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.

     

Compatibility Of Desalinated Water With The Dammam Formation At The Northwest Shigaya Water-Well Field,Kuwait – A Preliminary Study

Porosity and hydraulic-conductivity measurements were carried out on conventional core samples from Eocene Dammam Formation, penetrated by a well in the northwest Shigaya water-well field of Kuwait. The main objective was to identify any potential adverse effects (mainly reduction of porosity and permeability) that the injection of desalinated water in the formation material would have before attempting any artificial recharge project. Analysis of test results indicates that porosity and hydraulic conductivity values are controlled principally by lithology. Very little difference was observed between hydraulic conductivity values measured with fresh and brackish water. Reduction in hydraulic conductivity was observed only in a few cases, when the water flowing through core samples was loaded with different concentrations of bentonite clay. The dissolution of anhydrite in fresh water suggested that, at high anhydrite content, porosity and permeability may increase when the aquifer is in contact with fresh water over an extended period of time, and the quality of the injected water may be adversely affected. RÉSUMÉ: Des mesures de porosité et de perméabilité ont été réalisées sur des échantillons de carottes classiques provenant de la formation éocène de Dammam, forée dans le champ captant du nord-ouest de Shigaya au Koweit. Le but principal était d'identifier, avant de réaliser un projet de recharge artificielle, les effets potentiels néfastes (surtout une diminution de la porosité et de la perméabilité) que l'injection d'eau dessalée dans la formation pourrait provoquer. L'analyse des résultats des essais indique que les valeurs de porosité et de perméabilité sont contrôlées par la lithologie. Une très faible différence est observée entre les valeurs de perméabilité mesurées pour l'eau douce et pour l'eau saumâtre. Une diminution de la perméabilité a été observée dans quelques cas seulement, lorsque l'eau circulant dans les carottes était chargée de bentonite en concentrations variables. La dissolution de l'anhydrite par l'eau douce laisse envisager qu'à forte teneur en anhydrite dans la roche, la porosité et la perméabilité peuvent augmenter, lorsque l'aquifère est au contact avec l'eau douce pendant une durée longue, ce qui peut affecter défavorablement la qualité de l'eau injectée. RESUMEN: Se llevaron a cabo medidas de porosidad y permeabilidad en muestras procedentes de la Formación Eocénica Dammam, atravesada por un pozo en el campo de suministro noroccidental de Shigaya, en Kuwait. El objetivo principal era identificar los posibles efectos perjudiciales (fundamentalmente la reducción en porosidad y permeabilidad) que pudiera tener la inyección de agua desalinizada en la formación, antes de poner en marcha cualquier proyecto de recarga artificial. Los resultados de los análisis indican que los valores de porosidad y permeabilidad están controlados por la litología. Las diferencias observadas entre permeabilidades medidas con agua dulce o salobre fueron muy pequeñas. La reducción en la permeabilidad se observó sólo en unos pocos casos, cuando al agua a través de las muestras se le añadía diferentes concentraciones de bentonita. La disolución de anhidrita en agua dulce sugirió que, para concentraciones de anhidrita altas, tanto porosidad como permeabilidad pueden aumentar cuando el acuífero se pone en contacto con agua dulce durante en espacio prolongado de tiempo, y que la calidad del agua de inyección puede verse afectada de modo adverso.     

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.

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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.

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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.

     

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

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

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

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

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Nitrate Pollution In Groundwater In Selected Districts Of Nepal

A survey was made of the nitrate concentrations in groundwater from one hundred wells in the Patan and Bhaktapur districts of the Bagmati zone and the Chitwan district of the Narayani zone, Nepal. The former districts are urban and the latter rural. Although the survey is small, it has demonstrated that there is a significant incidence of nitrate concentrations that exceed the World Health Organization's recommended limit for drinking water and that drinking-water supplies from many other wells are approaching this limit. A need exists for a larger study to determine how widespread the problem is. The primary cause is probably nitrification of nitrogen excreted by humans and to a lesser extent by animals inside settlements. RÉSUMÉ: Un inventaire des teneurs en nitrates dans les eaux souterraines a été dressé à partir d'une centaine de puits des districts de Patan et Bhaktapur de la région de Bagmati et du district de Chitwan dans la région de Narayani, au Népal. Les premiers districts sont urbains et le dernier, rural. Bien que l'inventaire soit limité, il a été démontré q'il existe des teneurs en nitrates dépassant les normes recommandées par l'Organisation Mondiale de la Santé pour les eaux potables, et que l'eau de nombreux autres puits, utilisés pour l'eau potable approche cette limite. Il est necessaire d'effectuer une étude plus détaillée pour connaître l'extension de ce problème. La cause première en est probablement la nitrification de l'azote de la pollution domestique et, à un moindre niveau, celle des animaux en étables. RESUMEN: Se llevó a cabo una campaña de muestreo de las concentraciones de nitrato en el agua subterránea en 100 pozos localizados en los distritos de Patan y Bhaktapur, en la zona de Bagmati, y en el distrito de Chitwan, en la zona de Narayani, Nepal. Los primeros distritos son urbanos y el último rural. Aunque la campaña es reducida, se ha manifestado que hay una incidencia significativa de concentraciones de nitrato que exceden el límite recomendado por la Organización Mundial de la salud (OMS) para agua potable; asimismo, los suministros de agua potable de otros pozos se están acercando a dicho límite. Haría falta un estudio más completo para determinar la extensión del problema. La causa fundamental probablemente sea la nitrificación de residuos orgánicos humanos y en menor medida, procedentes de animales.     

