contamination bactérienne de la plupart des sources deau. Du fait des difficultés pour sapprovisionner en eau douce, les 110.000 habitants utilisent en moyenne seulement 7 L par personne et par jour.

     

Minéralisations plombo-zincifères et phénomène karstique Exemple tunisien: Le gisement du Djebel Hallouf

Resume Le cadre du gisement du Djebel Hallouf est le domaine externe de la chaîne nord-africaine. Les gisements plombo-zincifères de cette région se rapportent à deux types: concentrations liées aux strates du Miocène, concentrations en corps discordants sur les calcaires du Sénonien, substratum local de ce Miocène. Les gisements contigus de Sidi Bou Aouane et du Djebel Hallouf appartiennent respectivement au premier et au deuxième type. Les effets du phénomène karstique peuvent être observés à Bou Aouane mais surtout au Djebel Hallouf où la totalité de la minéralisation sulfurée provient du remplissage d'un réseau karstique. Les cavités qui se sont développées à partir de fractures ont été en partie colmatées par des dépôts chimiques ou par les produits de leur remaniement. L'association minérale qui en résulte consiste en calcite, blende, galène, jordanite et pyrite en microsphères. La source des métaux lourds participant au remplissage des cavités doit être recherchée dans l'altération superficielle de minéralisations plombo-zincifères liées aux strates du Miocène.

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The geological setting of the Djebel Hallouf ore-body is the external zone of the North-African alpine belt: this unit has been involved in miocene tangential tectonics and then in the Plio-Quaternary plastic and brittle deformations. In this region, the Pb-Zn deposits are distributed between two different types: strata-bound concentrations in post-nappe Miocene, unconformable concentrations cutting Senonian limestones, the local basement of the Miocene. The adjoining ore-bodies at Sidi Bou Aouane and Djebel Hallouf belong respectively to the first and to the second type. Results of karstic processes can be observed at Sidi Bou Aouane, but are best displayed in the Djebel Hallouf mine where the sulphide mineralisation as a whole originated from karstic net filling. Cavities derived from joints were partially clogged up by chemical deposits or products of their subsequent reworking. The resulting mineral association consists of: calcite, sphalerite, galena, jordanite and pyrite as micro-spheres. These various minerals are found as incrustations on the cavities floor, walls and ceiling; in certain cases, they alternate with micro-crystalline calcite precipitates. They are also found within layered sediments issued from reworking of the former deposits, as well as in the concentric rings of stalactites. The cave-filling base metals must be considered as the result of the meteoritisation (remobilization by surface processes) of the Pb-Zn post-nappe Miocene strata-bound ore-bodies. The Djebel Hallouf concentrations are one instance among many others of sulphides in karstic network filling. The fact that the whole concentration results from such a process is worth to be pointed out, because the reality of karstic reworking is often recognized only when concentrations of obvious origin can be seen; and the importance of this process is nearly always restricted to such an object.

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Laboratoire associé au C.N.R.S. n^o 65 «Etude des concentrations métallifères et de leur genèse».     

Betekhtinite and bi-sulfosalts from the copper mine of „La Leona“ (Argentina)

The copper deposit La Leona consists of ore veins in a granite batholite which intruded into Permian sediments. In these veins the following minerals are observed: pyrite, sphalerite, chalcopyrite, galena, betekhtinite, two Bisulfosalts, electrum, bornite, chalcocite, enargite, tennantite, Zn-Fahlerz, cuprite, delafossite, molybdenite, hematite and iron hydroxides, and copper carbonates with quartz and iron carbonates as gangue. The betekhtinite, (CuFe)₁₀Pb S₆, found for the first time in Argentina, the Zn-Fahlerz and the sulfosalts (Cu_3.2Bi_1.2Pb_1.2S_8.5) and (Cu_9.3Bi_1.1S_6.8) were studied in detail under the microscope, by X-rays and by microprobe. Specifically, the paragenesis of these three minerals with galena, chalcocite and bornite is discussed.

