Recharge areas and geochemical evolution of groundwater in an alluvial aquifer system in the Sultanate of Oman

A regional hydrogeochemical model was developed to evaluate the geochemical evolution of different groundwaters in an alluvial aquifer system in the Interior of Oman. In combination with environmental isotopes the model is able to extract qualitative and quantitative information about recharge, groundwater flow paths and hydraulic connections between different aquifers. The main source of water to the alluvial aquifer along the flow paths of Wadi Abyadh and Wadi Muaydin in the piedmont is groundwater from the high-altitude areas of the Jabal Akhdar and local infiltration along the wadi channels. In contrast, the piedmont alluvial aquifer along Wadi Halfayn is primarily replenished by lateral recharge from the ophiolite foothills to the east besides smaller contributions from the Jabal Akhdar and local infiltration. Further down gradient in the Southern Alluvial Plain aquifer a significant source of recharge is direct infiltration of rain and surface runoff, originating from a moisture source that approaches Oman from the south. The model shows that the main geochemical evolution of the alluvial groundwaters occurs along the flow path from the piedmont to the Southern Alluvial Plain, where dedolomitization is responsible for the observed changes in the chemical and carbon isotope composition in these waters.

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Resumen Un modelo hidrogeoquímico regional fue desarrollado, para evaluar la evolución geoquímica de diferentes aguas subterráneas en un sistema acuífero aluvial ubicado en el interior de Omán. El modelo, en combinación con isótopos ambientales, es capaz de obtener información cualitativa y cuantitativa sobre recarga, direcciones de flujo de agua subterránea y sobre las conexiones hidráulicas entre diferentes acuíferos. La fuente principal de agua para el acuífero aluvial en el piedemonte son las aguas subterráneas, a lo largo de las direcciones de flujo del Wadi Abyadh y del Wadi Muaydin, desde las áreas de gran altura de Jabal Akhdar y como infiltración local a lo largo de los canales del wadi. En contraste, el acuífero aluvial del piedemonte a lo largo del Wadi Halfayn, esta alimentado principalmente por recarga lateral desde las partes bajas de las montañas de ofiolitas hacia el Este, además por pequeñas contribuciones desde el Jabal Akhdar e infiltración local. Siguiendo gradiente abajo en el acuífero de la Llanura Aluvial del Sur, allí tanto la infiltración directa de lluvia, como la escorrentía superficial constituyen fuentes significativas de recarga, las cuales se originan en una fuente de humedad que llega a Omán proveniente del Sur. El modelo muestra, que la evolución geoquímica principal de las aguas subterráneas en el aluvión, sucede a lo largo de la dirección de flujo, que va desde el piedemonte hacia la Llanura Aluvial Sur, en donde el proceso de des-dolomitización es el responsable de los cambios observados en la composición química y también del contenido de isótopos de carbono en estas aguas.

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Résumé On a développé un modèle régional hydrogéochimique pour évaluer lévolution géochimique des différentes eaux souterraines dans le système aquifère de lintérieur dOman. Avec la contribution des isotopes denvironnement, le modèle est capable de fournir des informations qualitatives et quantitatives sur la recharge, les directions découlement et sur les connections hydrauliques entre les différents aquifères du système. La source principale pour laquifère situé au long de la direction découlement des oueds de Abdyah et de Muaydin dans le piémont est leau souterraine provenant des zones de haute altitude de Jabal Akhbar ainsi que linfiltration locale au long des canaux de loued. Par contre, à part dune petite contribution provenant des infiltrations locaux et de Jabal Akhbar, l aquifère alluvial de Wadi Halfayan est en principal alimenté par la recharge latérale provenant des ophiolites situées dans la partie est. Les plus importantes sources de recharge dans laval de laquifère de la Plaine Alluviale sont linfiltration directe et le ruissellement provenant dune source dhumidité qui sapproche dOman par le sud. Le modèle montre que la principale évolution géochimique se produise au long de la direction découlement qui part de piémont de la Plaine Alluviale du Sud, où le procès de dédolomisation est responsable pour les changements observés dans la composition géochimique et en carbone des eaux.

     

Zur Geologie der nordchilenischen Kordilleren

Zusammenfassung Die Arbeit enthält Ergebnisse von Geländeuntersuchungen in den nordchilenischen Kordilleren. In dem geologisch wenig bekannten Raum der Provinzen Atacama und Antofagasta wurden neue stratigraphische Tatsachen entdeckt, u. a. in der Küstenkordillere ein über 1000 m mächtiges Paläozoikum und eine Lias-Transgression, sowie in der Hochkordillere ausgedehnte Vorkommen präkambrischer Gneise und Glimmerschiefer und Lias mit reicher Fossilführung.Die seit der Trias geförderten Ergußgesteine und die Rolle des mittelkretazischen Andenplutons werden geschildert. Ferner wird auf die Beziehungen zwischen magmatischen und tektonischen Ereignissen in Nordchile eingegangen.Der Bau der Küstenkordillere seit der Trias wird vorwiegend von Bruchverformung geprägt. Faltung ist fast ausschließlich auf prämesozoische Serien beschränkt. Die Platznahme des Andenplutons in der Mittelkreide kann hier mit keiner Faltungsphase in Verbindung gebracht werden. Die Faltungsintensität in der Hochkordillere ist zwar stärker, wirklich alpinotype Verformungen werden jedoch selten erreicht.

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Resumen En este trabajo se da una visión general sobre estudios geológicos realizados en la cordillera del norte de Chile, entre los 22 y 26 grados de latidud sur. Estos estudios los realizó el autor en el año 1956, en calidad de huésped de la Universidad de Chile.En la Cordillera de la Costa entre Chañaral y Taltal, y en un perfil por la Cordillera al Este de Vallenar, pude comprobar una serie de novedades en el campo de la estratigrafía.En la Cordillera de la Costa, aflora una potente serie paleozóica (1000 m de potencia), probablemente Silúrico Superior o Devónico, la que se muestra intensamente plegada. Por otra parte pude datar como perteneciendo al Paleozóico una transgresión liásica entre Bahia Cifuncho y Las Bombas.En la Alta Cordillera, al Sur-Este de El Transita, existen espesores considerables de gneises y esquistos precámbricos. En la quebrada de Pinto y quebrada Chanchoquin, afloran sedimentos de la parte alta del Liásico inferior y Liásico medio, los que son muy fosiliferos. Dentro de los sedimentos liásicos se depositaron concordantemente coladas de porfiritas. También aparecen volcanitas postliásicas.Pudieron determinarse dos generaciones de roca plutónica: una vieja, compuesta principalmente de material diorítico que muestra ordenación de petrofabric, y una intrusión mas moderna compuesta de granito fresco no deformado. Este material está claramente intruido en la formación porfirítica en el valle del rio El Carmen entre el Alto del Carmen y San Félix. Es probable que este granito sea más jóven que el batolito mesocrétácico de la Cordillera de la Costa.Finalmente se discuten las relaciones entre procesos tectónicos y magmáticos en las Cordilleras del norte de Chile. Diversos croquis y figuras ilustran los puntos tratados.Por la ayuda prestada en la preparación de los trabajos de campo, le agradezco al Señor Jorge MuñozCrsti, Director del Instituto de Geología de la Universidad de Chile. En los trabajos de campo me asistió el Ingeniero SeñorAntonio Pena.