Identifying trends in groundwater quality using residence time indicators: an example from the Permian aquifer of Dumfries, Scotland

The Permian sandstone and breccia aquifer of Dumfries has an important role in supplying water to the principal town in southwest Scotland. The area comprises mainly pastoral farmland with some industry and fish farming. Ongoing development of the aquifer has revealed the existence of complex groundwater flow through fractures and increasing nitrate concentrations. To further investigate these issues, the age and quality of groundwater throughout the aquifer has now been assessed using standard hydrogeochemical techniques together with CFCs and SF₆ as residence time indicators. The aquifer consists of sandstone- and breccia-dominated units: the Locharbriggs Sandstone in the east and the Doweel Breccia in the west. Groundwater throughout the aquifer is of Ca–Mg–HCO₃ type and moderately mineralised; pH is near neutral. The observed groundwater chemistry is the product of maritime rainfall modified by the dissolution of carbonate material in the breccia, sandstone and surficial deposits. CFC and SF₆ concentrations are interpreted on the basis of mixing between older (>50 years) and recent (1990s) components. Although there is generally a higher proportion of older water within the Locharbriggs Sandstone compared to the Doweel Breccia, stable isotope evidence suggests that the older water component in the interbedded sandstones of the breccia is of much greater antiquity, possibly containing an element of palaeowater. Concentrations of nitrate across the aquifer can be directly related to the amount of recent recharge. Modern groundwater contains approximately 9 mg l^–1 NO₃-N and pre-1950s groundwater has approximately 2 mg l^–1 NO₃-N. Nitrate concentrations measured at individual boreholes are explained by the relative proportions of modern and pre-1950s groundwater. If current practices continue, the concentrations of nitrate measured across the Dumfries Basin will rise as the proportion of pre-1950s groundwater diminishes.

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Resumen El acuífero de areniscas y brechas Pérmicas de Dumfries desempeña un papel importante en el abastecimiento a la ciudad principal del Sudoeste de Escocia. El área comprende sobretodo tierras de pastoreo y granjas, junto con algunas industrias y piscifactorías. El desarrollo iniciado en el acuífero ha revelado la existencia de un complicado flujo subterráneo a través de las fracturas y de un aumento progresivo en la concentración de nitrato. Con el fin de profundizar en el conocimiento de estos temas, se ha determinado la edad y calidad de las aguas subterráneas en todo el acuífero por medio de técnicas hidrogeoquímicas estándar y de indicadores del tiempo de residencia como los clorofluorcarbonados (CFCs) y el fluoruro de azufre (SF₆). El acuífero está formado por las areniscas de Locharbriggs, al Este, y las brechas de Doweel, hacia el Oeste. Las aguas subterráneas son de tipo bicarbonatadas cálcico-magnésicas y presentan una mineralización moderada, mientras que el pH es prácticamente neutro. La química de las aguas subterráneas es el resultado del aerosol marino modificado por la disolución de materiales carbonatados en las brechas, areniscas y depósitos superficiales. Las concentraciones de CFCs y SF₆ se interpretan a partir de una mezcla de aguas entre una componente antigua (más de 50 años) y una reciente (de la década de 1990). Aunque en general se da una mayor proporción de aguas antiguas en las areniscas de Locharbriggs que en las Brechas de Doweel, los isótopos estables sugieren que la componente de aguas antiguas en las intercalaciones de areniscas que aparecen en la formación de brechas es mucho más antigua, y que, posiblemente, se trate de paleoaguas. Las concentraciones de nitrato en el acuífero pueden ser relacionadas directamente con la aportación de recarga reciente. Las aguas subterráneas modernas contienen aproximadamente 9 mg l^–1 de nitrato, mientras que las aguas subterráneas anteriores a 1950 tienen unos 2 mg l^–1. Se puede explicar las concentraciones de nitrato en pozos individuales por las proporciones relativas de aguas subterráneas modernas y anteriores a 1950. Si las prácticas actuales continúan, se producirá un aumento de las concentraciones de nitrato en la cuenca de Dumfries debido a la disminución de la proporción de aguas antiguas.

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Résumé L'aquifère des grès et brèches du Permien de Dumfries joue un rôle important dans l'alimentation en eau de la principale ville du sud-ouest de l'Écosse. La région est principalement soumise à de l'élevage pastoral avec quelques industries et des piscicultures. La progression de l'exploitation de cet aquifère a révélé l'existence d'un écoulement souterrain complexe en fractures et des concentrations en nitrate croissantes. Dans le but d'étudier ces deux points plus en détail, l'âge et la qualité de l'eau souterraine dans tout l'aquifère ont été évalués en utilisant des techniques hydrogéochimiques conventionnelles avec les CFC et SF₆ comme marqueurs du temps de séjour. L'aquifère est constitué par des unités dominées par des brèches et des grès: les grès de Locharbriggs à l'est et les brèches de Doweel à l'ouest. L'eau souterraine dans tout l'aquifère a un faciès bicarbonaté calcique et magnésien et est moyennement minéralisée; le pH est proche de la neutralité. Le chimisme observé de l'eau souterraine résulte des apports marins par la pluie modifiés par la dissolution du matériau carbonaté des brèches, des grès et des formations superficielles. Les concentrations en CFC et SF₆ sont interprétées sur la base d'un mélange entre des composantes ancienne (>50 ans) et récente (années 1990). Bien qu'il y ait en général une plus forte proportion d'eau ancienne dans les grès de Locharbriggs que dans la brèche de Doweel, les isotopes stables suggèrent que la composante d'eau ancienne dans les grès interstratifiés des brèches est beaucoup plus ancienne, contenant probablement un élément d'eau fossile. Les concentrations en nitrate dans l'aquifère peuvent être directement reliées au taux de recharge récente. L'eau souterraine moderne contient approximativement 9 mg l^–1 en NO₃-N et l'eau souterraine d'avant 1950 environ 2 mg l^–1 en NO₃-N. Les concentrations en nitrate mesurées dans des forages individuels sont expliquées par des proportions relatives d'eaux souterraines moderne et antérieure à 1950. Si les pratiques actuelles continuent, les concentrations en nitrate mesurées dans le bassin de Dumfries augmenteront alors que la part de l'eau souterraine d'avant 1950 diminuera.

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

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

Elevated iron and manganese concentrations in groundwater derived from the Holocene transgression in the Hang-Jia-Hu Plain, China

Groundwater in the Hang-Jia-Hu Plain, eastern China, is a drinking water source for local residents. Groundwater samples were collected from large-diameter hand-dug wells and boreholes for comparison of their iron and manganese concentrations, as well as other ions. The results show that iron and manganese concentrations are relatively high, exceeding drinking water standards by several times. Aquifer sediment samples contain abundant iron (30,790 mg kg⁻¹) and manganese (602 mg kg⁻¹). The results of correspondence factor analysis of the hydrochemistry data and the liberation experiments (using seawater and rainwater as leachants) suggest that iron and manganese in shallow groundwater come from the sediment in the Holocene aquifer. A reductive environment involving relatively high total dissolved solids and organic carbon in the aquifer system is favorable to iron and manganese transferring from the sediment to groundwater and stabilizes these ions. Shallow, large-diameter hand-dug wells provide oxic conditions that decrease the concentrations of dissolved iron and manganese in the well water.