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Résumé Le gisement de cuivre de la mine «La Leona» est formé de filons de minerais recoupant un batholite granitique qui a fait intrusion dans des sédiments permiens. Les minéraus suivants ont été observés: pyrite, blende, chalcopyrite, galène, bétekhtinite, deux sulfosels de Bi, électrum, bornite, chalcosine, énargite, tennantite, «Zn-Fahlerz», cuprite, delafossite, molybdénite, hématite et hydroxydes de fer, des carbonates de cuivre, dans une gangue de quartz et de carbonates de fer. La bétekhtinite (Cu Fe)₁₀Pb S₆, trouvée pour la première fois en Argentine, le «Zn-Fahlerz» et les sulfosels (Cu_3.2Bi_1.2Pb_1.2S_8.5) et (Cu_9.3Bi_1.1S_6.8) ont été spécialement étudiés à l'aide de la microscopie, de la diffraction des rayons-X et de la microsonde. La paragénèse formée par ces trois mineraux associés à la galène, la chalcosine et la bornite est discutée.

     

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.

     

Determination of aquifer roof extending under the sea from variable-density flow modelling of groundwater response to tidal loading: case study of the Jahe River Basin,Shandong Province,China

The main task of studies on salt-water intrusion into coastal confined aquifers is to predict the position of the fresh- salt-water interface, which can be determined from the length of the aquifer roof extending under the sea. Records of groundwater level affected by tides can be used to infer hydrological conditions and determine hydraulic parameters of an aquifer extending under the sea. In this paper, a three-dimensional, variable-density groundwater flow model has been developed to determine the equivalent roof length of an aquifer extending under the sea from the tidal-effected data of groundwater level in the Jahe River Basin, Shandong Province, China. The seaward boundary is obtained by converging hydraulic head fluctuations observed in drill holes with calculated values, and the aquifer parameters in the extending zone are estimated. The impacts of aquifer roof length and aquifer parameters on the fluctuation of tidal groundwater are studied. It is concluded that the length of the aquifer roof extending under the sea should correspond with certain aquifer parameters in the extrapolation zone. Therefore, the seaward boundary determined from tidal-effect information is the equivalent boundary in hydrodynamic characteristics rather than the true boundary of the confined aquifer

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Resumen El principal objetivo de los estudios sobre intrusiones de agua salada en acuíferos costeros confinados es predecir la posición de la interfase agua dulce-agua salada, la cual puede determinarse a partir de la longitud del techo del acuífero que se extiende por debajo del mar. Los registros de niveles de agua subterránea afectados por las mareas puede utilizarse para inferir las condiciones hidrológicas y determinar los parámetros hidráulicos de un acuífero que se extiende por debajo del mar. En este artículo se ha desarrollado un modelo de flujo tri-dimensional de agua subterránea de densidad variable para determinar la longitud del techo equivalente de un acuífero que se extiende por debajo del mar a partir de datos, afectados por la marea, de niveles de agua subterránea en la Cuenca del Río Jahe, Provincia Shandong, China. El límite hacia el océano se obtiene por convergencia de fluctuaciones de presiones hidráulicas observadas en pozos con valores calculados, y se estiman los parámetros del acuífero en la zona extendida. Se estudian los impactos de la longitud del techo del acuífero y los parámetros del acuífero en la fluctuación del agua subterránea afectada por las mareas. Se concluye que la longitud del techo del acuífero que se extiende por debajo del mar debería corresponder con ciertos parámetros del acuífero en la zona de extrapolación. Por lo tanto, el límite hacia el océano determinado a partir de información de efectos de marea es el límite equivalente en características hidrodinámicas más que el límite real del acuífero confinado.