     

Die Verbreitung des jungen Vulkanismus in der Hochkordillere Nordchiles

Zusammenfassung Die Hochkordillere Nordchiles wird zwischen 18° und 27° Südbreite auf 1300 km von vulkanischen Serien des Känozoikums geprägt. Die Förderwege dieser enormen magmatischen Mobilisation liegen vorwiegend in der Kulminationszone der Anden im Osten des Grabens der Pampa de Tamarugal. Die Grabenzone und die Küstenkordillere der gleichen Breitengrade sind frei von jungem Vulkanismus.Die Vulkanite haben keine Biegungsverformung erlebt, bedecken aber einen scharf gefalteten paläozoischen und mesozoischen Unterbau. Eine ältere rhyolithische Generation wird von jüngeren Andesitvulkanen durchbrochen. Die rhyolithischen Decken sind durch Ignimbritgefüge und große Bimssteinfelder ausgezeichnet. Holozäne Effusionen an den Stratovulkanen lieferten olivinbasaltische Laven. Die Anordnung der rund 600 Vulkane folgt verschiedenen tektonischen Richtungen. Dabei werden NW- und NS-streichende Lineamente bevorzugt.

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The high Cordillera of Northern Chile between 18 and 27 southern latitude is predominated by volcanic series of Cenozoic age. The production ways of the enormous magmatic mobilisation are situated mainly in the culmination zone of the Andes, east of the graben of Pampa de Tamarugal. The graben zone and the coastal Cordillera in the same latitude lacks younger volcanism.The volcanic rocks are not folded but cover a strongly folded basement of Paleozoics and Mesozoics. An older rhyolitic generation of rocks is penetrated by younger andesitic volcanoes. The rhyolitic flows are characterized by ignimbritic textures and large pumic areas.The arrangement of the about 600 volcanoes is following various tectonic directions, preferably lineaments with a strike of NW and NS.

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Resumen La alta cordillere del norte de Chile está formada, entre los 18° y 27° de latitud sur, por series volcanicas cenozoicas. Los canales de emisión de esta enorme actividad magmática están ubicados principalmente en la parte más alta de la cordillera, al oriente de las fosas tectonicas longitudinales, que constituyen la Pampa de Tamarugal. La zona de los graben y la cordillera de la costa de esta misma latitud están libres del volcanismo moderno.Las series volcánicas modernas no han sufrido plegamientos, pero aparecen recubriendo un zócalo de rocas paleozoicas y mesozoicas intensamente plegadas. Las efusiones más antiguas están caracterizadas por extensas camadas de riolitas ignimbriticas y piedra pomez. Las depositaciones rioliticas están cortadas por volcanes andesiticos cuyas ultimas pulsaciones produjeron localmente la efusión de basaltos de olivina.Los 600 volcanes que aproximadamente existen en el area mencionada se ubican sobre lineas estructurales bien definidas, entre las que predominan aquellas de orientación NS y NW.

     

Die W-Sn-Lagerstätte Chojlla,Cordillera Real,Bolivien Teil 1: Nebengestein und Tektonik

The W, Sn ore deposit of Mina Chojlla is situated in the Cordillera Real to the NE of La Paz within a thick pile of Lower Paleozoic slates near the contact to the alkaligranitic and granodioritic Taquesi-Mururata Batholith of Upper Triassic age. Due to the intrusion the slates, which during the Paleozoic had slightly been folded, became low grade metamorphic and were metasomatically turmalinized. The slates, which uniformly dip to the NE, are cut at right angle by a system of parallel orebearing quartz veins, which dip to the SW. They evidently are tensional features, but opening of joints was made possible only through a special orientation of stratification parallel to the tensional stress and normal to the compressional stress. The stress pattern was generated in a shear zone as a consequence of an upward motion of the batholith with respect to its surroundings. Younger Andean tectonics first caused frequently repeated small bedding plane faults, and lateron a system of reversed faults.

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Resumen El yacimiento de wolfram y estaño de la mina Chojlla está ubicado en la Cordillera Real al Noreste de la Paz dentro de una secuencia muy potente de pizarras del Paleozoico inferior y cerca del contacto con el granito alcalino y la granodiorita del batolito Taquesi-Mururata de edad triásica superior. Debido a la intrusión, las lutitas ya levemente plegadas durante el ciclo hercínico fueron sometidas a un metamorfismo de bajo grado y a una turmalinización metasomática. Una serie de vetas mineralizadas, que están inclinadas hacia el SW, corta perpendicularmente a las pizarras inclinadas hacia el NE. Resultan de grietas de extensión, las cuales pudieron abrirse sólo por consecuencia de una orientación especial de la estratificación paralela al esfuerzo extensivo y perpendicular al esfuerzo compresivo. Estos esfuerzos pueden explicarse como componentes de un sistema de cizalla producido por un levantamiento tardío del batolito. La tectónica más reciente produjo primero frecuentes fallas en el plano de estratificación y luego un sistema tranversal de fallas inversas.

     

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

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

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

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

     

Aquifers and hyporheic zones: Towards an ecological understanding of groundwater

Ecological constraints in subsurface environments relate directly to groundwater flow, hydraulic conductivity, interstitial biogeochemistry, pore size, and hydrological linkages to adjacent aquifers and surface ecosystems. Groundwater ecology has evolved from a science describing the unique subterranean biota to its current form emphasising multidisciplinary studies that integrate hydrogeology and ecology. This multidisciplinary approach seeks to elucidate the function of groundwater ecosystems and their roles in maintaining subterranean and surface water quality. In aquifer-surface water ecotones, geochemical gradients and microbial biofilms mediate transformations of water chemistry. Subsurface fauna (stygofauna) graze biofilms, alter interstitial pore size through their movement, and physically transport material through the groundwater environment. Further, changes in their populations provide signals of declining water quality. Better integrating groundwater ecology, biogeochemistry, and hydrogeology will significantly advance our understanding of subterranean ecosystems, especially in terms of bioremediation of contaminated groundwaters, maintenance or improvement of surface water quality in groundwater-dependent ecosystems, and improved protection of groundwater habitats during the extraction of natural resources. Overall, this will lead to a better understanding of the implications of groundwater hydrology and aquifer geology to distributions of subsurface fauna and microbiota, ecological processes such as carbon cycling, and sustainable groundwater management.

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Resumen Los entornos ecológicos en ambientes subsuperficiales están relacionados directamente con el flujo de agua subterránea, la conductividad hidráulica, biogeoquímica intersticial, tamaño de los poros, y vínculos hidrológicos con acuíferos adyacentes y ecosistemas superficiales. La ecología del agua subterránea ha evolucionado a partir de una ciencia que describe la biota subterránea única hasta alcanzar la forma actual que enfatiza estudios multidisciplinarios que integran hidrogeología y ecología. Este enfoque multidisciplinario busca clarificar la función de los ecosistemas de agua subterránea y sus roles en el mantenimiento de la calidad de agua superficial y subterránea. En ecotonos de agua superficial y de acuíferos, los gradientes geoquímicos y biopelículas microbiales median transformaciones de calidad de agua. La fauna subsuperficial (estigofauna) se alimenta de biopeliculas, altera el tamaño de los poros intersticiales mediante su movimiento, y transporta físicamente material a través del ambiente de aguas subterráneas. Además, los cambios en sus poblaciones aportan señales de decadencia de calidad de agua. La mejor integración de ecología de aguas subterráneas, biogeoquímica, e hidrogeología incrementará significativamente nuestro entendimiento de ecosistemas subterráneos, especialmente en términos de bioremediación de aguas subterráneas contaminadas, mantenimiento o mejoramiento de calidad de agua superficial en ecosistemas dependientes de agua subterránea, y protección mejorada de habitats de agua subterránea durante la extracción de recursos naturales. Sobretodo, esto conducirá a un mejor entendimiento de las implicaciones de la hidrología de aguas subterráneas y geología del acuífero, de las distribuciones de fauna subsuperficial y microbiota, procesos ecológicos tal como ciclado de carbono, y gestión sostenible de aguas subterráneas.

