Simulating the impacts of groundwater pumping on stream–aquifer dynamics in semiarid northwestern Oklahoma,USA

Visual MODFLOW, a numerical groundwater flow model, was used to evaluate the impacts of groundwater exploitation on streamflow depletion in the Alluvium and Terrace aquifer of the Beaver-North Canadian River (BNCR) in northwestern Oklahoma, USA. Water demand in semi-arid northwestern Oklahoma is projected to increase by 53% during the next five decades, driven primarily by irrigation, public water supply, and agricultural demand. Using MODFLOW’s streamflow routing package, pumping-induced changes in baseflow and stream leakage were analyzed to estimate streamflow depletion in the BNCR system. Simulation results indicate groundwater pumping has reduced baseflow to streams by approximately 29% and has also increased stream leakage into the aquifer by 18% for a net streamflow loss of 47%. The magnitude and intensity of streamflow depletion, however, varies for different stream segments, ranging from 0 to 20,804 m³/d. The method provides a framework for isolating and quantifying impacts of aquifer pumping on stream function in semiarid alluvial environments.

---

Résumé  Visual MODFLOW, un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines, a été utilisé pour évaluer les impacts de l’exploitation de l’eau souterraine sur la réduction du régime de la rivière dans un aquifère d’alluvions et de terrasse de la Rivière canadienne Beaver-North (BNCR) au nord-ouest de l’Oklahoma, aux USA. La demande d’eau dans le nord-ouest semi-aride de l’Oklahoma devrait augmenter de 53% durant les cinq prochaines décennies, essentiellement du fait de l’irrigation, la demande en eau potable et la demande agricole. En utilisant le module numérique traitant les rivières dans MODFLOW, les changements sur le régime de base des cours d’eau induits par le pompage et la recharge par la rivière ont été analysés pour estimer la réduction du régime de la rivière du système BNCR. Les résultats de la simulation indiquent que le pompage de l’eau souterraine réduit le débit de base de la rivière de 18% pour une perte nette du débit de la rivière de 47%. L’importance et l’intensité de la réduction du débit de base, toutefois, varie selon le bief, de 0 à 20,840 m³/d. La méthode apporte un cadre pour isoler et quantifier les impacts sur le pompage de l’aquifère sur le fonctionnement de la rivière dans un environnement alluvial semi-aride.

---

Resumen  El Visual MODFLOW, que es un modelo numérico de flujo de agua subterránea, fue usado para evaluar los impactos de la explotación del agua subterránea, en la disminución de la cantidad de flujo de una corriente superficial, relacionada al acuífero del aluvión y de la terraza del Río canadiense Beaver-North (BNCR) en Oklahoma del noroeste, EUA. Se proyecta que la demanda de agua aumentará en un 53%, en el sector semiárido de Oklahoma del noroeste, durante las próximas cinco décadas, principalmente debido a la irrigación, suministro de agua público, y la demanda agrícola. Mediante el uso del paquete especial para relaciones corriente superficial- acuífero (SFR) de MODFLOW, se analizaron cambios inducidos por el bombeo, tanto en el flujo base, como en el goteo del río, para estimar la disminución del flujo de la corriente en el sistema de BNCR. Los resultados de la simulación indican, que el bombeo de agua subterránea ha reducido el flujo base a los arroyos aproximadamente en un 29% y también ha aumentado el goteo del arroyo hacia el acuífero en 18%, resultando una pérdida neta del flujo del río de un 47%. La magnitud e intensidad de la disminución del flujo del río, sin embargo, varía en sus diferentes segmentos, oscilando de 0 a 20,804 m³/d. El método suministra un marco, para aislar y cuantificar los impactos del bombeo del acuífero, sobre el funcionamiento de una corriente superficial en los ambientes aluviales semiáridos.

     

Analysis of radial movement of an unconfined leaky aquifer due to well pumping and injection

Radial movement of an unconfined leaky aquifer was studied with respect to hydraulic forces that are induced by well recharge and discharge. New analytic solutions in the velocity and displacement fields were found and applied to describe transient movement in an unconfined leaky aquifer. Linear momentum and mass balance of saturated porous sediments, the Darcy-Gersevanov law, and the analytic solution of hydraulic drawdown for unsteady flow within the unconfined leaky aquifer were introduced to find the new solutions. Analytic results indicate that the nonlinear relation between the initial hydraulic head (h₀) and the well function has an insignificant effect on the aquifer transient movement when the drawdown s<0.02h ₀. When the well function is simplified with different assumptions and pumping conditions, the new solutions correspondingly reduce to cases that are similar to the Hantush-Jacob, Muskat, and Theis transient movement of a confined leaky aquifer. It was found that large leakance is important in slowing radial movement and reducing aquifer deformation. Flow velocity in the aquifer is more responsive to leakance than to cumulative displacement within the aquifer. The zones and boundary with tensile stress can be located using the same approach applied to a confined aquifer for risk assessment of earth fissuring.

---

Résumé Le mouvement radial dans un aquifère semi-perméable libre a été étudié en considérant les forces hydrauliques induites par la recharge et le prélèvement au niveau d’un puits. De nouvelles solutions analytiques des champs de vitesse et de déplacement ont été trouvées et appliquées pour décrire le mouvement transitoire dans un aquifère semi-perméable libre. Pour trouver les nouvelles solutions, le moment linéaire et le bilan de masse dans les sédiments poreux saturés, la loi de Darcy-Gersevanov, et la solution analytique du rabattement hydraulique pour un écoulement transitoire dans un aquifère semi-perméable libre sont pris en compte. Les résultats analytiques montrent que la relation non-linéaire entre le potentiel hydraulique initial (h₀) et la fonction de puits a un effet insignifiant sur le mouvement transitoire de l’aquifère quand le rabattements s <0.02h₀. Si la fonction de puits est simplifiée en tenant compte de différentes hypothèses et conditions de pompage, les nouvelles solutions se réduisent en conséquence à des cas similaires au mouvement transitoire dans un aquifère semi-perméable captif selon Hantush-Jacob, Muskat, et Theis. Il s’est avéré qu’une drainance élevée est importante pour le ralentissement du mouvement radial et la réduction de la déformation de l’aquifère. La vitesse d’écoulement dans l’aquifère est plus sensible à la drainance qu’au déplacement cumulé dans l’aquifère. Les zones et la frontière présentant des contraintes de traction peuvent être localisées en utilisant la même approche appliquée à un aquifère captif pour l’évaluation des risques de fissuration du sol.

---

Resumen Se ha estudiado el movimiento radial en un acuífero no confinado con fuga en relación a las fuerzas hidráulicas que son inducidas por la descarga y recarga del pozo. Se encontraron nuevas soluciones analíticas en los campos de desplazamiento y velocidad, las cuales se aplicaron para describir el movimiento transitorio en un acuífero no confinado con fuga. Se han introducido cálculos de balance de masa y momentum lineal de los sedimentos porosos saturados, la Ley Darcy-Gersevanov, y la solución analítica de descenso hidráulico para flujo sin régimen permanente dentro del acuífero no confinado con goteo para encontrar las nuevas soluciones. Los resultados analíticos indican que la relación no lineal entre la presión hidráulica inicial (h₀) y la función del pozo tiene efecto insignificante en el movimiento transitorio del acuífero cuando el descenso s < 0.02h₀. Cuando se simplifica la función del pozo en base a diferentes supuestos y condiciones de bombeo se reducen las nuevas soluciones a casos que son similares a el movimiento transitorio Hantush-Jacob, Muskat, y Theis de un acuífero confinado con goteo. Se encontró que las fugas grandes son importantes en la disminución del movimiento radial y en la reducción de la deformación del acuífero. La velocidad de flujo en el acuífero responde más a las fugas que al desplazamiento acumulativo dentro del acuífero. Pueden localizarse zonas y límites con esfuerzos tensionales usando el mismo enfoque aplicado a acuíferos confinados para evaluación de riesgo de generación de fracturas en el terreno.