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Résumé Dans la Plaine de Hang-Jia-Hu, à l’Est de la Chine, les eaux souterraines constituent une ressource en eau potable pour les autochtones. Des échantillons d’eau souterraine ont été prélevés dans des puits de large diamètre creusés manuellement et dans des forages, afin de confronter leurs concentrations en fer, manganèse et autres ions. Les résultats montrent des concentrations en fer et manganèse relativement hautes, souvent au-delà des limites de potabilité. Les échantillons de sédiments de l’aquifère contiennent des quantités abondantes de fer (30,790 mg kg⁻¹) et de manganèse (602 mg kg⁻¹). Les résultats de l’analyse factorielle de correspondance des données hydrochimiques et des tests de libération (utilisant l’eau de mer et l’eau de pluie comme vecteurs) suggèrent que le fer et le manganèse contenus dans les aquifères superficiels proviennent des sédiments de l’aquifère holocène. Un environnement réducteur, impliquant une quantité élevée de solides dissous et de carbone organique dans le système aquifère, est favorable à un transfert du fer et du manganèse depuis les sédiments vers les eaux souterraines, et stabilise les ions considérés. Les puits peu profonds, de large diamètre et creusés à la main créent des conditions oxydantes qui abaissent les concentrations en fer et manganèse dissous dans l’eau du puits.

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Resumen El agua subterránea en la Llanura de Hang-Jia-Hu, al este de China, es una fuente de agua potable para los residentes locales. Las muestras de agua subterránea fueron recogidas en pozos de gran diámetro excavados a mano y en pozos barrenados con el objeto de comparar las concentraciones de hierro y manganeso, y también las de otros iones. Los resultados muestran que las concentraciones de hierro y manganeso son relativamente altas, excediendo varias veces los límites para agua potable. Las muestras de sedimentos tomadas del acuífero contienen abundante hierro (30,790 mg kg⁻¹) y manganeso (602 mg kg⁻¹). Los resultados del análisis de correspondencia de los datos hidroquímicos y experimentos de liberación (usando agua de mar y agua de lluvia como lixiviantes) sugieren que los iones hierro y manganeso en las aguas subterráneas someras provienen de los sedimentos acuíferos del Holoceno. Un ambiente reductor que contiene relativamente alta cantidad de sólidos totales disueltos y carbono orgánico en el sistema acuífero es favorable para la transferencia de hierro y manganeso desde los sedimentos al agua subterránea y para estabilizar estos iones. Los pozos poco profundos, de gran diámetro, excavados a mano, suministran condiciones de oxidación que disminuyen las concentraciones de hierro y manganeso disueltos en el agua del pozo.

     

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

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

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

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

     

Microbial communities in the deep subsurface

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

Investigating pesticide transport in the León-Chinandega aquifer, Nicaragua

Nicaragua’s León-Chinandega aquifer has seen extensive contamination by persistent organochlorine pesticides applied over decades of intensive agricultural activity. Models of flow and transport of a 330 km² sub-region of the aquifer were developed to test conceptual models of contaminant transport, to constrain the value of certain key transport parameters, and to investigate contamination-related concerns raised in past studies. To support these models, a variety of hydrogeologic and geochemical data were collected. It was concluded that the organochlorine pesticides seen in groundwater originate in soils, and are transported to the water table through widespread preferential flow, through shortcutting around wells, or through wind-blown particles delivered to poorly protected hand-dug wells. The distribution coefficient (K _d) of these pesticides is estimated to be between 0.1 and 100 ml/g and the concentration of pesticides being delivered to the water table is estimated to be between 10² and 10⁵ ng/L. It was found that the distribution and concentration of pesticides in the aquifer would be affected by an increase in groundwater abstraction within the region.

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Résumé L’aquifère du León-Chinandega au Nicaragua a été soumis à des contaminations étendues par des pesticides organochlorés persistants qui ont été répandus pendant des dizaines d’années d’agriculture intensive. Des modèles d’écoulement et de transport d’une sous-région de 330 km² de l’aquifère ont été construits pour tester des modèles conceptuels du transport de contaminants, pour contraindre la valeur de certains paramètres de transport clefs, et pour étudier les problèmes liés au transport de contaminations qui avaient été rencontrés lors d’études précédentes. Différents types de données hydrogéologiques et géochimiques ont été collectés pour réaliser ces modèles. La conclusion montre que les pesticides organochlorés rencontrés dans les eaux souterraines proviennent des sols et qu’ils sont transportés jusqu’à l’aquifère via de grandes zones d’écoulement préférentiel, via des raccourcis hydrauliques autour des puits, ou encore via des particules emportées par le vent et tombées dans des puits creusés à la main et mal protégés. Le coefficient de distribution (K _d) de ces pesticides est estimé entre 0.1 et 100 ml/g et la concentration de pesticides arrivant dans la nappe est estimée entre 10² et 10⁵ ng/L. L’étude a montré qu’une augmentation des prélèvements d’eau souterraine dans la région aurait un impact sur la distribution et la concentration des pesticides dans l’aquifère.

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Resumen El acuifero León-Chinandega (Nicaragua) presenta una contaminación extensiva por la aplicación de plaguicidas organoclorados en la agricultura intensiva durante décadas. Se han desarrollado modelos de flujo y transporte de una subregión del acuífero de 330 km² para comprobar los modelos conceptuales del transporte de contaminantes, estimar los valores de ciertos parámetros clave de transporte e investigar los temas relacionados con la contaminación en estudios anteriores. Para elaborar estos modelos, se recogió una variedad de datos hidrogeológicos y geoquímicos. Se ha concluido que los plaguicidas organoclorados presentes en el agua subterránea se originan en el suelo y son transportados hacia el nivel freático a través de flujos preferentes generalizados, a través de cortes alrededor de los pozos o a través de partículas transportadas por el viento depositadas en pozos excavados a mano con poca protección. El coeficiente de distribución (K _d) de estos plaguicidas se ha estimado entre 0.1 y 100 ml/g y la concentración de plaguicidas que sale hacia el nivel freático se estima que puede estar entre 10² y 10⁵ ng/L. Se ha concluido que el incremento de la extracción de aguas subterráneas dentro de la región afectaría la distribución y concentración de plaguicidas en el acuífero.