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Résumé Les contraintes écologiques dans les environnements de subsurface sont en relation directe avec les écoulements des eaux souterraines, la conductivité hydraulique, la biogéochimie des milieux interstitiels, la taille des pores, et les liens hydrologiques avec les aquifères et les écosystèmes adjacents. Lécologie des eaux souterraines a évolué dune science décrivant uniquement les biotopes souterrains à des études multidisciplinaires qui intègrent lécologie et lhydrogéologie. Lapproche multidisciplinaire cherche à élucider le fonctionnement des écosystèmes souterrains et leur rôle consistant à maintenir la qualité des eaux souterraines et de surface. Dans les écotones des eaux de la surfaces des aquifères, les gradients géochimiques et les biofilms microbiologiques contrôlent les transformations de la qualité de leau. La faune de subsurface (stygofauna) construisent les biofilms, altèrent la taille des pores interstitiels à travers leur mouvement, et transportent physiquement des matériaux à travers lenvironnement des eaux souterraines. Par ailleurs, les changements de leur population signalent un déclin de la qualité de leau.Une meilleure intégration de lécologie des eaux souterraines, de la biogeochimie, et de lhydrogéologie pourra faire avancer de manière efficace de notre compréhension des écosystèmes souterrains, et spécialement en terme de bioremédiation des eaux souterraines contaminées, de maintenance et damélioration de la qualité des eaux de surface dépendant des écosystèmes souterrains, et lamélioration de la protection des habitats des eaux souterraines durant lextraction des ressources naturelles. En général, cela conduira à une meilleure compréhension de limplication de lhydrogéologie et de la géologie des aquifères à la distribution de la faune de subsurface et aux microbiota, aux processus écologiques tels que les cycles du carbone, et la gestion durable des eaux souterraines.

     

Hydrogeological mapping as a basis for establishing site-specific groundwater protection zones in Denmark

The water supply in Denmark is based on high-quality groundwater, thus obviating the need for complex and expensive purification. Contamination from urban development and agricultural sources, however, increasingly threatens the groundwater resource. In 1995 the Danish Government thus launched a 10-point plan to improve groundwater protection. In 1998 this was followed by a decision to instigate spatially dense hydrogeological mapping of the groundwater resource within the 37% of Denmark designated as particularly valuable water-abstraction areas. The maps will be used to establish site-specific groundwater protection zones and associated regulation of land use to prevent groundwater contamination. Traditional mapping based solely on borehole data is too inaccurate for this purpose. The work will take 10 years and cost an estimated DKK 920 million, equivalent to 120 million euro (€). To fund this, consumers will pay a € 0.02 surcharge per m³ of drinking water during the 10-year period. This review of the Danish strategy to protect the groundwater resource demonstrates why dense mapping with newly developed geophysical measurement methods in large contiguous areas accords geophysics a highly central role in the forthcoming hydrogeological mapping. It is illustrated by examples of spatially dense, large-scale geophysical mapping carried out in the Aarhus area.

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Resumen El abastecimiento de agua en Dinamarca está basado en agua subterránea de alta calidad, evitando de esta manera la necesidad de una purificación compleja y cara. Sin embargo, la contaminación a través del desarrollo urbano y de fuentes agrícolas, ha incrementado la amenaza para el recurso de agua subterránea. Entonces en 1995 el gobierno lanzó un plan de 10 puntos para mejorar la protección del agua subterránea. Este fue seguido en 1998 por la decisión para promover una cartografía hidrogeológica espacialmente detallada, para el recurso agua subterránea dentro del 37% de las áreas de extracción consideradas por Dinamarca con una importancia especial. Los mapas serán usados para establecer zonas específicas de protección para puntos de agua subterránea y una regulación asociada al uso del territorio, para prevenir la contaminación del agua subterránea. La cartografía tradicional basada exclusivamente en datos de la perforación es muy inexacta para este propósito. Este trabajo tomará 10 años y costará aproximadamente DKK 920 millones, equivalentes a 120 millones de Euros (€). Para financiar esto los consumidores pagarán un sobreprecio de € 0.02 por m³ de agua potable durante un periodo de 10 años. Este análisis de la estrategia Danesa para proteger el recurso agua subterránea, demuestra porque la cartografía detallada, hecha con nuevos avances en métodos de medición geofísica, aplicados a grandes áreas aledañas, otorgan a la geofísica un papel altamente importante en el futuro de la cartografía hidrogeológica. Esto está ilustrado con ejemplos de cartografía geofísica a gran escala y espacialmente detallada, llevados a cabo en el área de Aarhus.

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Résumé Lalimentation en eau au Danemark suppose une haute qualité des eaux souterraines, en éliminant ainsi le coûteux processus dépuration. Néanmoins, la qualité des sources souterraines est menacée par la pollution provoquée par le développement urbain et agricole. En 1995 le gouvernement danois a lancé un plan en 10 points pour améliorer la protection des eaux souterraines. En 1999 ce plan a été suivi par la décision de promouvoir une cartographie hydrogéologique à grande densité sur 37% du territoire du Danemark où se trouvent des zones de captages importantes. Les cartes seront utilisées pour établir les zones de protection des eaux souterraines, en tenant compte des conditions locales du site ainsi que des règlements conjoints dutilisation des territoires, afin de prévenir la pollution des eaux souterraines. La cartographie traditionnelle, basée seulement sur les données des forages, est trop imprécise pour ce but. Les travaux vont durer 10 ans avec un coût estimé à 120 millions deuros (€). Pour ces travaux les consommateurs vont payer une surcharge de € 0.02 par m³ deau potable, ceci pendant 10 ans. Cette révision de la stratégie du Danemark concernant la protection des ressources en eaux souterraines a démontré les raisons pour lesquelles on a accordé un rôle central aux nouvelles méthodes géophysiques dans la future cartographie hydrogéologique de vaste régions. On présente un exemple de cartographie géophysique réalisée dans la région dAarhus.