---

     

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

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

---

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

---

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

     

Evaluation of the ability of an artificial neural network model to simulate the input-output responses of a large karstic aquifer: the La Rochefoucauld aquifer (Charente,France)

The ability of artificial neural networks (ANN) to model the rainfall-discharge relationships of karstic aquifers has been studied in the La Rochefoucauld karst system, south-west France, which supplies water to the city of Angoulême. A neural networks model was developed based on MLP (multi-layer perceptron) networks and the Levenberg-Marquardt optimization algorithm. Raw rainfall data were used without transformation into effective rainfall. This allowed for the elimination of certain non-verifiable simplifying assumptions and their subsequent introduction into the modeling procedure. The raw rainfall and discharge data were divided into three groups for the training, the validation and the prediction test of the ANN model. The training and validation phases led to a very satisfactory calibration of the ANN model. The attempt to predict discharges showed that the ANN model is able to simulate the karstic aquifer discharges. The shape of the simulated hydrographs was found to be similar to that of the actual hydrographs. These encouraging results make it possible to consider interesting and new prospects for the modeling of karstic aquifers, which are highly non-linear systems.

---

Resumen Se ha estudiado la capacidad de las redes artificiales neurales (ANN) para modelizar las relaciones de lluvia-descarga de acuíferos kársticos en el sistema kárstico La Rochefocauld, al suroeste de Francia, el cual abastece de agua a la ciudad de Angoulême. Se desarrolló un modelo de redes neurales en base a redes MLP (Perceptron Multi-Capas) y el algoritmo de optimización Levenberg-Marquardt. Se utilizaron datos de lluvia sin la transformación hacia lluvia efectiva. Esto permitió la eliminación de ciertos supuestos simplificadores no verificables y su subsiguiente introducción en el procedimiento de modelizado. Los datos brutos de descarga y lluvia se dividieron en 3 grupos para la preparación, validación y la prueba de predicción del modelo ANN. Las fases de preparación y validación llevaron a una calibración muy satisfactoria del modelo ANN. El intento por predecir descargas mostró que el modelo ANN es capaz de simular las descargas del acuífero kárstico. Se encontró que la forma de los hidrogramas sintéticos es similar a la de los hidrogramas reales. Estos resultados alentadores hacen posible considerar prospectos nuevos e interesantes para el modelizado de acuíferos kársticos los cuales son sistemas altamente no-lineares.

---

Résumé L’aptitude des réseaux de neurones artificiels (RNA) à modéliser les relations pluie-débit des aquifères karstiques a été évaluée sur le karst de La Rochefoucauld (Sud-Ouest de la France), qui fournit l’eau potable à la capitale régionale Angoulême. Un modèle RNA a été développé à cet effet, basé sur les réseaux PMC (Perceptron Multicouche) et l’algorithme d’optimisation de Levenberg-Marquardt. Les données de pluie utilisées concernent la pluie brute, sans transformation en pluie efficace, ce qui permet de s’affranchir de certaines hypothèses simplificatrices non vérifiables. Les données de pluie brute et de débit ont été réparties en 3 groupes pour l’apprentissage, la validation et le test de prédiction du RNA. Les phases d’apprentissage et de validation ont permis d’aboutir à une calibration très satisfaisante du modèle RNA. La tentative de prédiction a montré que le RNA est apte à simuler les débits de l’aquifère karstique à partir de la pluie brute. La forme des hydrogrammes simulés est semblable à celle des hydrogrammes réels. Les résultats obtenus sont très encourageants et permettent d’envisager des perspectives intéressantes et nouvelles de modélisation des aquifères karstiques, qui sont des systèmes hautement non-linéaires.

     

Estimating groundwater recharge through tills: a sensitivity analysis of soil moisture budgets and till properties in Ireland

The study highlights the dangers of limiting recharge calculations in humid climates to meteorological and soil considerations. It highlights the importance of developing a conceptual understanding of the influence of geology on recharge mechanisms and recharge rates. Uncertainties in recharge estimates through tills are examined by a study of the available literature, combined with sensitivity analyses of soil moisture budget parameters and of hypothetical scenarios of till properties and hydraulic gradients that are realistic for Irish conditions. The sensitivity analyses demonstrate that till properties have a greater influence over recharge than the soil moisture budgeting parameters. Results are considered in terms of recharge coefficients, representing the proportion of effective precipitation that becomes actual recharge to the aquifer. The literature review identifies a range in recharge coefficients from 4% to 90% in selected field and catchment scale studies from bedrock aquifers in Ireland and the U.K. The sensitivity analyses are able to simulate a similar range in recharge coefficient of 2% to 80% by varying only till permeability, thickness and vertical hydraulic gradients. In the scenarios examined, the greatest sensitivity to vertical till permeability lies between 0.001 m/day and 0.01 m/day. The sensitivity to soil moisture budgeting parameters is much less apparent. It is concluded that this is due to the dominance of grassland in Ireland and the relatively wet summers, resulting in the limited development of soil moisture deficits by comparison with some parts of the U.K.

---

Résumé Cette étude met en lumière les dangers résultants de la pratique consultant à limiter les calculs de recharge aux données météorologiques ainsi qu’aux considérations liées au sol. Elle met en lumière l’importance de développer des modèles conceptuels comprenant l’influence de la géologie sur les mécanismes de la recharge et les taux de recharge. Les incertitudes sur les estimations de la recharge à travers les argiles sont examinées à travers les données disponibles dans la littérature, combinées avec une analyse de sensibilité des paramètres du bilan hydrique et des scénarios hypothétiques reprenant les propriétés des argiles et les gradients hydrauliques qui sont réalistes dans le contexte irlandais de l’étude. Les analyses de sensibilité démontrent que les propriétés des argiles ont une plus grande influence sur la recharge que les paramètres du bilan hydrique des sols. Les résultats sont considérés en terme de coefficients de recharge, représentant la proportion de précipitation effective qui devient la recharge réelle de l’aquifère. La littérature identifie des coefficients de recharge allant de 4 à 90% sur des terrains sélectionnés à l’échelle de bassins-versants, sur les aquifères de socle en Irlande et au Royaume-Uni. Les analyses de sensibilité sont capables de simuler une variation aussi large de coefficients de recharge, en ne changeant rien que la perméabilité des argiles, leur épaisseur et les gradients hydrauliques verticaux. Dans les scénarios étudiés, la meilleure sensibilité à la perméabilité verticale se situe entre 0.001 et 0.01 m/jour. La sensibilité au bilan hydrique est beaucoup moins apparente. On en conclut que ceci est du à la dominance des prairies en Ireland et aux étés relativement humides, résultant des déficits en eau des sols relativement modérés en comparaison avec certaines zones du Royaume-uni.

---

Resumen El estudio resalta los peligros de limitar los cálculos de recarga en climas húmedos a las consideraciones meteorológicas y del suelo. Se destaca la importancia de desarrollar un entendimiento conceptual de la influencia de la geología en los mecanismos de recarga y los ritmos de recarga. Se examinan las incertidumbres en los estimados de recarga a través de tills mediante un estudio de la literatura disponible combinado con análisis de sensibilidad de parámetros de balance de humedad del suelo y de escenarios hipotéticos de las propiedades del till y gradientes hidráulicos que son realistas para condiciones típicas de Irlanda. Los análisis de sensibilidad demuestran que las propiedades del till tienen una influencia más grande en la recarga que los parámetros del balance de humedad del suelo. Se consideran los resultados en términos de coeficientes de recarga, representando la proporción de precipitación efectiva que se convierte en recarga real al acuífero. La revisión de literatura identifica un rango de coeficientes de recarga que varía de 4% a 90% en estudios seleccionados de cuencas y escala de campo realizados en acuíferos de macizo rocoso en Irlanda y el Reino Unido. Los análisis de sensibilidad pueden simular un rango similar en los coeficientes de recarga de 2% a 80% al variar únicamente la permeabilidad del till, el espesor y los gradientes verticales hidráulicos. En los escenarios examinados, la relación de sensibilidad más grande con la permeabilidad vertical del till se encuentra entre 0.001 m/día y 0.01 m/día. La sensibilidad en relación a los parámetros del balance de humedad del suelo es mucho menos aparente. Se concluye que esto se debe a la predominancia de tierras con hierba en Irlanda y los veranos relativamente húmedos, lo que resulta en el desarrollo limitado de déficit de humedad de suelo en comparación con algunas partes del Reino Unido.