     

Response of the Dupi Tila aquifer to intensive pumping in Dhaka,Bangladesh

This paper focuses on the water-quantity issues facing Dhaka because of the rapid exploitation of the Dupi Tila aquifer. Dhaka is one of the world's largest groundwater-dependent cities, relying on water withdrawn from this underlying semiconfined sand aquifer. A meteoric rise in well construction in both the private and public sectors in recent years has produced an estimated 1,300 boreholes that tap the aquifer in urban and suburban parts of the city. Analysis of construction records for public-supply wells drilled between 1970 and 2000 shows that water levels are falling in several areas of the city despite apparently favorable recharge conditions. The productivity of boreholes as measured by specific capacity has also declined significantly. Even though the aquifer system is vital to the infrastructure of the city it remains a poorly quantified resource, and until this is resolved by investment in evaluation studies, attempts to efficiently manage the resource in a sustainable way will be frustrated.

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Resumen Este artículo trata de los aspectos cuantitativos relacionados con la sobreexplotación del acuífero de Dupi Tila, que suministra a la ciudad de Dhaka (Bangladesh). Ésta es una de las mayores ciudades del mundo con dependencia de las aguas subterráneas, y se abastece de un acuífero semiconfinado formado por arenas. El aumento meteórico en la construcción de pozos durante los últimos años, tanto en el sector público como en el privado, ha provocado que haya unas 1.300 captaciones del acuífero en las zonas urbana y suburbana de la ciudad. El análisis de los registros constructivos de pozos de abastecimiento público entre 1970 y 2000 muestra que los niveles piezométricos están descendiendo en diversas áreas de la ciudad, a pesar de la existencia de condiciones aparentemente favorables de recarga. La productividad de los pozos, determinada por su capacidad específica, también ha disminuido significativamente. Aunque el sistema acuífero es vital para la infraestructura de la ciudad, los recursos aún no han sido cuantificados adecuadamente. Hasta que este asunto no sea resuelto mediante la inversión en estudios de evaluación, los intentos por gestionar eficientemente los recursos de forma sustentable serán infructuosos.

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Résumé Cet article porte sur les pertes en quantité subies par Dacca du fait de l'exploitation rapide de l'aquifère de Dupi Tila. Dacca est l'une des villes dépendant de l'eau souterraine les plus importantes du monde, prélevant l'eau d'un aquifère sableux sous-jacent semi-captif. On estime à 1,300 forages l'accroissement des creusements de puits aussi bien dans le secteur privé que public dans ces dernières années; ils prélèvent dans l'aquifère dans la partie urbaine et à la périphérie de la ville. L'analyse des déclarations de creusement de puits pour l'AEP forés entre 1970 et 2000 montre que les niveaux d'eau ont chuté dans plusieurs zones de la ville malgré des conditions de recharge apparemment favorables. La productivité des puits mesurée par la capacité spécifique a également diminué significativement. Même si le système aquifère est vital pour l'infrastructure de la ville, il reste une ressource médiocrement quantifiée, et tant que ceci ne sera pas résolu par un investissement dans des études d'évaluation, les tentatives pour gérer efficacement la ressource de façon durable échoueront.

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Deep groundwater flow and geochemical processes in limestone aquifers: evidence from thermal waters in Derbyshire, England, UK

Thermal waters potentially provide information on geochemical processes acting deep within aquifers. New isotopic data on groundwater sulphate, inorganic carbon and strontium in thermal and non-thermal waters of a major limestone aquifer system in Derbyshire, England, UK, are used to constrain sulphate sources and groundwater evolution. Shallow groundwaters gain sulphate from oxidation of sulphide minerals and have relatively ¹³C-depleted dissolved inorganic carbon (DIC). Thermal waters have relatively high Sr/Ca and more ¹³C-enriched DIC as a result of increased water–rock interaction. In other respects, the thermal waters define two distinct groups. Thermal waters rising at Buxton have higher Mg, Mn and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and lower Ca and SO₄, indicating flow from deep sandstone aquifers via a high permeability pathway in the limestone. By contrast, Matlock-type waters (97% of the thermal flux) have elevated sulphate concentrations derived from interaction with buried evaporites, with no chemical evidence for flow below the limestone. About 5% of the limestone area's groundwater flows to the Matlock group springs via deep regional flow and the remainder flows via local shallow paths to many non-thermal springs. Gypsum dissolution has produced significant tertiary porosity and tertiary permeability in the carbonate aquifer and this is an essential precursor to the development of karstic drainage.

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Resumen Las aguas termales potencialmente proporcionan información sobre procesos geoquímicos que actúan a profundidad en acuíferos. Nuevos datos isotópicos de sulfatos, carbón inorgánico y estroncio en aguas termales y no-termales de un acuífero importante de caliza en Derbyshire, Inglaterra se utilizan para delinear las fuentes de sulfato y la evolución de aguas subterráneas.Las aguas subterráneas no muy profundas adquieren sulfato a través de la oxidación de minerales de sulfuro y poseen carbón inorgánico disuelto (DIC) relativamente deplatado de ¹³C. Las aguas termales muestran un ratio Sr/Ca relativamente alto y poseen (DIC) más enriquecido en¹³C, como resultado de la mayor interacción de roca-agua. En otros aspectos, los aguas termales definen dos grupos distintivos. Las aguas termales que ascienden en Buxton tienen mas Mg, Mn y ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr y menos Ca and SO₄, indicando flujo de acuíferos de areniscas profundas por un sendero de alta permeabilidad en la caliza.En contraste el tipo de agua - Matlock (97% del flujo termal) posee altas concentraciones de sulfato, derivado por interacción con evaporitas enterradas, sin evidencia química de flujo debajo de la caliza. Aproximadamente 5% del agua del área de la caliza se fluye al grupo de manantiales de Matlock a través de un flujo regional profundo y el resto fluye por senderos locales poco profundos a muchos de los manantiales no-termales. La disolución de yeso ha producido porosidad terciaria importante así como permeabilidad en el acuífero de carbonato y este es un precursor esencial del desarrollo de drenaje kárstico.