     

Modeling of complex multi-aquifer systems for groundwater resources evaluation—Swidnica study case (Poland)

An example of groundwater resources evaluation methodology by numerical modeling in the complex, unconsolidated, multi-aquifer system of the Swidnica area (~627 km²) is presented. In this study Groundwater Modeling System (GMS) was used to develop a conceptual model on the basis of data from several hundred boreholes and to calibrate a numerical, multi-aquifer model. A steady state calibration was performed using historical natural groundwater table (quasi-natural simulation) data and abundant pumping test transmissivity data. The calibrated recharge was first spatially distributed based on surface lithology and then adjusted until a good match between calculated and measured heads was obtained. The quasi-natural simulation budget input of ~165,000 m³/day consisted of 40.5% of lateral inflow from the SW fault model boundary, 34.5% of average net recharge from precipitation, 13% of infiltration from the Mietkowskie Lake and 12% of river infiltration. The budget output (the same as input) consisted of ~ 88% of river drainage and ~ 12% of lateral outflow. The final, abstraction-influenced simulation representing the current stationary condition was used to verify the model by cross referencing present well drawdowns with well abstractions and by comparison of the groundwater discharge to the rivers with the field baseflow measurements. In this simulation, the total well abstraction of ~53,000 m³/d resulted in 9% increase in overall water balance up to ~180,000 m³/day, 38% increased river infiltration, 24% reduced river drainage, 17% reduced lateral outflow and ~3 times increased downward leakage to the deepest, productive aquifer. The Swidnica study case shows an example, which analyzes an impact of well abstractions on the decline of groundwater table and river discharges, concluding that reserves of renewable water resources are still available. It shows also, that by setting up a conceptual model within the numerical model environment and by applying a quasi-3D solution, complex multi-aquifer systems can be well and efficiently modeled.

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Resumen Se presenta un ejemplo de metodología de evaluación de recursos de aguas aubterráneas por medio de modelación numérica en el sistema multi-acuífero, complejo, no consolidado del área de Swidnica (~627 km2). Em este estudio se utilizó un sistema de modelamiento de aguas subterráneas (GMS) para desarrollar un modelo conceptual sobre la base de datos de varios cientos de pozos y para calibrar un modelo multi-acuífero numérico. Se llevó a cabo calibración de un estado constante mediante el uso de datos históricos del manto de aguas subterráneas (simulación casi natural) y de abundantes datos de transmisividad de las pruebas de bombeo. En primer lugar se distribuyó la recarga calibrada en base a la litología de superficie y luego se ajustó hasta obtener una buena correlación entre las cimas calculadas y las medidas. El casi natural presupuesto en la simulación de ~165,000 m3/día consistió de 40.5 % de influjo lateral del límite del modelo de la falla SO, 34.5% de recarga neta promedio de precipitación, 13 % de infiltración del lago Mietkowskie y 12% de infiltración de los ríos. El presupuesto de los productos (output) (igual que el input)consistió de ~ 88 % de drenaje de los ríos y ~ 12 % de flujo lateral. La simulación final, influida por la abstracción, que representa la condición estacionaria actual se utilizó para verificar el modelo mediante la verificación cruzada de los conos de abstracción actuales con abstracciones de los pozos y mediante la comparación de la descarga de aguas subterráneas a los ríos con las medidas de flujo de base de terreno. En esta simulación, la abstracción total de los pozos de ~53,000 m3/d dio como resultado un incremento de 9 % en el balance de gua total de hasta ~180,000 m3/día, un incremento de 38 % infiltración de los ríos, una reducción de 24 % del drenaje a los ríos, una reducción de 17 % del eflujo lateral y un incremento de ~3 veces de filtración hacia abajo al acuífero má profundo productivo. El caso de estudio Swidnica muestra un ejemplo que analiza el impacto de las instalaciones de abstraccion de pozos sobre el decrecimiento del mato de aguas subterráneas y descargas de ríos. Sin embargo, la conclusión es que las reservas de recursos aguas renovables están disponibles todavía. También muestra que los sistemas multi-acuíferos complejos se puede modelar eficientemente y satisfactoriamente al establecer un modelo conceptual dentro del ambiente de un modelo numérico y mediante la aplicación de soluciones casi 3D.

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Resumé Un exemple méthodologique dévaluation des ressources en eau souterraine par modélisation numérique dun système aquifère multiple complexe et non-consolidé de la région de Swidnica (~627 km2) est présenté. Le système de modélisation de leau souterraine GMS (Groundwater Modeling System) est utilisé afin de développer un modèle conceptuel basé sur les données provenant de plusieurs centaines de puits, ainsi que pour caler le modèle numérique daquifère multiple. Une calibration en régime permanent a été effectuée en utilisant les données historiques du niveau naturel de la nappe phréatique (simulation quasi-naturelle) et les données de transmissivité provenant de nombreux essais de pompage. La recharge calibrée a été obtenue en utilisant dabord des valeurs spatiallement distribuées en fonction de la lithologie de surface qui ont par la suite été ajustées jusquà ce quune bonne correspondance entre les charges mesurées et simulées soit obtenue. Le bilan des intrants deau pour la simulation quasi-naturelle de ~165,000 m3/j est réparti comme suit: 40.5% provenant dentrée deau latérale le long de la limite sud-ouest du modèle qui représente une faille, 34.5% de recharge moyenne nette provenant des précipitations, 13% dinfiltration provenant du lac Mietkowskie et 12% dinfiltration provenant de rivières. Le bilan des extrants deau qui forme le même volume que les intrants est réparti entre ~88% de drainage par les rivières et ~12% découlement latéral. La simulation finale influencée par le captage qui représente les conditions actuelles a été utilisée afin de vérifier le modèle en comparant le rabattement actuel avec le captage des puits et en comparant lécoulement deau vers les rivières avec les valeurs découlement de base des rivières mesurées sur le terrain. Dans cette simulation, le total deau pompé (~53,000 m3/j) produit une augmentation de 9% dans le bilan deau total qui devient ~180,000 m3/j, une augmentation de 38% dinfiltration par les rivières, une réduction de 24% du drainage par les rivières, une réduction de 17% de lécoulement de sortie latéral et une augmentation denviron 3 fois du drainage vers le bas vers laquifère le plus productif. Létude de cas de Swidnica montre un exemple qui analyse limpact dinstallation de puits de captage sur le déclin de la nappe phréatique et sur la décharge dans les rivières, en concluant par contre, que les réserves en eau renouvelable sont toujours disponibles. Cet exemple montre également quen construisant un modèle conceptuel avec un environnement de modèle numérique et quen appliquant une solution quasi 3D, les systèmes multiaquifères complexes peuvent être bien et efficacement modélisés.

     

Radon distribution in groundwater of Taiwan

Radon levels were surveyed in 517 monitoring wells constructed in five major groundwater areas of Taiwan. The radon concentration in groundwater samples varied in a wide range from below the detection limit of 18 pCi/L up to 1,100 pCi/L. A worldwide comparison of reported groundwater radon levels was conducted. Overall radon levels in Taiwan groundwater are relatively low compared to other countries because the geology of Taiwan is mainly comprised of sedimentary rocks. Among the 517 wells monitored, only five wells were found with radon concentrations higher than 500 pCi/L. These five wells are all located near the Chaochou Fault in the Pingtung Plain. This study suggests that well sites near the Chaochou Fault could be good locations to monitor radon anomalies for earthquake prediction and should be avoided for developing domestic water supply. In the recharge area near the Chaochou Fault, the radon concentration in groundwater from shallow wells was approximately 1/2 to 1/4 of that from deep wells in the same cluster.

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Resumen Se investigaron los niveles de radón en 517 pozos de monitoreo, construidos en las cinco mayores áreas de agua subterránea de Taiwan. La concentración de radón en las muestras de agua subterránea varía en un rango amplio, desde inferior al límite de detección que es 18 pCi/L hasta 1,100 pCi/L. Se realizó una comparación a escala mundial de los niveles de radón reportados en agua subterránea. En general los niveles de radón presente en el agua subterránea de Taiwan, son relativamente bajos comparados con otros países, puesto que la geología de Taiwan está compuesta de rocas sedimentarias. Entre los 517 pozos monitoreados, solamente en cinco se encontraron concentraciones de radón mayores a 500 pCi/L. Estos cinco pozos están todos localizados cerca de la falla ChaoChou en la Planicie de PingTung. El presente estudio sugiere que los pozos cercanos a la falla Chaochou, podrían ser buenos sitios para monitorear anomalías de radón para la predicción de terremotos y deberían evitarse para los desarrollos de abastecimiento de agua potable. En la zona de recarga cerca de la falla Chaochou, la concentración de radón en agua subterránea obtenida en pozos someros, fue aproximadamente de &frac; a &frac; de aquella en pozos profundos ubicados en el mismo sector.