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Résumé Les sujets principaux des études dinstrusion saline dans les aquifères confinés en zone côtière sont la prédiction de la position de linterface entre leau salée et leau fraîche, qui peut être déterminée à partir de lextention du toit de laquifère sous la mer. Les enregistrements des niveaux des eaux souterraines influencés par les marées peuvent être utilisés pour préciser les conditions hydrologiques et déterminer les paramètres hydrauliques dun aquifère possédant une extension sous la mer. Dans cet article, un modèle tridimensionnel comprenant des eaux souterraines de densité variable a été développé pour déterminer la longueur équivalente du toit dun aquifère qui sétend sous la mer à partir des données concernant les effets de marée sur les eaux souterraines dans le bassin de la rivière Jahe, dans la province de Shandong, Chine. La limite de salinité est déterminée en faisant converger les fluctuations des hauteurs piézométriques avec les valeurs calculées, et les paramètres de laquifère sont estimés dans la zone sétendant sous la mer. Lincidence de la longueur de laquifère sous la mer sur les fluctuations des niveaux est étudiée. On en conclut que la longueur du toit de laquifère sous la mer peut correspondre à certains aquifères paramètres dans la zone dextrapolation. Par conséquent, la limite de salinité déterminée à partir des effets de marée est léquivalent dune limite hydrodynamique plutôt que la véritable limite de laquifère.

     

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

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

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

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

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

     

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

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

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

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

     

A local-scale groundwater flow model for groundwater resources management in Dakhla Oasis,SW Egypt

Dakhla Oasis is located in the Western Desert of Egypt. Groundwater exploited from the Nubian Sandstone aquifer is the only available water resource in this area. This resource has been heavily exploited since 1960, which has led to a substantial decline in the potentiometric surface of the aquifer. A regional numerical groundwater flow model, calibrated under unsteady-state conditions, has been developed and used to investigate the hydrodynamic impacts of different groundwater management options on the potentiometry of the aquifer. To account for local details and to allow a precise analysis of pumping and the resulting drawdown in Dakhla Oasis, a local-scale model was developed by refining the grid cells in the calibrated regional model. The local-scale model gave a detailed picture about the expected drawdown due to the different groundwater management options in the next 100 years. The simulated results indicated that the planned increase in groundwater extraction will have a major impact on groundwater flow patterns in the whole area located southwest of Dakhla Oasis.

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Resumen El oasis Dakhla está situado en el gran desierto occidental de Egipto. El agua subterránea que se extrae del acuífero de roca arenosa nubia es la única fuente de agua disponible en esta área. Este recurso ha sido explotado en medida considerable desde 1960. Este hecho he causado una disminución sustancial en la superficie potenciométrica del acuífero. Se ha desarollado un modelo de flujo de agua subterránea numérico regional calibrado bajo condiciones de estado variable. Este modelo se ha utilizado para investigar el impacto hidrodinámico que diferentes opciones de manejo de aguas subterráneas tienen sobre la potenciometría del acuífero. Se desarolló un modelo de escala local mediante el refinamiento de las células de malla en el modelo regional calibrado con el objecto de involucrar los detalles locales y de permitir un análisis preciso del bombeo y disminución del nivel de aqua resultante en el oasis Dakhla. El modelo de escala local proporcionó un imagen detallada de la disminución de nivel esperada según las diferentes opciones de manejo de agua subterranea en los próximos 100 años. Los resultados simulados indican que el incremento de extración planificado en la agua subterránea tendrá un gran impacto en el patrón de flujo de agua subterranea en toda el area ubicada al suroeste del oasis de Dakhla.

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Résumé Loasis de Dakhla est située dans la partie occidentale du désert dÉgypte. La seule source deau disponible dans la région provient de lexploitation de laquifère gréseux de Nubian. Cette ressource a largement été exploitée depuis 1960, résultant en la diminution significative de la surface piézométrique de laquifère. Un modèle numérique découlement régional de leau souterraine, calibré en régime transitoire, a été développé et utilisé afin détudier les impacts hydrodynamiques de différents scénarios de gestion de laquifère sur la surface piézométrique. Afin dinclure les particularités locales et de réaliser une analyse précise du pompage et du rabattement qui y est associé dans lOasis de Dakhla, un modèle local découlement a été développé en raffinant le maillage dans le modèle régional préalablement calibré. Le modèle local découlement fournit une image détaillée du rabattement prévu pour les cent prochaines années selon les différents scénarios de gestion de laquifère. Les résultats obtenus par simulation numérique indiquent que laugmentation prévue dans lexploitation de leau souterraine aura un impact majeur sur les patrons découlement de leau souterraine dans toute la région située au sud-ouest de loasis de Dakhla.