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Résumé Les eaux thermales peuvent apporter des informations sur les processus géochimiques dans les aquifères profonds. De nouvelles données isotopiques sur les sulfates présents dans les eaux souterraines, le carbone inorganique et le strontium dans les eaux thermales et non thermales d'un système aquifère calcaire majeur dans le Derbyshire, Angleterre, Royaume Uni, sont utilisées pour comprendre les sources de sulfates et l'évolution des eaux souterraines. Les eaux souterraines phréatique s'enrichissent en sulfate via l'oxydation des minéraux sulfatés et ont un Carbone Inorganique Dissous (DIC) relativement appauvri en¹³C. Les eaux thermales ont un rapport Sr/Ca relativement plus élevé et un DIC plus enrichi en¹³C, du fait de l'interaction accrue des eaux avec les roches. En d'autres mots, les eaux thermales définissent deux groupes distincts. Les eaux thermales remontant à Buxton ont un Mg, un Mn et un rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr plus hauts, mais un Ca et SO₄ plus faible, indiquant un écoulement à travers les zones perméables des aquifers gréseux. Par contraste, les eaux du type de Matlock (97% du flux thermique), possèdent des concentrations élevées en sulfates, provenant de l'interaction des eaux avec les évaporites enfouies, tandis qu'il n'existe aucune évidence chimique d'un écoulement sous les calcaires. Sur environ 5% de la surface des calcaires, les eaux souterraines alimentent des sources non-thermales. La dissolution du Gypse a produit une porosité tertiaire significative et une perméabilité dans les aquifères calcaires, et ceci est un précurseur essentiel au développement du drainage karstique.

     

Combining multivariate statistical analysis with geographic information systems mapping: a tool for delineating groundwater contamination

Multivariate Statistical Analysis (MSA) has successfully been coupled with geographic information system (GIS) mapping tools to delineate zones of aquifer contamination potential. While delineating contaminants is key to site remediation, it is often compromised by a poor understanding of hydrogeologic conditions, and by uncertainties in contaminant observations. MSA provides improved estimates of contamination potential by augmenting observed contaminant concentrations with auxiliary information from other water-quality parameters. GIS is useful for organizing and managing water-quality information by visually communicating large amounts of information. The proposed method first establishes appropriate areal extents, GIS coverages, and scales for displaying groundwater contamination concentrations of tritium and the volatile organic contaminants trichloroethylene (TCE) and tetrachloroethylene (PCE) at the Savannah River Site, South Carolina, USA. Principal components analysis is used to group variables that are most indicative of contamination potential. Tritium contamination potential is best represented as the combination of tritium with the cations Al, Mg, Na and total dissolved solids, while PCE contamination potential is predicted using PCE and Cl. Maps of contamination potentials for 1993–1995 geochemical data compare favorably with measured contaminant concentrations during 1999. Cluster analysis of water-quality data groups geochemical and contaminant concentrations into zones of homogeneous behavior.

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Resumen El Análisis Estadístico Multivariado (AEM) se ha acoplado con éxito con herramientas cartográficas del Sistema de Información Geográfico (SIG), para delinear zonas de potencial contaminación de acuíferos. En tanto que la delimitación de contaminantes es importante para recuperación del sitio, ella está a menudo amenazada por una comprensión pobre de las condiciones hidrogeológicas, y por las incertidumbres en las observaciones del contaminante. El AEM proporciona estimaciones mejoradas de contaminación potencial al aumentar las concentraciones observadas del contaminante, con la información auxiliar de otros parámetros de calidad de agua. El SIG es útil para organizar y manejar la información de calidad de agua, a través de la comunicación visual de cantidades grandes de información. El método propuesto establece primero magnitudes de área apropiadas, el área cubierta por el SIG, y las escalas para mostrar las concentraciones de contaminación del agua subterránea, a partir de tritio y de contaminantes orgánicos volátiles como tricloroetileno (TCE) y tetracloroetileno (PCE) en el sitio del Río al Savannah, Carolina del Sur, EE.UU. El análisis de componentes principales se usa para agrupar variables que son más indicativas de contaminación potencial. El potencial de contaminación Tritio, se representa mejor como la combinación de tritio con los cationes Al, Mg, Na y los sólidos disueltos totales, mientras la contaminación potencial de PCE se predice usando PCE y Cl. Los mapas de potenciales de contaminación para los datos geoquímicos de 1993–1995 se comparan favorablemente con las concentraciones medidas del contaminante durante 1999. El análisis de racimo hecho en datos de calidad de agua, agrupa concentraciones geoquímicas y concentraciones del contaminante en las zonas de comportamiento homogéneo.

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Résumé L’Analyse Statistique Multivariée (ASM) a été couplée avec succès avec les outils cartographiques des Sytèmes d’Information Géographique (SIG), afin de délimiter les zones à potentiel de contamination des aquifères. Alors que la connaissance de l’extension des contaminants est primordiale pour la réhabilitation des sites, elle est fréquemment compromise par une compréhension limitée du contexte hydrogéologique, et par les incertitudes sur l’observation des contaminants. L’ASM fournit une meilleure estimation du potentiel de contamination, en complétant les concentrations observées en contaminants par des informations annexes issues d’autres paramètres qualitatifs. Les SIG, par leurs capacités à conjuguer visuellement de grandes quantités d’information, sont utiles pour organiser et gérer les informations sur la qualité de l’eau. La première étape de la méthode proposée consiste à définir les limites spatiales appropriées, les couvertures SIG, ainsi que les échelles de visualisation des concentrations en contaminants des eaux souterraines, soit le tritium et les composés organiques volatiles trichloroéthylène et tetrachloroéthylène, sur le site de la rivière Savannah (Californie du Sud, USA). L’analyse en composantes principales est utilisée afin de regrouper les variables caractérisant de manière optimale le potentiel de contamination. Le potentiel de contamination en tritium est représenté le plus significativement par la combinaison du tritium, des cations Al, Mg et Na, et des solides dissous totaux (TDS). Le potentiel de contamination en tétrachloroéthylène est quant à lui estimé en utilisant le tetrachloroéthylène et Cl. Les cartes des potentiels de contamination établies sur les données géochimiques de la période 1993–1995 renvoient une image comparable aux concentrations en contaminants effectivement mesurées en 1999. Une analyse de groupement des données sur la qualité de l’eau rassemble les concentrations géochimiques et en contaminants dans des zones aux comportements homogènes.