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Résumé On a mesuré les taux de Rn dans 517 forages ouverts dans cinq aquifères majeures de Taiwan. Les concentrations en Rn couvrent un domaine très large, à partir de valeurs très basses, au dessous de la limite de détection de 18pCi/l jusquaux valeurs assez grandes de 1100pCi/l. On a mené une analyse comparative avec des valeurs mentionnées en littérature. Par report aux valeurs mesurées en autres pays, les concentrations en Rn en Taiwan sont asses basses, compte que la structure géologique de Taiwan est constituée surtout par des roches sedimentaires. On a trouvé des concentrations au desuss de 500pCi/l seulement en cinq de 517 forages investigués. Tous ces cinq forages se trouvent au voisinage de la faille de Chaochou dans la plaine de Pingtung. Cet étude suggere que les forages situés près de la faille de Chaochou peuvent bien monitoriser les anomalie de Rn pour la prédiction des séismes mais doivent être évités lorsqil sagit de lalimentation en eau potable. Dans la zone de recharge près de la faille de Chaochou les concentrations en Rn mesurées dans les puits peu profondes representent 1/2-1/4 de ceux mesurées dans les forages de profondeur.

     

Introductory review of specific factors influencing urban groundwater, an emerging branch of hydrogeology, with reference to Barcelona, Spain

A number of specific factors must be considered when dealing with groundwater in urban areas. Urbanization significantly affects the natural water cycle, both in terms of quantity and quality. In particular, the main contributors to recharge and discharge clearly differ from those in natural systems. Moreover, water can affect underground structures and infrastructure characteristics of cities such as basements, public transport services (trains, underground railways, etc.), and utility conduits. As a result, urban groundwater is emerging as a distinct branch of hydrogeology. The objective of this paper is to review some of the topics that are specific to urban groundwater. These include (1) fluctuations in groundwater levels caused by changes in land and water uses; (2) pollution problems caused by point or non-point sources in urban areas; (3) characterization and quantification of the components contributing to groundwater recharge and discharge; (4) specific characteristics of groundwater flow and solute transport models in urban areas; and (5) integration of data for sustainable urban water management. Some of these issues are illustrated for the particular case of Barcelona, where a comprehensive hydrogeological study has been carried out during the last few years by both the public and the private sectors.

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Resumen Se debe considerar una serie de factores específicos al tratar las aguas subterráneas en áreas urbanas. El proceso de urbanización afecta el ciclo natural del agua de manera significativa tanto en lo que se refiere a cantidad como a calidad. En particular, los contribuyentes principales a la recarga y descarga claramente difieren de aquellos aplicables a los sistemas naturales. Es más, el agua puede afectar los estructuras subterráneas de las ciudades tales como sótanos, servicios de transporte público (trenes, trenes subterráneos) y los servicios básicos. Como resultado de esto, la hidrogeologia urbana está emergiendo como una rama específica de la hidrogeología. El objectivo de este artículo es revisar algunos de los temas que son específicos al agua subterránea urbana. Estos incluyen: 1) Fluctuaciones en los niveles de agua subterránea causados por cambios en los usos de terreno y del agua; 2) Problemas de contaminación causados por fuentes puntuales o no puntuales en áreas urbanas; 3) Caracterización y cuantificación de los componentes que contribuyen a la recarga y descarga de agua subterránea; 4) Características especificas de flujo de agua subterránea y modelos de transporte de solutos en áreas urbanas; y 5) Integración de datos para el manejo sostenible de agua urbana. Algunos de estos puntos se han ilustrados para el caso particular de Barcelona en donde se ha llevado a cabo un estudio hidrogeológico amplio durante los últimos años tanto por el sector privado como el público.

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Résumé Une série de facteurs spécifiques doit être considérée lorsque leau souterraine en région urbaine est étudiée. Lurbanisation affecte significativement le cycle naturel de leau, autant du point de vue quantitatif que qualitatif. Plus particulièrement, les zones de recharge et de décharge diffèrent considérablement des systèmes naturels. Leau souterraine peut affecter les structures souterraines ainsi que les infrastructures municipales telles que les sous-sols, les systèmes de transport publique (trains, métros, ...) et les conduits de service. De ce fait, lhydrogéologie en milieu urbain émerge comme une branche distincte de lhydrogéologie classique. Lobjectif de cet article est de revoir certaines notions qui sont spécifiques à létude de leau souterraine en milieu urbain. Parmi ces notions : 1) les fluctuations de la nappe phréatique causées par des changements dans lutilisation du territoire et de leau, 2) les problèmes de pollution causés par des sources ponctuelles ou diffuses en milieu urbain, 3) la caractérisation et quantification des composants qui contribuent à la recharge et décharge des aquifères, 4) les caractéristiques spécifiques des modèles découlement de leau souterraine et de transport de solutés en milieux urbain, et 5) lintégration des données pour la gestion durable de leau en milieu urbain. Certaines de ces questions sont étudiées pour le cas particulier de la ville de Barcelone où une étude hydrogéologique complète a été menée au cours des dernières années par les secteurs privé et public.

     

Patterns of evolution of research strands in the hydrologic sciences

This paper examines issues of impact and innovation in groundwater research by using bibliometric data and citation analysis.The analysis is based on 3120 papers from the journal Water Resources Research with full contents and their citation data from the ISI Web of Science. The research is designed to develop a better understanding of the way citation numbers can be interpreted by scientists. Not surprisingly, the most highly cited papers appear to be pioneers in the field with papers departing significantly from what has come before and to be effective in creating similar, follow-on papers. Papers that are early contributions to a new research strand that is highly influential will be on average highly cited. However, the importance of a research strand as measured by citations seems to fall with time. The citation patterns of some classic papers show that the activity in the topical area and impact of follow-on papers gradually decline with time, which has similarities with Kuhns ideas of revolutionary and normal science. The results of this study reinforce the importance of being a pioneer in a research strand, strategically shifting research strands, adopting strategies that can facilitate really major research breakthroughs.

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Resumen Este artículo examina los temas de impacto e innovación en la investigación de las aguas subterráneas, mediante el uso de datos bibliométricos y del análisis de las referencias bibliográficas. El análisis se basó en 3120 artículos de la revista Water Resources Research, con el contenido completo y sus datos de referencias bibliográficas obtenidos de la Red de Ciencia ISI. La investigación se diseñó para desarrollar un entendimiento mayor de la forma en que la cantidad de citas bibliográficas puede ser interpretada por los científicos. No es sorprendente que los artículos más citados, parecen ser los pioneros en el campo, siendo artículos que divergen significativamente de lo que se ha hecho anteriormente, los cuales son efectivos creando de manera similar otros artículos seguidores. Los artículos que son contribuciones iniciales en una línea de investigación nueva, la cual es de alta influencia, serán en promedio citados muy frecuentemente. Sin embargo, la importancia de una línea de investigación, de acuerdo a su medida por las veces que es citada, parece disminuir con el tiempo. Las tendencias en cuanto a hacer citas bibliográficas de algunos artículos clásicos, muestran que la actividad en el área de actualidad, lo mismo que el impacto de los artículos seguidores, declinan con el tiempo gradualmente, lo cual muestra parecidos con las ideas de Kuhn acerca de la ciencia revolucionaria y la ciencia normal. Los resultados de este estudio refuerzan la importancia de ser un pionero en una línea de investigación, cambiando estratégicamente de líneas de investigación y adoptando estrategias que puedan facilitar verdaderos avances en investigaciones de trascendencia.