     

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

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

---

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

---

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

     

Geomechanical model for fracture deformation under hydraulic, mechanical and thermal loads

Hydraulic flow and transport (heat and solute) within crystalline rocks is dominated by the fracture systems found within them. In situ stress conditions have a significant impact on the hydraulic, mechanical and thermal coupled processes, and quantification of these processes provides a key to understanding the often transient time-dependent behaviour of crystalline rocks. In this paper, a geomechanical model is presented which describes fracture closure as a function of effective stress and the changes in parameters such as storage, permeability, porosity and aperture. Allowing the fracture closure to be defined by the change in normal effective stress provides a link to the numerical consideration of parametrical changes due to rock stress alterations caused for example by changes in fracture fluid pressure, stress release, tectonic stress, thermal stress, orientation of the natural fracture in the pervasive stress system and local changes in a rock mass due to stress alteration. The model uses geometrical considerations based on a fractal distribution of apertures on the fracture surface, and applies well-established analytical elastic deformation solutions to calculate the deformation response to changes in effective stress. Analysis of the fractal generation method allows a standard normal distribution of fracture apertures to be predicted for all common fractal dimensions relating to a 2D surface. Changes in the fracture aperture are related to hydraulic functions such as permeability, storage and porosity of the fracture. The geomechanical model is experimentally validated against laboratory scale experimental data gained from the closure of a fractured sample recovered at a depth of 3,800 m from the KTB pilot borehole. Parameters for matching the experimental data were established externally, the only fitting parameters applied were the minimum and maximum contact area between the surfaces and the number of allowable contacts. The model provides an insight into the key processes determining the closure of a fracture, and can act as a material input function for numerical models linking the effects of changes in the stress field, hydraulic or thermal conditions, to the flow and transport parameters of a fractured system.

---

Résumé L’écoulement et le transport (chaleur et soluté) dans les roches cristallines sont dominés par les systèmes de fracture. Les conditions de stress in-situ ont un impact significatif sur l’hydraulique, les processus couplés de mécanique et thermique et la quantification de ces processus apportent une clé pour comprendre le comportement transitoire des roches cristallines. Dans cet article un modèle géomécanique est présenté, modèle qui décrit la fermeture des fractures comme une fonction de la contrainte effective et des changements de paramètres tels le coefficient d’emmagasinement, la perméabilité, la porosité et l’ouverture. En s’accordant que la fermeture des fractures est définit par les changements de la contrainte effective normale, on apporte le lien avec la considération numérique des changements paramétriques dus aux altérations de la contrainte des roches, causés par exemple par des variations de la pression des fluides dans les fractures, du dégagement de la contrainte, des contraintes tectoniques et thermiques, des orientations des fractures naturelles dans le système de contraintes pénétrantes, et des changements locaux dans un massif de roches dus à l’altération des contraintes. Le modèle utilise des considérations géométriques basées sur une distribution fractale des ouvertures à la surface des fractures, et permet d’établir des solutions analytiques de la déformation élastique pour calculer la réponse de la déformation à la contrainte effective. L’analyse de la méthode par génération fractale permet de prédire une distribution normale standard de l’ouverture des fractures, pour toutes les dimensions fractales en relation avec les surfaces 2D. Les changements dans l’ouverture des fractures sont mis en relation avec les fonctions hydrauliques tels la perméabilité, l’emmagasinement et la porosité de la fracture. Le modèle géoméchanique est expérimentalement validé à l’échelle du laboratoire sur un échantillon fracturé récupéré à une profondeur de 3,800 mètres sur le puits du site pilote KTB. Les paramètres du calibrage des données expérimentales ont été établies extérieurement, les seuls paramètres utilisés étant les surfaces de contact minimum et maximum, et le nombre de contacts permis. Le modèle apporte une connaissance perspicace sur le processus clé déterminant la fermeture des fractures, et peut servir de fonction input dans les modèles numériques reliant les effets des variations de la contrainte du terrain, les conditions hydrauliques ou thermales, les paramètres de l’écoulement et du transport et les systèmes de fracture.

---

Resumen El flujo hidráulico y transporte (de calor y solutos) dentro de rocas cristalinas está dominado por los sistemas de fracturas que se encuentran en ellas. Las condiciones de esfuerzos in-situ tienen un impacto significativo en los procesos aparejados termales, mecánicos e hidráulicos y la cuantificación de estos procesos aporta una clave para entender el frecuente comportamiento transitorio dependiente de las rocas cristalinas. En este artículo se presenta un modelo geomecánico que describe el cierre de fracturas en función del esfuerzo efectivo y los cambios en parámetros tal como almacenamiento, permeabilidad, porosidad y apertura. El definir el cierre de fractura mediante el cambio en esfuerzo normal efectivo aporta un vínculo con la consideración numérica de cambios paramétricos ocasionados por alteraciones de esfuerzos en la roca causadas, por ejemplo, por cambios en presión de fluidos en fractura, liberación de esfuerzo, esfuerzo tectónico, esfuerzo termal, orientación de fracturas naturales en el sistema de esfuerzos penetrante, y cambios locales en una masa rocosa ocasionados por alteración de esfuerzos. El modelo utiliza consideraciones geométricas basadas en la distribución fractal de aperturas en la superficie de fractura y aplica soluciones analíticas bien establecidas de deformación elástica para calcular la respuesta de deformación a cambios en el esfuerzo efectivo. Los análisis del método de generación fractal permiten predecir una distribución normal standard para la distribución de aperturas de fracturas para todas las dimensiones fractales comunes que se relacionan con una superficie 2D. Los cambios en la apertura de fractura se relacionan con funciones hidráulicas tal como permeabilidad, almacenamiento y porosidad de la fractura. El modelo geomecánico se ha validado experimentalmente en contra de datos experimentales a escala de laboratorio obtenidos a partir del cierre de una muestra fracturada recuperada a una profundidad de 3,800 m en el pozo piloto KTB. Se establecieron externamente parámetros que se ajustan a los datos experimentales, con los parámetros de ajuste aplicados que fueron el área máxima y mínima de contacto entre las superficies y el número de contactos permisibles. El modelo arroja luz sobre los procesos clave que determinan el cierre de una fractura y puede actuar como un material de función de entrada para modelos numéricos que vinculan los efectos de cambios en el campo de esfuerzos, condiciones termales o hidráulicas, con los parámetros de flujo y transporte de un sistema fracturado.

     

Comparative analysis between analytical approximations and numerical solutions describing recession flow in unconfined hillslope aquifers

Recession flow of aquifers from a hillslope can be described by the non-linear Boussinesq equation. Under strong assumptions and for specific conceptual formulations, different authors derived analytical approximations or linearized versions to this partial differential equation. A comparative analysis between some analytical approximations of the Boussinesq equation and the numerical solution of the recession flow of an unconfined homogeneous aquifer (horizontal, inclined and concave aquifer floor) was carried out. The objective was to define the range where the analytical solutions approximate the numerical solution. The latter was considered in this study as the reference method, because it requires fewer assumptions. From the considered analytical approximations, exponential decay relationships were found to be mainly valid for fine domain materials when horizontal, mild slopes (less than 2%) and concave aquifer floors were considered, but failed to reproduce coarse aquifer numerical model outflows, in contrast to the quadratic decay relationship, which better reproduce outflows in such domains. On the basis of the comparative analysis, it has been found that recession flows obtained with the considered analytical approximations yield similar values only for certain ranges of aquifer properties and geometries.

---

Résumé L’écoulement de décrue dans les aquifères de versant peut être décrit par l’équation non-linéaire de Boussinesq. En considérant d’importantes hypothèses et des formulations conceptuelles spécifiques, différents auteurs ont dérivé des approximations analytiques ou des versions linéarisées de cette équation partielle différentielle. Une analyse comparative entre des approximations analytiques de l’équation de Boussinesq et une solution numérique de la décrue d’un aquifère homogène libre (limite inférieure de l’aquifère horizontale, inclinée et concave) a été effectuée. L’objectif était de définir la plage pour laquelle les solutions analytiques approchent la solution numérique. Cette dernière a été considérée dans cette étude comme la méthode de référence car elle demande moins d’hypothèses. Parmi les approximations analytiques considérées, les relations de décroissance exponentielle se sont avérées être principalement valides pour des matériaux fins lorsque des couches aquifères horizontales, concaves et de pentes douces (moins de 2%) étaient considérées; en revanche, celles-ci n’ont pas réussi à reproduire les écoulements sortants d’un modèle numérique pour un aquifère à matériaux grossiers, contrairement à la relation de décroissance quadratique qui reproduit mieux les écoulements sortants dans de tels milieux. Sur la base de l’analyse comparative, il s’est avéré que les écoulements en décrue obtenus avec les approximations analytiques considérées présentent des valeurs similaires seulement pour certains critères géométriques et propriétés de l’aquifère.