     

The Impact Of Urban Development On Recharge And Groundwater Quality In A Coastal Aquifer Near Perth,Western Australia

AbstractNear Perth, Western Australia, thirty boreholes were drilled at eleven sites in similar hydrogeological settings. The sites represent three levels of urban development: an uncleared area, a new residential area (less than 20 years old) and an old residential area (more than 60 years old). The objective was to assess the impact of sewered urban development on recharge and groundwater quality. Tritium data suggest that a greater proportion of recharge in the urban areas is from point sources, and this probably caused high redox potentials (up to 291 mV) in groundwater in the old residential area. Recharge in the new urban area is estimated to be about 37 percent of the average annual rainfall of about 0.8 m, and this value is probably greater than recharge in undeveloped areas. Concentrations of sulphate increase progressively with the age of urban development, from an average of 8 mg/L to 69 mg/L, probably as a result of fertilizer input and the oxidation of soil-held sulphides with land clearing. Nitrate concentrations are significantly higher in urban areas (average concentration >1 mg/L as N) than in the non-urban areas (average concentration <0.5 mg/L as N). However, the measured concentrations are all lower than expected from current fertilizer inputs in sewered urban areas of about 80 kg/ha, indicating that denitrification is taking place. A limited reservoir of reducing agents may be available from denitrification, and this may have implications for the sustained use of groundwater as a potable supply in coastal suburbs of Perth. RÉSUMÉ: Près de Perth, en Australie occidentale, 30 forages ont été réalisés en 11 sites dans les mêmes conditions hydrogéologiques. Ces sites présentent trois degrés de développement urbain: une zone non aménagée, une zone résidentielle nouvelle (de moins de 20 ans), une zone résidentielle ancienne (de plus de 60 ans). L'objectif était de déterminer l'impact de l'assainissement urbain sur la recharge et sur la qualité des eaux souterraines. Les données de tritium indiquent qu'une recharge plus importante se produit ponctuellement dans les zones construites, ce qui est probablement responsable des potentiels redox élevés (jusqu'à 291 mV) dans l'eau souterraine à long temps de séjour. La recharge dans la zone nouvellement urbanisée est d'environ 37% des précipitations moyennes annuelles (800 mm); cette valeur parait supérieure à celle de la recharge dans les zones non urbanisées. Les concentrations en sulfates augmentent progressivement avec l'âge du développement urbain, de 8 à 69 mg/l en moyenne, probablement à cause des apports d'engrais et de l'oxydation des sulfures lors du lessivage des sols. Les teneurs en nitrates sont significativement plus fortes en zones urbanisées (concentration moyenne supérieure à 1 mg/l en N) qu'en zones non urbanisées (concentration moyenne inférieure à 0.5 mg/l en N). Ces teneurs restent cependant nettement inférieurs à celles que produiraient, comme on le connait, des apports continus d'engrais de 80 kg/ha en zone urbanisée avec assainissement, ce qui prouve qu'une dénitrification se produit. Un réservoir limité d'agents réducteurs doit donc intervenir dans la d'énitrification, ce qui peut avoir des implications pour une utilisation durable des eaux souterraines pour l'alimentation en eau potable dans la banlieue côtière de Perth. RESUMEN: Cerca de Perth, Australia Occidental, se perforaron treinta sondeos en once localizaciones con similares características hidrogeológicas. Las localizaciones representan tres niveles de desarrollo urbano: un area no desarrollada, un area residencial moderna (menos de veinte años de edad) y un área residencial antigua (más de 60 años). El objetivo era evaluar el impacto del desarrollo en las redes de saneamiento urbanas en la recarga y calidad de las aguas subterráneas. Los datos de tritio sugieren que una gran proporción de la recarga en áreas urbanas procede de focos puntuales; esto es una posible causa de los altos potenciales redox (hasta 291 mV) de las aguas subterráneas en el área residencial antigua. La recarga en el área urbana moderna se estima sobre el 37% de la precipitación anual media, de alrededor de 0.8 m, y este valor es probablemente mayor que la recarga en áreas no desarrolladas. Las concentraciones de sulfato aumentan progresivamente con la edad del desarrollo urbano, desde una media de 8 mg/l hasta 69 mg/l, probablemente como resultado del aporte de fertilizantes y de la oxidación de los sulfuros retenidos durante la explanación del terreno. Las concentraciones de nitratos son significativamente más altas en áreas urbanas (concentración media > 1mg/l en forma de N) que en áreas no urbanas (concentración media < 0.5 mg/l en forma de N). Sin embargo, las concentraciones medidas son todas menores que las esperadas a partir de los valores de aporte de fertilizantes habituales en áreas urbanas con red de saneamiento, que son del orden de 80 kg/ha. Esto indica que está teniendo lugar un proceso de desnitrificación. Esta desnitrificación puede ser posible por la presencia de una acumulación limitada de agentes reductores, lo que puede tener implicaciones para el uso sostenido del agua subterránea como suministro de agua potable en los suburbios costeros de Perth.     