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Résumé Larticle examine les problèmes dimpact et dinnovation dans la recherche des eaux souterraines en utilisant les données bibliométriques et lanalyse des citations. Lanalyse a été faite sur 3120 articles parus dans Water Resources Research en tenant compte de leur texte complet et de toutes citations parues dans lISI Web de la Science. Le but de la recherche a été de mieux comprendre comment le nombre des citations peut être interprété par les scientifiques. Ce nest pas une surprise que les plus cités articles soient les articles-pionniers dans leurs domaines, qui sécartent dune manière significative de ce qui a été écrit auparavant et qui ont été suivi par des nouveaux articles. Les articles qui présentent une première contribution dans leur domaine et qui ont beaucoup influencé la recherche sont en général les plus cités. Il semble que la diminution de limportance dun domaine de recherche est aussi reflétée par le nombre de citations. Le modèle des citations des quelques articles classiques montre que lactivité dans le domaine ainsi que limpact sur les articles suivantes déclinent progressivement pendant le temps ce qui présente une analogie avec les idées de Kuhn sur la science normale et révolutionnaire. Le résultat de létude renforce une fois de plus limportance dêtre un pionnier dans un domaine, en faisant avancer la recherche dans le domaine respectif, en adoptant des stratégies qui peuvent créer des percées majeures dans la recherche.

     

Groundwater demand management at local scale in rural areas of India: a strategy to ensure water well sustainability based on aquifer diffusivity and community participation

Watershed development programmes provide an opportunity for sustainable management strategies, although currently, they remain largely supply-side mechanisms of water resources development. Hydrogeological conditions, community participation and status of groundwater usage are important in evolving strategies on demand-side groundwater management.Neemkheda aquifer is a typical low-storage, low-hydraulic conductivity aquifer from a watershed in the dryland regions of Madhya Pradesh State of central India. A shallow unconfined aquifer, it consists of an upper coarse, calcareous sandstone unit underlain by a fine-grained sandstone unit. A well commune of seven wells is poised to test the concept of joint groundwater management, wherein wells are mechanisms of tapping a common water source, the Neemkheda aquifer.The strategy for systematic groundwater management in the Neemkheda well commune is based upon the relationship between Transmissivity (T) and Storage coefficient (S), i.e. aquifer diffusivity, and its variation within the aquifer. Wells within a high diffusivity domain tend to dewater more quickly than wells within a low diffusivity domain. A well-use schedule during the dry season, based upon aquifer diffusivity forms the basis of the groundwater management concept. The distribution of local aquifer diffusivities governs the relationship between local and regional aquifer depletion times and forms the basis of the groundwater management exercise being proposed for the Neemkheda aquifer.

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Resumen Los programas de desarrollo de una cuenca hídrica son una oportunidad para el uso de estrategias de gestión sostenible, aunque hoy en día estas siguen siendo principalmente mecanismos para el desarrollo de recursos hídricos con énfasis en la oferta. Las condiciones hidrogeológicas, la participación comunitaria y la condición de utilización del agua subterránea, son importantes en el desarrollo de estrategias para la gestión del agua subterránea, desde el punto de vista de la demanda.El acuífero de Neemkheda es un acuífero típico de almacenamiento bajo y conductividad hidráulica baja, perteneciente a una cuenca hídrica ubicada en las regiones secas del Estado de Madhya Pradesh, en la parte central de India. Un acuífero de tipo libre, somero, formado por una unidad superior de arenisca calcárea de grano grueso, subyacida por una unidad de arenisca de grano fino.Un campo de pozos comunitario compuesto por siete pozos, pone a prueba el concepto de gestión conjunta del agua subterránea, dentro del cual los pozos son mecanismos para usar una fuente de agua común: El acuífero de Neemkheda.La estrategia usada para la gestión sistemática del agua subterránea, en el campo de pozos comunitario de Neemkheda, se basa en la relación existente entre Transmisividad (T) y Coeficiente de Almacenamiento (S), es decir en la Difusividad del Acuífero y en su variación observada dentro del mismo acuífero. Los pozos cuya difusividad esta dentro de un rango alto, tienden a experimentar un descenso en su nivel mas rápidamente que aquellos pozos con una difusividad baja. El concepto de gestión de agua subterránea se basa en un programa especial de operación para cada pozo durante la estación seca, el cual a su vez se basa en la difusividad del acuífero. La distribución de difusividades locales del acuífero rige las relaciones entre las épocas de descensos de nivel en el acuífero a escala regional y local, y además constituyen la base del ejercicio de la gestión del agua subterránea que se esta proponiendo para el acuífero de Neemkheda.

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Résumé Les programmes de développement des bassins versants offrent une occasion de développer des stratégies pour une gestion durable, bien qu à présent elles restent en grande mesure le terme source dans le mécanisme de développement de la ressource en eau. Les conditions hydrogéologiques, la participation de la communauté et lusage des eaux souterraines sont importants pour le terme demande dans les stratégies de gestion des eaux souterraines. Laquifère de Neemkheda presents des caractéristiques typiques pour un bassin versant dans les régions arides de létat Madhya Pradesh de lInde centrale en ce qui concerne les faible valeurs de la conductivité hydraulique et du coéfficient demmagasinement. Il sagit dun aquifère phrèatique dont la partie supérieure est constitué par des grès calcaire qui restent sur des grés plus fins. Afin dessayer le concept de gestion integrée, on a réalisé dans laquifère de Neemkheda un captage ayant sept forages qui forment la ressource en eau communale. La stratégie de la gestion systématique du captage est basée sur la relation entre la transmissivité (T), le coéfficient demmagasinement (S), donc la diffusivité hydraulique ainsi que sa variation spatiale. Les puits forés dans les zones à grande diffusivité tendent à sassècher plus vite que ceux creusés dans des zones à faible diffusivité. Le concept de la gestion des eaux souterraines est donc basé sur la distribution spatiale des diffusivités. À partir de ce concept on a développé un programme dexploitation des forages pendant les saisons sèches. La relation entre les temps d épuissment locaux et régionaux est determiné par la distribution spatiale de la diffusivitée et forme la base de lexercice sur la gestion des eaux proposée pour laquifère de Neemkheda.