---

Resumen Puede describirse el flujo de recesión de acuíferos de una ladera mediante la ecuación no-lineal de Boussinesq. Bajo fuertes supuestos y para formulaciones conceptuales específicas, distintos autores han derivado aproximaciones analíticas o versiones lineales para esta ecuación parcial diferencial. Se realizó un análisis comparativo entre algunas aproximaciones analíticas de la ecuación de Boussinesq y la solución numérica del flujo de recesión de un acuífero homogéneo no confinado (piso de acuífero cóncavo, inclinado, y horizontal). El objetivo consistió en definir el rango donde las soluciones analíticas aproximan la solución numérica. En este estudio se consideró la solución numérica como el método de referencia debido a que requiere menores supuestos. De las aproximaciones analíticas consideradas se encontró que las relaciones de desintegración exponencial eran principalmente válidas para materiales de ámbitos finos donde se consideraron pisos de acuíferos horizontal, pendientes medianas (menores a 2%) y cóncavos pero fallaron en reproducir flujos de salida de modelos numéricos de ámbito grueso, en contraste con la relación de desintegración cuadrática la cual reproduce mejor los flujos de salida en tales ámbitos. En base al análisis comparativo se encontró que los flujos de recesión obtenidos con las aproximaciones analíticas consideradas aportaron valores similares solo para ciertos rangos de propiedades y geometrías de acuíferos.

     

Effect of sorption intensities on dispersivity and macro-dispersion coefficient in a single fracture with matrix diffusion

Matrix diffusion and sorption are among the key processes impacting the efficiency of natural attenuation in the subsurface. While these processes have been studied extensively in fractured media, limited information exists on the sorption nonlinearity. To address this shortfall, a numerical model has been developed that couples matrix diffusion and nonlinear sorption at the scale of a single fracture using the dual-porosity concept. The study is limited to a constant continuous-solute-source boundary condition. The influence of sorption intensities on dispersivity and macro-dispersion coefficient is investigated using a method of spatial moments. Results suggest that mixing of solutes is significantly lowered by nonlinear sorptive behavior, with respect to the mixing caused by matrix diffusion for linearly sorbing solutes. Also, the magnitude of time dependent dispersivity during the pre-asymptotic regime is lower for nonlinearly sorbing solutes with respect to the linearly sorbing solutes. Reduced mixing is also observed for nonlinearly sorbing solutes under combined mechanisms of matrix diffusion and decay.

---

Résumé Les phénomènes de diffusion et de sorption comptent parmi les processus clés qui influent sur l’atténuation naturelle en subsurface. Si ces processus ont été massivement étudiés en milieu fracturé, il existe en revanche peu d’informations sur la non-linéarité de la sorption. Afin de combler cette lacune, un modèle numérique a été développé ; il couple la diffusion dans la matrice et la sorption non-linéaire à l’échelle d’une fracture unitaire en utilisant le concept de double porosité. La seule condition aux limites fixée pour toute l’étude est une source de soluté constante et continue. L’influence de l’intensité de la sorption sur la dispersivité et sur le coefficient de macro-dispersion est étudié via une méthode utilisant les moments spatiaux. Les résultats suggèrent que les mélanges de solutés sont significativement réduits par les phénomènes de sorption non-linéaires, comparativement aux mélanges causés par la diffusion pour des solutés à sorption linéaire. C’est pourquoi la dispersivité, dépendante du temps, est plus faible pour les solutés à sorption non-linéaire que pour les solutés à sorption linéaire, lors du régime pré-asymptotique. Des mélanges réduits ont également été observés pour des solutés à sorption non-linéaire, sous les mécanismes combinés de diffusion dans la matrice et de dégradation.

---

Resumen La difusión intersticial y la adsorción se encuentran entre los procesos clave que impactan la eficiencia de la atenuación natural en el subsuelo. Mientras que estos procesos se han estudiado extensamente en medios fracturados existe información limitada acerca de la no linealidad de la adsorción. Para abordar esta situación se ha desarrollado un modelo numérico que acopla la difusión intersticial y la adsorción no lineal a la escala de una sola fractura usando el concepto de porosidad doble. El estudio se restringe a condiciones limitantes de fuente de soluto constante y continuo. Se investiga la influencia de las intensidades de adsorción sobre el coeficiente de dispersión-macro y dispersividad usando un método de momentos espaciales. Los resultados sugieren que la mezcla de solutos disminuye significativamente mediante comportamiento de adsorción no lineal, en relación con la mezcla causada por difusión intersticial para solutos con adsorción lineal. Se observa que la magnitud de la dispersividad dependiente del tiempo durante el régimen pre-asintótico es más baja para solutos con adsorción no lineales en relación a los solutos con adsorción lineal. También se observa mezcla reducida para solutos con adsorción no lineal bajo mecanismos combinados de difusión intersticial y desintegración.

     

Use of unit response functions for management of regional multilayered aquifers: application to the North Aquitaine Tertiary system (France)

Although there are many numerical applications used in aquifer management, few methodologies seem to be sufficiently adapted to provide solutions for regional-scale problems. Their applications for multilayered aquifers are also too limited. A new groundwater management tool adapted to such large physical systems has been developed, using the unit response function (URF) approach. This tool is based on the link between a numerical groundwater flow model and a mathematical optimisation tool. Pre- and post processing are based on a geographical information system (GIS). The developed tool has been applied to a real management case—the regional Aquitaine multilayered aquifer (France). A representative hydrodynamic model was built using MODFLOW 2000 code. First tests show that the linearity condition needed for the application of URF methodology is respected despite the high complexity of the system. Two management scenarios were tested. Optimal solutions thus obtained allow for viable exploitation alternatives to be proposed, which integrate complex environmental constraints.

---

Résumé Malgré un nombre important d’applications existant dans le domaine de la gestion des aquifères, peu de méthodologies semblent adaptées pour proposer des solutions à des problèmes réels de dimension régionale. Leurs application pour des systèmes multicouches sont souvent trop limitées. Un outil de gestion adapté à ces systèmes de large taille a été développé, basé sur la théorie des Fonctions de Réponses Unitaires (FRU). Cet outil est basé sur le couplage d’un modèle numérique d’écoulement et d’un code d’optimisation mathématique. Les entrées et sorties du modèle sont réalisées à l’aide d’un Système d’Information Géographique (SIG). L’outil développé est appliqué à un cas de gestion réel—le système aquifère régional multicouche aquitain (France). Un modèle hydrodynamique représentatif a été construit, basé sur le code MODFLOW 2000. Les premiers tests montrent que les conditions de linéarité nécessaires à l’application de la méthode FRU sont respectées, malgré l’importante complexité du système. Deux scénarii de gestion sont testés. Les solutions optimales ainsi obtenues permettent de proposer des solutions d’exploitation alternatives viables, intégrant des contraintes environnementales complexes.

---

Resumen Aunque hay muchas aplicaciones numéricas usadas en la gestión de acuíferos, unas pocas metodologías parecen estar adaptadas suficientemente para dar las soluciones a los problemas de escala regional. También son limitadas sus aplicaciones para los acuíferos multicapa. Se ha desarrollado una nueva herramienta para el manejo del agua subterránea, adaptada a tales sistemas físicos grandes, usando el avance de la Función de Respuesta Unitaria (URF). Esta herramienta se basa en la combinación entre un modelo numérico de flujo de agua subterránea y una herramienta de optimización matemática. El pre-proceso y el post-proceso se basan en un Sistema de Información Geográfico (GIS). La herramienta desarrollada se ha aplicado a un caso real de manejo en el acuífero regional multicapa de Aquitania (Francia). Se construyó un modelo hidrodinámico representativo, que usó el código MODFLOW 2000. Las primeras pruebas muestran que la condición de linearidad, necesaria para la aplicación de la metodología URF, se respeta a pesar de la complejidad alta del sistema. Se probaron dos escenarios de manejo. Las soluciones óptimas así obtenidas permiten la proyección de alternativas viables de explotación, las cuales integran restricciones medioambientales complejas.