Assessment Of A Groundwater Flow Model Of The Bangkok Basin,Thailand, Using Carbon-14-Based Ages And Paleohydrology

A study was undertaken to understand the groundwater flow conditions in the Bangkok Basin, Thailand, by comparing ¹⁴C-based and simulated groundwater ages. ¹⁴C measurements were made on about 50 water samples taken from wells throughout the basin. Simulated ages were obtained using 1) backward-pathline tracking based on the well locations, and 2) results from a three-dimensional groundwater flow model. Comparisons of ages at these locations reveal a large difference between ¹⁴C-based ages and ages predicted by the steady-state groundwater flow model. Mainly, ¹⁴C and ¹³C analyses indicate that groundwater in the Bangkok area is about 20,000 years old, whereas steady-state flow and transport simulations imply that groundwater in the Bangkok area is 50,000-100,000 years old. One potential reason for the discrepancy between simulated and ¹⁴C-based ages is the assumption in the model of steady-state flow. Groundwater velocities were probably greater in the region before about 10,000 years ago, during the last glacial maximum, because of the lower position of sea level and the absence of the surficial Bangkok Clay. Paleoflow conditions were estimated and then incorporated into a second set of simulations. The new assumption was that current steady-state flow conditions existed for the last 8,000 years but were preceded by steady-state conditions representative of flow during the last glacial maximum. This "transient" paleohydrologic simulation yielded a mean simulated age that more closely agrees with the mean ¹⁴C-based age, especially if the ¹⁴C-based age corrected for diffusion into clay layers. Although the uncertainties in both the simulated and ¹⁴C-based ages are nontrivial, the magnitude of the improved match in the mean age using a paleohydrologic simulation instead of a steady-state simulation suggests that flow conditions in the basin have changed significantly over the last 10,000-20,000 years. Given that the valid age range of ¹⁴C-dating methods and the timing of the last glacial maximum are of similar magnitude, adjustments for paleohydrologic conditions may be required for many such studies. RÉSUMÉ: Les conditions d'écoulement souterrain dans le bassin de Bangkok (Thaïlande) ont été étudieés en comparant les âges ¹⁴C mesurés et ceux simulés. Les âges mesurés ont été obtenus à partir d'environ 50 échantillons d'eau de puits dans tout le bassin. Les âges simulés proviennent 1) de la position des puits sur les lignes de flux, et 2) des résultats d'un modèle 3-D d'écoulement de nappe. La comparaison des âges aux positions des puits fait apparaître une grande différence entre les âges mesurés et les prédictions du modèle d'écoulement en régime permanent. Dans l'ensemble, les teneurs en ¹⁴C et en ¹³C indiquent que les eaux souterrains du bassin de Bangkok sont âgées d'environ 20 000 ans, alors que les simulations d'écoulement en régime permanent et de transport prédisent un âge compris entre 50 000 et 100 000 ans. Une raison probable du désaccord entre les âges simulés et ceux mesurés est due à l'hypothèse d'écoulement en régime permanent du modèle. Les vitesses d'écoulement souterrain ont probablement été plus fortes dans cette région jusqu'il y a 10 000 ans, lors du dernier maximum glaciaire, du fait de la position plus basse du niveau marin et de l'absence de la couverture par la formation argileuse de Bangkok. Les conditions des paléo-écoulements ont été estimées, puis introduites dans une seconde série de simulations. La nouvelle hypothèse supposait que les conditions actuelles d'écoulement en régime permanent ont existé au cours des 8 000 dernières années, et qu'elles ont été précédées par des conditions d'écoulement en régime permanent représentatives de l'écoulement au cours du dernier maximum glaciaire. La simulation paléohydrologique "transitoire" a donné un âge moyen simulé qui s'accorde mieux avec les âges ¹⁴C mesurés, particulièrement lorsque l'âge ¹⁴C est corrigé pour tenir compte de la diffusion au travers des niveaux argileux. Bien que les incertitudes sur les âges aussi bien simulés que mesurés ne soient pas négligeables, l'ordre de grandeur de l'âge moyen fourni par la simulation s'appuyant sur la paléohydrologie, au lieu de l'écoulement permanent, laisse supposer que les conditions d'écoulement dans le bassin ont nettement changé au cours des 10 000 à 20 000 dernières années. Etant donné que la gamme d'âges ¹⁴C et la durée du dernier maximum glaciaire sont du m{me ordre de grandeur, les ajustement pour les conditions paléohydrologiques peuvent être nécessaires pour nombre d'études de ce type. RESUMEN: Se llevó a cabo un estudio con el objetivo de caracterizar las condiciones del flujo de agua subterránea en la Cuenca de Bangkok, Tailandia, mediante la comparación entre las edades del agua basadas en medidas de ¹⁴C y las simuladas mediante un modelo. Las medidas de ¹⁴C se tomaron en cerca de 50 muestras de agua, en pozos repartidos por toda la cuenca. Las edades simuladas se obtuvieron utilizando 1) seguimiento de partículas a contracorriente, basado en la situación de los pozos, y 2) resultados de un modelo de flujo tridimensional. La comparación entre las edades en estos puntos revelan una gran diferencia entre las basadas en ¹⁴C y las predichas por el modelo de flujo estacionario. Fundamentalmente, los análisis de ¹⁴C y ¹³C indican que la edad del agua subterránea en el área de Bangkok es de alrededor de 20000 años, mientras que las simulaciones de flujo y transporte en condiciones estacionarias revelan una edad de 50000-100000 años. Una posible razón para la discrepancia entre estas dos edades es la hipótesis de flujo estacionario realizada en el modelo. Las velocidades del agua subterránea eran probablemente mayores en esta región anteriormente a los últimos 10000 años, durante el último máximo glaciar, que en la actualidad, debido a que el nivel del mar era menor y a la ausencia de la capa superficial de Arcilla de Bangkok. Por esta razón, se estimaron las condiciones de paleoflujo y se incorporaron a un segundo grupo de simulaciones. La nueva hipótesis era que las condiciones actuales de flujo se habían mantenido estacionarias durante los últimos 8000 años, pero que fueron precedidas por otras condiciones estacionarias representativas del flujo durante el último máximo glaciar. Esta simulación paleohidrológica "transitoria" da lugar a una edad media simulada que se ajusta mejor a la edad basada en ¹⁴C, especialmente si esta última edad se corrige por difusión hacia las capas de arcilla. Aunque las incertidumbres tanto en las edades simuladas con el modelo como en las basadas en ¹⁴C no son sencillas de evaluar, la magnitud de la mejora en el ajuste de la edad media que se produce al utilizar una simulación paleohidrológica en lugar de una estacionaria sugiere que las condiciones de flujo en la cuenca han cambiado significativamente en los últimos 10000-20000 años. Dado que el rango válido de los métodos de datación de ¹⁴C y que el tiempo transcurrido desde el último máximo glaciar son de magnitud similar, los ajustes debidos a condiciones paleohidrológicas serán necesarios para muchos de estudios como éste.     