     

Assessing the extent of induced leakage to an urban aquifer using environmental tracers: an example from Bishkek, capital of Kyrgyzstan, Central Asia

A groundwater residence time study of the deep fluvioglacial aquifer supplying Bishkek, capital of Kyrgyzstan, has found evidence of deep infiltration of recent recharge both in the main periurban wellfield and below the city. Commonly-employed hydrochemical markers detected urban influence in the city-centre to depths of 65–100 m, but gave no indication of the important role of induced river/canal bed leakage, either upgradient in the periurban wellfield or within the city. This was revealed by O and H stable isotope measurements, which showed that local rainfall/snowfall play little part in the aquifer water balance. More remarkably, the universal detection of CFCs and SF₆, including in boreholes with 140–220 m deep upper screens, demonstrated that induced leakage of water just a few decades old had penetrated much deeper into the aquifer system than other hydrochemical markers indicated. A two-dimensional flow model set up to test whether such deep pumping-induced leakage could occur below the periurban wellfield confirmed its feasibility. The results imply vertical infiltration rates of 5–10 m/year and demonstrate that in this not-uncommon intergranular aquifer setting, deep boreholes with deep screen settings do not necessarily abstract old water. Hence, there are major implications for urban groundwater management and protection in such settings.

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Resumen Un estudio sobre el tiempo de residencia del agua subterránea, en un acuífero fluvioglacial profundo que abastece a Bishkek, capital de Kyrgyzstan, ha encontrado evidencias de infiltración profunda a partir de recarga reciente, tanto en el campo de pozos de las afueras de la ciudad, como también por debajo de la ciudad. Los indicadores hidroquímicos comúnmente usados, detectaron influencia urbana en el centro de la ciudad hasta profundidades de 65–100 m, pero no dieron indicación del papel importante del goteo inducido en el lecho del canal/río, tanto aguas arriba en el campo de pozos de los suburbios, como también dentro de la ciudad. Esto se reveló mediante mediciones de isótopos estables de O y H, las cuales mostraron que las precipitaciones/nevadas de tipo local, tienen una pequeña contribución en el balance de agua del acuífero. De manera más notoria, la detección universal de CFCs y SF6, incluidos en las rejillas superiores de pozos profundos con 140–220 m de profundidad, demostraron que un goteo inducido de agua, de solo unas pocas décadas de antigüedad, ha penetrado mucho más profundo dentro del sistema acuífero, de lo que los otros marcadores hidroquímicos indicaban. Un modelo bidimensional de flujo, realizado para probar si el goteo inducido—bombeo profundo podía suceder debajo del campo de pozos suburbano, confirmó su factibilidad. Los resultados implican tasas de infiltración vertical de 5 a 10 m/año, y demuestran que los pozos profundos con tramos de rejilla también profundos, no necesariamente extraen aguas antiguas, en estos ambientes acuíferos con porosidad intergranular. Por lo tanto, hay implicaciones importantes para la gestión y protección en zonas urbanas, y para esos ambientes de las aguas subterráneas.

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Résumé Lanalyse du temps de résidence des eaux souterraines dans un aquifère fluvial profond, dorigine glaciaire, qui alimente en eau Bishek, la capitale de Kyrgyzstan a mis en évidence une recharge récente tant dans le captage en eau que sous la ville même. Les traceurs chimiques ont indiqué linfluence urbaine dans le centre de la ville, à une profondeur de 65–100 m, mais ils nont pas mis en évidence le rôle important de lalimentation induite par la couche du fleuve, tant en amont, dans le captage que en aval, dans la ville. Ces effets ont été relevés par des isotopes stables, comme O et h qui ont montré linfluence récente des précipitations dans le bilan hydrique de laquifère. De plus, la détection universelle de CFC et de SF6, y compris dans les forages ayant une profondeur de 140–220 m, montre que lalimentation en eau induite de plusieurs décennies a pénétré à des profondeurs plus grandes que celles indiqués par des traceurs chimiques. Les possibilités dune drainance verticale induite par les pompages dans le puits profonds du captage ont été vérifiées par un modèle bidimensionnel découlement. Les résultats de la modélisation ont conduit à une infiltration verticale de 5–10 m/an et ont démontré aussi que leau extraite par des puits profonds dans un aquifère granulaire nest pas nécessairement dage ancienne. Il sagit donc des implications majeures concernant la gestion et la protection des captages urbaines en eaux souterraines

     

Development and applications of groundwater remediation technologies in the USA

The future of the development and application of groundwater remediation technologies will unfold in an atmosphere of heightened public concern and attention. Cleanup policy will undergo incremental change towards more comprehensive efforts which account for the impact of remediation on nearby resources. Newly discovered contaminants will cause the re-examination of mature technologies since they may be persistent, mobile and difficult to treat in-situ. Evaluations of the effectiveness of remedial technologies will eventually include by-product formation, geochemical consequences and sustainability. Long-term field trials of remedial technologies alone can provide the data necessary to support claims of effectiveness.

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Resumen El futuro del desarrollo y de la aplicación de las tecnologías para la recuperación del agua subterránea, se revelará en una atmósfera de gran atención e interés público elevado. La política de limpieza sufrirá un cambio adicional hacia esfuerzos más tangibles, los cuales incluyan el impacto de la recuperación en los recursos circundantes. Los contaminantes recientemente descubiertos causarán la revisión de las tecnologías maduras, pues aquellos pueden ser persistentes, móviles y difíciles para tratar in situ. Las evaluaciones de la efectividad de las tecnologías de recuperación, incluirán eventualmente la formación de subproductos, consecuencias geoquímicas y la sostenibilidad. Las experiencias de campo de largo plazo, que se han hecho aplicando tecnologías de recuperación, pueden por si solas suministrar los datos necesarios para soportar las afirmaciones sobre su efectividad.

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Résumé Dans le futur, le développement et les applications des technologies de traitement des eaux souterraines seront déroulés en tenant compte de linquiétude et lattention croissante de lopinion publique. La politique de nettoyage va subir un changement vers des efforts plus compréhensifs qui prendront en compte limpact du traitement sur les ressources voisines. Les nouveaux contaminants seront persistants, mobiles et difficile de traiter in situ; par conséquence ils vont provoquer la reexamination des technologies consacrées. Lévaluation de lefficacité des technologies de traitement doit considérer lapparition des produits secondaires ainsi que les conséquences géochimiques et le développement durable. Seulement les essais in situ, pendant des longues périodes sur les technologies peuvent fournir les éléments nécessaires pour démontrer leur efficacité.

     

A conceptual hydrogeological model of ophiolite hard-rock aquifers in Oman based on a multiscale and a multidisciplinary approach

Ophiolites are found all over the world: from the Alps to the Himalayas, in Cuba, Papua-New Guinea, New Caledonia, Newfoundland, etc. They are composed of hard rocks—basalt, dolerite, gabbro and peridotite, which are formed at the mid-oceanic ridges, with specific ridge-related tectonic fracturing and intense hydrothermal alteration. Their geological and thus their hydrogeological properties differ from those of both granite or classical gabbro and classical basaltic lava. A conceptual hydrogeological model of these hard-rock aquifers was developed based on the convergent results of a multidisciplinary approach at several spatial scales, from rock-sample (centimetre) to catchment (kilometre), on well-preserved ophiolite rocks in Oman. In ophiolite rocks, groundwater circulation takes place mostly in the fissured near-surface horizon (50 m thick), and, to a lesser degree, in the tectonic fractures. Hydrograph analysis (Water Resour Res 34:233–240, 1977), interpretation of numerous pumping tests using both classical Theis and dual porosity models [Water Resour Res 32:2733–2745, 1996; Comput Geosci J (in press)], and mercury porosity and hydraulic conductivity lab-measurements support the aquifer parameter estimates. The hydraulic conductivity K of the fissured horizon is estimated at 10^–5 to 10^–6 m/s for gabbro and dolerite, and 10^–7 m/s for peridotite. The storage coefficient S of the peridotite aquifer is estimated at 10^–3 and appears to be controlled mainly by microcracks (20 to 100 m wide). Tectonic fractures in the ophiolite have similar hydrodynamic properties regardless of lithology (10^–1<T<10^–4 m²/s and 10^–1<S<10^–3) though the probability of obtaining productive wells is two to three times greater in gabbro and dolerite than in peridotite. Some of the tectonic fractures produce small hydrothermal, hyperalkaline springs in the peridotite. The water budget and hydrochemistry of the Oman ophiolite are characterized and support the conceptual hydrogeological model. Despite low annual rainfall, a relatively low hydraulic conductivity and a significant storage coefficient explain why most of the streams in peridotite are perennial.