     

Remote sensing and GIS for mapping groundwater recharge and discharge areas in salinity prone catchments,southeastern Australia

Identifying groundwater recharge and discharge areas across catchments is critical for implementing effective strategies for salinity mitigation, surface-water and groundwater resource management, and ecosystem protection. In this study, a synergistic approach has been developed, which applies a combination of remote sensing and geographic information system (GIS) techniques to map groundwater recharge and discharge areas. This approach is applied to an unconfined basalt aquifer, in a salinity and drought prone region of southeastern Australia. The basalt aquifer covers ~11,500 km² in an agriculturally intensive region. A review of local hydrogeological processes allowed a series of surface and subsurface indicators of groundwater recharge and discharge areas to be established. Various remote sensing and GIS techniques were then used to map these surface indicators including: terrain analysis, monitoring of vegetation activity, and mapping of infiltration capacity. All regions where groundwater is not discharging to the surface were considered potential recharge areas. This approach, applied systematically across a catchment, provides a framework for mapping recharge and discharge areas. A key component in assigning surface and subsurface indicators is the relevance to the dominant recharge and discharge processes occurring and the use of appropriate remote sensing and GIS techniques with the capacity to identify these processes.

---

Résumé Sur un bassin versant, l’identification des zones d’alimentation et des aires d’émergence des eaux souterraines est capitale pour mettre en œuvre des stratégies de réduction de la salinité, de gestion des eaux souterraines et superficielles, et de protection des écosystèmes. Une approche synergique a été développée, sur la base de recherches existantes pour cartographier de manière systématique les zones de recharge et d'émergence. Elle combine des techniques de télédétection et de Systèmes d’Information Géographique, dans le but de cartographier les zones d’alimentation et d’émergence. Ces techniques ont été appliquées à un aquifère basaltique libre, dans un secteur sujet à la sécheresse et à la salinité du Sud-Est australien. L’aquifère considéré couvre environ 11,500 km² d’une région essentiellement agricole. Un inventaire des processus hydrogéologiques locaux a conduit à l’établissement d’une série d’indicateurs superficiels et subsuperficiels des zones d’alimentation et d’émergence. Plusieurs méthodes de télédétection et de SIG furent alors utilisées pour cartographier ces indicateurs de surface, y compris les analyses de terrain, le suivi de l’activité de la végétation et la cartographie des capacités d’infiltration. Toutes les régions en dehors des zones d'émergence sont considérées commes des zones d'alimentation potentielles. Un des composants clés de l’attribution des indicateurs superficiels et subsuperficiels est la concordance avec les processus majeurs d’alimentation et de prélèvement entrant en jeu, et l’utilisation de méthodes de télédétection et SIG adaptées permettant d’identifier ces processus.

---

Resumen La identificación de áreas de descarga y recarga de agua subterránea es crítica para la implementación de estrategias efectivas relacionadas con mitigación de salinidad, gestión de recursos de agua subterránea y agua superficial, y protección de ecosistemas. En este estudio se ha desarrollado un enfoque sinérgico apoyándose en investigación existente el cual aplica una combinación de técnicas de sistemas de información geográfico (SIG) y sensores remotos para cartografiar áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Este enfoque se aplica a un acuífero de basalto no confinado en una región del sureste de Australia propensa a sequía y salinidad. El acuífero de basalto cubre aproximadamente 11,500 km² en una región con agricultura intensiva. Una revisión de los procesos hidrogeológicos locales permitió el establecimiento de una serie de indicadores superficiales y subterráneos de áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Luego se utilizaron varias técnicas de SIG y sensores remotos para cartografiar estos indicadores superficiales incluyendo: análisis del terreno, monitoreo de la actividad de la vegetación, y cartografiado de la capacidad de infiltración. Todas las regiones donde el agua subterránea no descarga en la superficie fueron consideradas áreas potenciales de recarga. Este enfoque que se ha aplicado sistemáticamente a través de la cuenca aporta un marco para la cartografía de áreas de recarga y descarga. Un componente clave en la asignación de indicadores superficiales y subterráneos lo constituye la relevancia a los procesos dominantes de recarga y descarga que ocurren y el uso de técnicas apropiadas de SIG y sensores remotos con la capacidad para identificar esos procesos.

     

Fracture network characteristics of a deep borehole in the Table Mountain Group (TMG), South Africa

Core samples from an 800-m deep borehole at the Rietfontein Farm, 10 km west of Graafwater, Western Cape, South Africa, were examined and interpreted for the hydrogeological significance of the Table Mountain Group (TMG) in the area. A suite of fracture data was collected and analysed to characterize the aquifer and conceptualize flow in the vicinity of the hole. Based on these data, the hydraulic conductivity, and density and coating intensity (due to precipitation) of the fractures against depth were computed. The dependence of fracture density on depth is very weak, while the intensity of fracture coatings is closely linked to the distribution of hydraulically active fractures that represents the maximum number of fractures currently open to groundwater flow. Four scenarios of depth ranges reflecting the development of hydraulically active fractures are proposed as a depth model of groundwater flow, implying that the majority of groundwater exists above 400 m depth. The top of the hydraulically inactive fracture zone clearly indicates that no groundwater flow could take place below a depth of about 570 m. The depth model gives a better understanding of the properties of the aquifers in the area and improves conceptual models, considering the lower limit of aquifer depth in particular.

---

Résumé Des carottes issues d’un forage profond de 800 m, situé à la ferme Rietfontein à 10 km à l’ouest de Graafwater au Cap Ouest en Afrique du Sud, ont été examinées et analysées dans le cadre de l’étude de l’importance hydrogéologique du Table Mountain Group (TMG) dans la zone. Un ensemble de données de fracture a été collecté et analysé afin de caractériser l’aquifère et de conceptualiser l’écoulement aux alentours du puits. A partir de ces données, la conductivité hydraulique, la densité et l’intensité du remplissage des fractures (causé par la précipitation) ont été calculées en fonction de la profondeur. La relation entre la densité de fracture et la profondeur est faible, alors que l’intensité du remplissage des fractures est intimement liée à la distribution des fractures hydrauliquement actives qui sont définies par le nombre maximum de fractures ouvertes à l’écoulement de l’eau souterraine. Quatre scenarii avec différentes profondeurs représentant le développement de fractures hydrauliquement actives sont proposés comme modèle de la profondeur de l’écoulement souterrain en supposant que la majorité de l’eau souterraine se situe au dessus de 400 m de profondeur. La partie supérieure de la zone de fractures hydrauliquement inactives montre clairement qu’aucun écoulement souterrain ne pourrait avoir lieu en dessous de 570 m de profondeur. Le modèle de profondeur permet une meilleure compréhension des propriétés aquifères dans la zone et améliore les modèles conceptuels en particulier du fait qu’il prenne en compte la limite inférieure de l’aquifère.

---

Resumen Se han examinado e interpretado testigos de un sondeo de 800 m realizado en la Granja Rietfontein, situada a 10 km al Oeste de Graafwater, Western Cape, Sudáfrica, para estudiar la importancia hidrogeológica del Grupo Table Mountain (TMG) en el área. Un conjunto de datos de fracturas fueron recogidos y analizados para caracterizar el acuífero y conceptualizar el flujo en las cercanías de la perforación. Basándose en estos datos, se computerizaron la conductividad hidráulica y la densidad y relleno de las fracturas (debida a precipitación) frente a su profundidad. La dependencia de la densidad de fracturación con la profundidad es muy débil, mientras que el relleno de la fractura está directamente ligada con la distribución de las fracturas hidráulicamente activas que representan el máximo número de fracturas abiertas actualmente al flujo de aguas subterráneas. Se propone cuatro escenarios de rangos de profundidad que reflejan el desarrollo de fracturas activas hidráulicamente, como un modelo de profundidad del flujo del agua subterránea que implica que la mayor parte del agua subterránea se encuentra por encima de los 400 m de profundidad. La parte superior de la zona de fracturas hidráulicamente inactivas indica claramente que el flujo del agua subterránea puede producirse por debajo de una profundidad de unos 570 m. El modelo de profundidades ofrece una mejor comprensión de las propiedades de los acuíferos en el área y mejora los modelos conceptuales considerando el límite inferior de la profundidad del acuífero en particular.