Microbial degradation of chloroethenes in groundwater systems

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

Radionuclides transport at the site of a low- and intermediate-level waste repository,Saligny, Romania

The site of the future Saligny low- and intermediate-level waste repository presents a rather deep unsaturated zone consisting of a pile of loess and clay, underlain by a calcareous aquifer. Van Genuchten parameters were first estimated in laboratory on samples collected from all the horizons, at different depths. In a second kind of test, moisture parameters were estimated from the natural water content profiles, observed in some wells, by inversion of the unsaturated flow equation. Based on the solution of the inverse problem as well as of the sensitivity analyses a simple physical model of the vadose zone was determined, consisting of a layered sequence that was subjected to a constant infiltration flux. Radionuclide migration was simulated in a vertical cross section made along the most probable path from the repository towards the surface water discharge zone. For radionuclide release, a source term was evaluated by ensuring a conservative estimate of cell inventory during the cell-filling operation. According to the simulation results, for the medium half-life nuclides, the unsaturated zone is a perfect barrier, whereas the long half-life isotopes break through in the aquifer at significant concentrations.

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Resumen El sitio del futuro repositorio para desechos de nivel bajo e intermedio, denominado Saligny, presenta una zona no saturada bastante profunda, consistente en un depósito de loess y arcilla, subyacido por un acuífero calcáreo. Los parámetros de Van Genuchten se estimaron por primera vez en laboratorio, a partir de muestras recolectadas de todos los horizontes, a diferentes profundidades. En un segundo tipo de prueba se estimaron los parámetros de humedad a través de la inversión de la ecuación de flujo no saturado, a partir de los perfiles naturales que contienen agua, observados en algunos pozos. Con base en la solución del problema inverso, así como también en análisis de sensibilidad, se determinó un modelo físico simple de la zona vadosa, el cual consiste de una secuencia estratificada sometida a un flujo de infiltración constante. La migración del radioisótopo fue simulada en una sección vertical, hecha a lo largo del camino más probable entre el repositorio y la zona de descarga en el agua superficial. Para la liberación del radioisótopo se evaluó la fuente, asegurando un estimativo conservador del inventario de celdas durante la operación de llenado de celdas. De acuerdo con los resultados de la simulación, para los isótopos con vida media intermedia, la zona no saturada es una barrera perfecta; mientras que los isótopos con vida media larga irrumpen en el acuífero con concentraciones importantes.

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Résumé Le futur stockage de déchets radioactifs de faible et moyenne activité de Saligny est caractérisé par une zone non-saturée assez profonde qui consiste dans des dépôts de loess et dargile qui couvrent un aquifère calcaire. Dans une première étape, les paramètres de van Genuchten ont été déterminés en laboratoires sur des échantillons prélevés de toutes les couches, à des profondeurs différentes. Dans une seconde étape les mêmes paramètres ont été estimés, comme un solution du problème inverse à partir de profils de la saturation en eau, mesurés dans des forages. Les résultats du problème inverse, ainsi que l› analyse de sensibilité ont mené à un modèle multi- couches de la zone non-saturé, rechargé par un flux constant. On a simulé le transport des radionucléides dans une coupe verticale, construite au long du trajet le plus probable entre le stockage et les eaux de surface. Le flux de radionucléides relâchés a été estimé en considérant une valeur consevative pour la masse totale stocké. D› après les résultats de la simulation la zone non saturée forme une barrière presque parfaite pour les radionucléides de période moyenne, denvirons de 30 ans, tendis quelle est traversée avec des concentrations assez importantes par des isotopes à grande période.

     

Hydrogeological environment and groundwater occurrences of the alluvial aquifers in parts of the Central Ganga Plain, Uttar Pradesh, India

A detailed hydrogeological investigation was carried out in parts of the Central Ganga Plain, India, with the objective of assessing the aquifer framework and its resource potential. The area was studied because of its dual hydrogeological situation, that is water logging and soil salinization in the canal command areas and depletion of aquifers in the western part of the basin. A comprehensive investigation of the aquifer system between the Ganga River and Kali River revealed its lateral and vertical dimensions and hydrogeological characteristics. Moreover, study of the groundwater occurrences, movements and behaviour, in terms of water level fluctuation with time and space, confirms the coexistence of over exploitation as well as water logging in the area.

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Electronic Supplementary Material Supplementary material is available for this article at

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Resumen Una investigación hidrogeológica detallada se llevó a cabo en partes de la Llanura de Ganga Central, India, con el objetivo de evaluar la estructura del acuífero y su potencial del recurso. El área fue estudiada por su doble situación hidrogeológica, es decir la saturación con agua y salinización de suelos en las áreas dominadas por el canal y vaciamiento de acuíferos en el la parte occidental de la cuenca. Una investigación completa del sistema acuífero entre el Río Ganga y el Río Kali, reveló sus dimensiones verticales y laterales y las características hidrogeológicas. Además, los estudios sobre la ocurrencia del agua subterránea, sus movimientos y comportamiento, en lo que se refiere al nivel de agua, y a su fluctuación en el tiempo y el espacio, confirma la co-existencia en el área de sobre- explotación así como de saturación con agua.

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Résumé L'objectif de cette étude hydrogéologique détaillée de portions de la Plaine Centrale du Gange est de déreminer la structure aquifère et la ressource potentielle. L'intérêt de la zone repose sur sa dualité du point de vue hydrogéologique, les zones influencées par le canal présentent une remontée de la nappe avec une salinisation des sols, la portion Ouest du bassin présente une baisse du niveau des aquifères. Par cette étude, le système aquifère compris entre la rivière du Gange et la rivière Kali révèle ses dimensions latérales et verticales ainsi que ses caractéristiques hydrogéologiques. De plus, l'étude des événements, des mouvements et du régime hydrogéologique affectant le niveau phréatique confirme la co-existence de surexploitation et de saturation des sols dans la région.

     

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

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