     

Determination of specific yield using a water balance approach – case study of Torla Odha watershed in the Deccan Trap province, Maharastra State, India

Specific yield is an essential parameter for any groundwater management plan. Volumetric analysis in the domain of groundwater budgeting for the non-monsoon months has been undertaken for a typical watershed of the Deccan basalt province. The Torla Odha watershed covers an area of over 22 km² on a third-order tributary of the westerly flowing Bhima River. The watershed receives a normal annual rainfall of 643 mm. The entire water demand is supplied by dug wells, which penetrate a shallow aquifer. The specific yield was estimated by comparing the monthly net volume of water removed from the aquifer, with the volume of aquifer de-saturated, based on monthly water level data. The estimated specific yield ranges from 0.0019 in May to 0.0173 in November with an average value of 0.0093. A correlation of the groundwater levels with the detailed geology suggests that the higher specific yield value (0.017) corresponds to dewatering of the weathered zone within the shallow aquifer. The specific yield of the massive basalt immediately below the weathered zone varies from 0.0089 to 0.0103. The underlying vesicular basalt, which is dissected by sheet joints, has a relatively higher specific yield (0.0121). The massive basalt, which forms the base of the shallow aquifer system, has a lower specific yield from 0.0019 to 0.0022.

---

Résumé Le débit spécifique est un paramètre essentiel pour tout plan de gestion des eaux souterraines. Les analyses volumétriques, dans le cadre des bilans hydriques des eaux en dehors des mois de mousson, ont été entreprises pour un bassin-versant typique de la province basaltique du Deccan. Le bassin-versant du Torla Odha couvre une superficie de 22 km², et alimente l’affluent du troisième ordre de la rivière Bhima, qui coule vers l’Ouest. La pluviométrie annuelle atteint 643 mm. Toute la demande en eau es assurée par des puits foncés pénétrant dans l’aquifère phréatique. Le débit spécifique a été estimé en comparant le volume net mensuel d’eau captée dans l’aquifère, avec le volume de l’aquifère dé-saturé, basé sur les données des niveaux piézométriques mensuels. Le débit spécifique estimé s’étend entre 0,0019 en Mai et 0.173 en Novembre; la moyenne se situe à 0,0093. Une corrélation entre les niveaux des eaux souterraines et la géologie, suggère que les débits spécifiques les plus importants (0,017) correspondent aux zones altérées de l’aquifère phréatique. Le débit spécifique du massif basaltique, immédiatement sous la zone altérée, varie entre 0,0089 et 0,0103. Le basalte vésiculaire, situé juste en dessous et traversé par des diaclases parallèles, possède un débit spécifique sensiblement plus élevé (0,0121). Le basalte massif, qui forme la base de l’aquifère phréatique, possède un débit spécifique moins important, compris entre 0,0019 et 0,0022.

---

Resumen El rendimiento específico es un parámetro esencial para cualquier plan de manejo de aguas subterráneas. Se ha llevado a cabo el análisis volumétrico, en el entorno de balance de aguas subterráneas, para los meses sin monzón de una cuenca típica de la provincia de basaltos Deccan. La cuenca Rorla Odha cubre un área de 22 km² en un tributario de tercer orden del Río Bhima que fluye al oeste. La cuenca capta una lluvia anual normal de 643 mm. La totalidad de la demanda de agua es abastecida por pozos manuales que penetran un acuífero somero. Se estimó el rendimiento específico al comparar el volumen neto mensual de agua removido del acuífero con el volumen de agua de-saturado estimado a partir de datos de niveles de agua mensuales. Los valores estimados de rendimiento específico varían de 0.0019 en mayo a 0.0173 en noviembre con un valor promedio de 0.0093. La correlación de niveles de agua subterránea con la geología de detalle sugieren que el valor más alto (0.017) de rendimiento específico corresponden con el desaguado de la zona de intemperismo dentro del acuífero somero. El rendimiento específico del basalto masivo que se encuentra inmediatamente debajo de la zona de intemperismo varía de 0.0089 a 0.0103. El basalto vesicular subyacente, el cual está disectado por fracturas laminares, tiene un rendimiento específico relativamente más alto (0.0121). El basalto masivo, que forma la base del sistema de acuífero somero, tiene un rendimiento específico más bajo el cual varía de 0.0019 a 0.0022. Palabras clave: basalto Deccan. India. Rendimiento específico. Recarga de agua subterránea. Balance hídrico.

     

Hydrogeology of the Winnipeg Formation in Manitoba, Canada

The Winnipeg Formation is the basal sedimentary unit throughout much of southern and central Manitoba, Canada, where it forms a regional aquifer over most of its extent. This aquifer is an important source of water in southeastern Manitoba and in Manitoba’s Interlake area, but in most other areas, groundwater within the aquifer is saline. Chemical and isotopic evidence indicate the presence of groundwaters of three different origins: (1) basin brines; (2) modern meteoric recharge; and (3) subglacial recharge that occurred during the late Pleistocene. Hydraulic head and sedimentary facies distributions indicate that the flow system in parts of the area is not in a state of equilibrium and saline waters will encroach on areas currently occupied by freshwater in some areas, while in other areas, freshwater will replace saline water. These features must be considered in groundwater resource management, as groundwater withdrawals will likely hasten these processes.

---

Resumen La Formación Winnipeg es la unidad sedimentaria basal en la mayor parte de Manitoba central, Canadá, donde forma un acuífero regional en la mayor parte de su extensión. Este acuífero es una fuente importante de agua en el Sureste de Manitoba y el área de entrelagos de Manitoba, pero en la mayoría de las otras zonas del acuífero, el agua es salina. Las evidencias químicas e isotópicas indican que existen aguas subterráneas de tres orígenes diferentes: (1) salmueras de cuenca; (2) recarga meteórica actual; y (3) recarga subglacial ocurrida durante el Pleistoceno Superior. Los niveles piezométricos y la distribución de las facies sedimentarias indican que el sistema de flujo no se encuentra en estado de equilibrio en parte del área y las aguas salinas irán invadiendo áreas actualmente ocupadas con aguas dulces, mientras que en otras zonas el agua dulce está reemplazando al agua salina. Estos hechos deben ser considerados en la gestión de las aguas subterráneas como recurso, ya que las extracciones de agua acelerarán probablemente estos procesos.

---

Résumé La Formation de Winnipeg est l’unité sédimentaire de base sur la plus grande partie du Sud et du centre du Manitoba au Canada, où elle forme un aquifère régional sur pratiquement toute son extension. Cet aquifère représente une ressource en eau importante dans le Sud-Est du Manitoba et dans les zones d’entre les lacs, mais salée dans la plus part des autres zones. Les indications isotopiques et chimiques permettent de distinguer trois différentes origines des eaux souterraines: (1) les saumures de bassin; (2) la recharge météoritique moderne; (3) la recharge sub-glaciaire qui est apparue durant le Pléistocène récent. Les charges hydrauliques et la distribution des faciès sédimentaires indiquent que le système d’écoulement dans certaines zones n’est pas dans un état d’équilibre et que les eaux salées empièteront sur des zones d’eau douce, tandis que dans d’autres zones l’eau douce remplacera les eaux salées. Ces aspects doivent être considérés dans la gestion des ressources en eau souterraine, car le prélèvement des eaux souterraines pourrait accentuer ces processus.

     

Stable isotopic fingerprint of a hyporheic–hypolentic boundary in a reservoir

Stable isotopes of H₂O are used to define the hyporheic–hypolentic boundary in Ledbetter Creek as it discharges to Kentucky Lake, a constructed reservoir in western Kentucky, USA. High-resolution (centimeter-scale) sample collection and analysis were utilized to determine one-dimensional variations in δ²H and δ¹⁸O of H₂O and chloride (Cl⁻) across the boundary. During reservoir low stand in winter, the hyporheic–hypolentic zone contains water from Ledbetter Creek and groundwater separated by an interface at ~10 cm below the channel bottom. Following reservoir-stage increase in spring and summer, water from Kentucky Lake infiltrates into the hyporheic–hypolentic zone to a depth of at least 18 cm below the channel bottom. Reservoir-stage decline in autumn causes source-water mixing, largely obscuring the hyporheic–hypolentic boundary. Stable isotopes provide an effective complement to conventional tracers for delineation of water masses within the hyporheic–hypolentic zone.

---

Resumen Se han utilizado isótopos estables del agua para definir el límite hiporreico-hipoléntico en Ledbetter Creek, que constituye una zona de descarga del lago Kentucky, una presa construida al Oeste de Kentucky, USA. Se ha llevado a cabo una recogida de muestras de alta resolución (a escala centimétrica) y se utilizaron los resultados para determinar las variaciones unidimensionales en δ²H y δ¹⁸O del H₂O y los cloruros (Cl⁻) alrededor del límite. Durante la época de niveles bajos en invierno, la zona hiporreica-hipolentica tiene agua procedente de Ledbetter Creek y de agua subterránea separada por una interfase de ~10 cm debajo del límite del canal. Siguiendo el incremento de los niveles en la presa en primavera y verano, el agua del Lago Kentucky se infiltra en la zona hiporreica-hipoléntica hasta una profundidad de, al menos, 18 cm bajo el límite hiporreico-hipoléntico. Los isótopos estables aportan un complemento efectivo a los trazadores convencionales para la delimitación de masas de agua dentro de la zona hiporreica-hipoléntica.

---

Résumé L’utilisation des isotopes stables de la molécule d’eau a permis de définir l’interface hyporhéique-hypolentique dans la Ledbetter Creek, au point de déversement dans le réservoir artificiel que constitue le Kentucky Lake (Ouest du Kentucky, Etats-Unis). Une campagne de prélèvements à haute résolution (échelle centimétrique) a contribué à déterminer les variations unidimensionnelles des valeurs de δ2H et de δ18O de la molécule d’eau et de la concentration en chlorures (Cl⁻) de part et d’autre de l’interface. En hiver, lorsque le niveau du réservoir est minimal, la zone hyporhéique-hypolentique contient de l’eau de la Ledbetter Creek et de l’eau souterraine, séparées par un interface situé environ 10 cm sous le fond du chenal. Suite aux recharges printanières et estivales, l’eau du Kentucky Lake envahit la zone hyporhéique-hypolentique sur plus de 18 cm sous le fond du chenal. En automne, la baisse de niveau dans le réservoir occasionne un mélange des eaux, rendant diffus l’interface hyporhéique-hypolentique. Les isotopes stables constituent ainsi un complément efficace aux traceurs conventionnels pour la délimitation des masses d’eau dans la zone hyporhéique-hypolentique.

     

Contribution to the identification of the sea intrusion mechanism of brackish karst springs

A method of identifying the dominant hydrodynamic sea-intrusion mechanism of brackish karst springs is presented. A karst spring becomes brackish when tubes, which bring the freshwater to the spring (freshwater discharge), intersect other tubes that come from the sea and bring saltwater to the freshwater tubes (saltwater discharge) when the saltwater pressure at the intersection is higher than the freshwater pressure. There are two potential seawater intrusion mechanisms. The first one is the difference between the freshwater density and the seawater density, and the second is the venturi effect. Both mechanisms are present but it is a matter of great significance to know which mechanism dominates. In order to find out the dominant mechanism, the seawater discharge versus the freshwater discharge was charted using the MODKARST model, which estimates these discharges. The model determines how the freshwater discharge affects the saltwater discharge estimating thereby the dominant seawater intrusion mechanism. Application was made to the “Almiros” and “Makaria” springs in Greece.

---

Resumen Se presenta un método para identificar el mecanismo hidrodinámico dominante de la intrusión marina en manantiales salobres cársticos. Un manantial cárstico se vuelve salobre cuando los conductos, que suministran agua dulce al manantial (caudal de agua dulce), interceptan a otros conductos provenientes del mar que traen agua salada a este (caudal de agua salada), bajo la condición que la presión del agua salada en la intersección es mayor que la del agua dulce. Hay dos mecanismos potenciales de intrusión salina. El primero es la diferencia de densidades entre agua salada y agua dulce, mientras que el segundo es el efecto venturi. Ambos mecanismos están presentes en cualquier caso, sin embargo es de gran importancia establecer cual de ellos predomina. Con el fin de hallar el mecanismo dominante se tabularon los valores de caudal de agua salada versus el de agua dulce. Lo anterior fue posible mediante el uso del modelo MODKARST, el cual estima estos caudales. A partir de esta tabla se puede examinar como el caudal de agua dulce afecta al de agua salada, estimando como resultado de lo anterior el mecanismo dominante en la intrusión marina. Esto se aplicó a los manantiales “Almiros” y “Makaria” en Grecia.

---

Résumé On présente une méthode pour déterminer le mécanisme hydraulique dominant de l’intrusion de l’eau salée marine dans le cas des émergences karstiques saumatres. Une émergence karstique devienne saumatre á l’intersection des conduites de l’eau douce avec des autres conduits qui apportent l’eau salée de la mer. Ce processus est possible si la pression de l’eau salée dépasse la pression de l’eau douce. Il y a deux mécanismes potentiels de l’intrusion de l’eau salée. A la base du premier mécanisme se trouve la différence entre les densités de l’eau douce et de l’eau salée pendant que dans le deuxième mécanisme il s’agit de phénomène Venturi. Afin de trouver le mécanisme dominant on a cartographié avec le modèle MODKARST le rapport entre les décharges de l’eau douces et respectivement de l’eau salée. A partir de la carte résultée on peut estimer comment la décharge de l’eau douce influence celle de l’eau salée en estimant en même temps le mécanisme dominat de l’eau salée. On a appliqué la méthode dans le cas des émergences d’Almiros et Makaria de la Grèce.

     

Development of a GIS-based model for extrapolating mesoscale groundwater recharge estimates using integrated geospatial data sets

A geographic information systems (GIS)-based model was used to derive spatially explicit estimates of recharge using the elevation-dependent chloride mass-balance (EDCMB) approach in a 14-basin area in southwestern Nevada, USA. For each of the 14 basins, a non-linear regression equation was developed relating chloride enrichment to the elevation of spring watersheds. The ratio of chloride enrichment as a function of elevation was used in a GIS framework to transform continuous precipitation data to recharge. Spatial masks that represented two definitions of the lower limits of recharge—one definition based on alluvium/non-alluvium boundaries, the other based on both alluvium/non-alluvium boundaries and an elevation threshold—were applied to each basin. Resultant recharge estimates were then summed for each basin. When compared to summaries of previous recharge estimates for the study area, the EDCMB approach produced results that were within 14 and 3% of two studies, but were significantly greater (31%) than a third. GIS proved to be a very effective tool for combining large spatial data with widely different resolutions into an integrated data set, and also proved to be an efficient mechanism for implementing robust statistical models to estimate recharge.

---

Résumé Un modèle basé sur les systèmes d’informations géographiques (SIG) a été utilisé pour obtenir des estimations explicites de la recharge dans l’espace, en utilisant l’approche du bilan des chlorures en fonction de l’altitude (EDCMB en anglais) dans une zone de 14 bassins, dans le Sud-Ouest du Nevada aux Etats-Unis. Pour chacun des 14 bassins, une régression non-linéaire a été établie, reliant l’enrichissement des chlorures à l’altitude des bassins d’alimentation des sources. Le rapport d’enrichissement des chlorures en fonction de l’altitude a été utilisé dans une approche SIG pour transformer des données pluviométriques continues en terme de recharge. Des masques spatiaux représentant deux définitions des limites de recharge les plus basses ont été appliquées à chaque bassin ; l’une basée sur les limites alluvions/autres formations, l’autre sur ces mêmes limites ainsi que sur un seuil altitudinal. Les recharges estimées résultantes ont ensuite été additionnées pour chaque bassin. Comparée aux précédents bilans de recharge estimés dans la zone d’étude, l’approche EDCMB conduit à des résultats se situant entre 14 et 3% de ceux de deux autres études et largement supérieurs (31%) à ceux d’une troisième étude. Le SIG s’est révélé être un outil très efficace pour combiner dans une base de données intégrée, des données spatiales étendues avec des résolutions largement différentes, ainsi que pour implémenter des modèles statistiques conséquents permettant d’estimer la recharge.

---

Resumen Se utilizó un modelo basado en un Sistema de Información Geográfico (SIG) para derivar espacialmente estimados explícitos de recarga usando el enfoque de balance de masa de cloruro dependiente de elevación (EDCMB) en un área de 14 cuencas en el suroeste de Nevada, Estados Unidos. Para cada una de las 14 cuencas se desarrolló una ecuación de regresión no linear que relaciona el enriquecimiento de cloruro con la elevación de las cuencas con manantiales. La relación de enriquecimiento de cloruro en función de la elevación se usó en un marco SIG para transformar datos continuos de precipitación a recarga. Se aplicaron máscaras espaciales a cada cuenca las cuales representaron dos definiciones de los límites inferiores de recarga, una definición basada en límites de aluvión/sin aluvión, el otro basado en ambos límites aluvión/sin aluvión y una elevación normal de fondo. Los estimados resultantes de recarga fueron sumados para cada cuenca. Al compararse con estimados de recarga previos para el área de estudio se encontró que el enfoque EDCMB produjo resultados que estaban entre el 14 y 3% de dos estudios pero fueron significativamente mayores (31%) que un tercer estudio. El SIG ha demostrado ser una herramienta muy efectiva para combinar datos espaciales grandes con resoluciones muy distintas en un grupo integrado de datos y también ha mostrado ser un mecanismo eficiente para implementar modelos estadísticos robustos para estimar recarga.

     

Aquifer storage capacity and maximum annual yield from long-term aquifer fluxes

Long-term time series data of aquifer recharge, groundwater extraction, and discharge are used to estimate aquifer storage capacity and maximum annual yield. Aquifer storage capacity is defined as the maximum volume of water that can be stored in an aquifer. It is estimated using a transient water-balance approach. The maximum annual yield is defined as the maximum combined groundwater extraction plus discharge that can be sustained in an aquifer judged by the historical record of recharge. It is determined according to a graphical mass-curve method. These two quantities are useful in aquifer characterization and groundwater management, the apportionment of groundwater rights and aquifer storage and recovery operations being two frequent applications. Time series data from the Edwards Aquifer, Texas, USA, illustrate the application of the methods presented.

---

Résumé Des données sur le long terme de la recharge d’aquifère, de l’exploitation de l’eau souterraine et de la vidange sont utilisées pour estimer la capacité d’emmagasinement de l’aquifère et la capacité annuelle maximum. La capacité d’emmagasinement de l’aquifère est définit comme le volume maximum de l’eau qui peut être emmagasinée dans le réservoir. Elle est estimée en utilisant une approche par bilan hydrologique en transitoire. La capacité annuelle maximum est définit comme la combinaison de l’extraction de l’eau souterraine et de la vidange, combinaison qui peut être jugée durable ou non au regard de l’examen des valeurs de recharge. Elle est déterminée au moyen d’une méthode de courbe des valeurs cumulées. Ces deux quantités sont très utiles pour caractériser les aquifères et pour gérer les eaux souterraines, l’imputation des droits aux eaux souterraines, et du fait que les opérations de recharge des aquifères et de récupération sont très fréquentes. Les données temporelles provenant de l’aquifère Edwards, Texas, USA, illustrent l’application de la méthode présentée.

---

Resumen Para estimar la capacidad de almacenamiento de un acuífero y su rendimiento máximo anual, se han utilizado series temporales largas de datos de recarga al acuífero, de extracciones de agua subterránea y de descarga. La capacidad de almacenamiento de un acuífero se define como el volumen máximo de agua que puede ser almacenado en el mismo. Se estima utilizando una aproximación con un balance de agua en régimen transitorio. El rendimiento máximo anual se define como el máximo resultante de la combinación de la extracción de aguas subterráneas y la descarga que puede ser sostenido por un acuífero según los registros históricos de recarga y se define según un método gráfico masa-curva. Estos dos valores son útiles en la caracterización de los acuíferos y en la gestión de las aguas subterráneas, el reparto de los derechos sobre las aguas subterráneas y las operaciones de almacenaje y recuperación de los acuíferos, que son dos aplicaciones frecuentes. Las series de tiempo para el Acuífero Edwards, Texas, USA, ilustra la aplicación de los métodos presentados.

     

Conceptual hydrodynamic model of the Pamukkale hydrothermal field, southwestern Turkey, based on hydrochemical and isotopic data

The results of study on the hydrochemical and isotope characteristics of shallow and deep waters at Pamukkale hydrothermal field Turkey are described in order to obtain a better understanding of the hydrological circulation. The field can be grouped into two groundwater sub-systems; cold water springs of Ca–HCO₃ type (10–12 °C), and CO₂-rich thermal waters of Ca–HCO₃–SO₄ type (25–58 °C). The occurrence of these water types is closely related to the morphology of the region, where intense tectonism formed horst and graben structures. Hence, two hydrogeological systems were defined: a deep geothermal system which is related to extensive and deep circulation of meteoric water in the regional flow system, and a shallow system which is related to local groundwater flow through sedimentary strata. The meteoric water falling at higher elevations percolates to the local groundwater system at a shallow level and flows to the deep geothermal system. During a deep convection cycle from a recharge to discharge area, the cold water attains heat from the asthenospheric intrusions, causing it to ascend. Variations of chemical and isotopic composition of thermal waters result from their mixing with cool groundwater in a shallow aquifer during their ascent to the surface.

---

Résumé Les résultats d'une étude portant sur les caractéristiques hydrochimiques et isotopiques de puits phréatiques et profonds situés dans le champ hydrothermal de Pamukkale, sont décrits de telle manière à éclairer le fonctionnement des circulations hydrologiques. Le champ peut étre divisé en deux sous-systèmes d'eaux souterraines, l'un avec des eaux de sources froides (10–12 °C) de type Ca–HCO3, et les eaux thermales (25–58 °C) riches en CO₂ et de type Ca–HCO₃–SO4. L'occurrence de ces types d'eaux est fermement liée à la morphologie de la région, oùne tectonique intense a engendré des structures en horsts et en grabens. Dés lors deux systèmes hydrogéologiques ont été définis : un système profond, qui est lié à la circulation extensive et profonde des eaux météoritiques dans le système régional d'écoulement, et un système phréatique lié aux écoulements locaux des eaux souterraines à travers les strates sédimentaires. Les eaux météoritiques aux altitudes élevées, percolent jusqu'aux systèmes locaux phréatiques, puis coulent jusqu'aux systèmes géothermaux plus profonds. Durant le cycle de convection profond des zones de recharge jusqu'aux zones de décharge, l'eau froide atteint les zones chaudes liées aux intrusions athenosphériques, provoquant la remontée. Les variations de la composition chimique et isotopique des eaux thermales résultent dans leurs mélanges avec des eaux souterraines froides dans les aquifères phréatiques durant leur remontée jusqu'à la surface.

---

Resumen Se describen los resultados del estudio de las características isotópicas e hidroquímicas de las aguas someras y profundas para obtener un mejor entendimiento de la circulación hidrológica del campo hidrotermal Pamukkale. El campo puede agruparse en dos sub-sistemas de agua subterránea: manantiales de agua fría del tipo Ca–HCO₃ (10–12°C) y aguas termales ricas en CO₂ del tipo Ca–HCO₃–SO₄(25–58°C). El ambiente de estos tipos de aguas se relaciona estrechamente con la morfología de la región donde el tectonismo intenso ha formado estructuras extensionales tipo graben y horst. Se definieron dos sistemas hidrogeológicos: un sistema geotermal profundo que se relaciona con la circulación profunda y extensa de agua meteórica en el sistema regional de flujo y un sistema somero el cual se relaciona con flujo local de agua subterránea a través de estratos sedimentarios. El agua meteórica que cae en altas elevaciones percola al sistema local de agua subterránea en un nivel somero y fluye hacia el sistema geotermal profundo. Durante un ciclo de convección del área de recarga hacia la zona de descarga, el agua fría se calienta a partir de los intrusivos astenosféricos lo que ocasiona que asciendan. Como resultado de la mezcla de las aguas recalentadas, con agua subterránea fría en un acuífero somero durante el ascenso hacia la superficie, se derivan variaciones en la composición química e isotópica de las aguas termales.

     

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

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

---

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

---

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