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Résumé Les ophiolites se trouvent partout dans le monde : des Alpes à lHymalaya, à Cuba, Papouasie Nouvelle-Guinée, Nouvelle Calédonie, etc. Les ophiolites sont composées de roches dures basaltiques, de dolérites, gabbros et péridotites, qui sont formées aux rides mi-océaniques, avec, en relation avec les rides, une fracturation tectonique et une altération hydrothermale intense. Leurs propriétés géologiques et hydrogéologiques diffèrent de celles des granites ou des gabbros classiques ou des laves basaltiques classiques. Un modèle hydrogéologique conceptuel des aquifères de hard-rock a été développé sur les résultats convergents dune approche multidisciplinaire à différentes échelles spatiales, de léchantillon de roche de quelques centimètres à la taille du bassin versant en kilomètres, des ophiolites bien conservées dOman. Dans les roches ophiolitiques, la circulation des eaux souterraines est surtout localisée dans les fissures dun horizon de surface de plus dune cinquantaine de mètres et à un degré moindre dans les fractures tectoniques. Lanalyse des hydrographes (Water Resour Res 34:233–240, 1977), linterprétation des nombreux essais de pompage utilisant des modèles classiques de Theis et des modèles à double porosité (Water Resour Res 32:2733–2745, 1996; Comput Geosci J (Soumis), la porosité au mercure et la conductivité hydraulique calculée en laboratoire supportent lestimation des paramètres de laquifère. La conductivité hydraulique K de lhorizon fissuré est estimée entre 10^–5 et 10^–6 m/s pour les gabbros et les dolérites, et 10^–7 m/s pour les péridotites. Le coefficient demmagasinement S de laquifère de péridotite est estimé à 10^–3 et semble être contrôlé par les micro-fractures (20 à 100 m de largeur). Les fractures tectoniques dans les ophiolites possèdent des propriétés hydrodynamiques en regard de la lithologie (10-1<T<10-4 m²/s et 10-1/S/10-3) bien que la probabilité dobtenir des puits productifs est trois plus grand dans le grabbro et la dolérite que la péridétite. Quelques unes des fractures tectoniques produisent de petites sources hydrothermales hyperalcalines dans la péridotite. Le bilan hydrologique et hydrochimique de lophiolite dOman caractérise le modèle hydrogéologique conceptuel. Malgré des faibles précipitations annuelles, une relativement basse conductivité hydraulique et un coefficient demmagasinement significatif expliquent pourquoi la plus part des cours deau sur les péridotites ne sont jamais taris.

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Resumen Las rocas ofiolitas se encuentran en muchas partes del mundo desde los Alpes a los Himilaya, Newfoundland, Nueva Caledonia etc. Son rocas duras compuestas de basalto, dolerita, gabro y peridotita que son formadas por los cordones medio-oceánicos y por fracturación relacionada con los cordones tectónicos específicos y alteración hidrotermal intensa. La geología y los propiedades hidrogeológicas varian entre las de granito y gabro clásico y lava de basalto clásico. Se desarrolló un modelo conceptual de los acuíferos de las rocas duras Basado en los resultados convergentes de un enfoce multidisciplinario a varias escalas a partir de muestras de roca (centímetro) a cuenca kilómetro) enfocado en las rocas ofilíticas bien preservados en Oman. En las rocas ofiolíticas la circulación de agua ocurre principalmente en el horizonte de fisuras cercanas a la superficie (>50 m de espesor) y en un grado menos importante en fracturas tectónicas. Los estimados de los parámetros de estos acuíferos se basan en análisis de hidrógrafos (Water Resour Res 34:233–240, 1977), en la interpretación de pruebas de bombeo usando los modelos clásicos de Theis y de porosidad doble (Hamm y Bidaux 1996; Lods y Gouze, [en prensa]), y porosidad de mecurio y conductividad hidraúlica medida en el laboratorio. La conductividad hidraúlica K del horizonte fisurado se estima en 10E-5 a 10E-6 m-s para gabro y dolerita y 10E-7 para peridotita. El coeficiente de abastecimiento S del acuífero peridotita se estima en 10–3 y parece ser controlado principalmente por microfracturas (20 to 100 m de ancho). Las fracturas tectónicas en la ofiolita tienen propiedades hidrodinámicas similares independientes de la litología (10–1<T<10–4 m²/s and 10–1<S<10–3) pero la probabilidad de obtener pozos productivos es dos o tres veces mayor en gabro que en dolerita o peridotita. Algunas de las fracturas tectónicas producen pequeñas descargas de agua hidrotermal hiperalcalina en la peridotita. El presupuesto e hidroquímica de las ofilitas de Omán se caracteriza y apoya en el modelo conceptual hidrogeológico. La baja lluvia anual, una conductividad hidraúlica relativamente baja y un coeficiente de abastecimiento importante explican porqué la mejoría de los drenajes en peridotita es peremne.

     

Behavior of the fresh- and saline-water phases in an urban area in Western Buenos Aires Province, Argentina

Given the particular hydrogeological setting at Salliqueló County, Western Buenos Aires Province, Argentina, this paper places attention on the lens that supplies fresh water to its capital, Salliqueló. This lens constitutes the most important fresh-water reservoir in the county. It overlies saline waters, and is recharged through high-permeability sandy sediments at a rate that exceeds by far the actual water demand. Restrictions in exploitation are not limited by the total requirement but rather by the flows extracted from individual wells that may generate up-coning of saline waters, with a resulting overall deterioration in quality of the pumped water. The variations in the position of the interface between saline and fresh waters, as related to the change in extraction rates, were obtained by means of a simulation of the flow of two fluids of different densities. Finally, based on the general hydrogeological characterization and on the simulation results, various methods for the management of these fresh-water resources are proposed, such as the deactivation of urban supply wells, the monitoring of the saline interface position, and the establishment of a protection perimeter for the water-supply wells.

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Resumen Enmarcado dentro de las características hidrogeológicas generales del partido de Salliqueló, oeste de la provincia de Buenos Aires, Argentina, este trabajo se centra en la lente que abastece de agua dulce a Salliqueló, la capital del partido. Esta lente constituye la reserva de agua dulce más importante del partido, se ubica sobre aguas salinas y es recargada a través de sedimentos arenosos de alta permeabilidad a una tasa que excede grandemente los requerimientos de la población. Sin embargo, las restricciones en la explotación no están dadas por las demandas totales sino por las extracciones en perforaciones individuales, que pueden generar ascensos de agua salina con el consiguiente deterioro en la calidad del agua extraída. Las variaciones de la posición de la interfase respecto de los cambios en la explotación fueron obtenidas por medio de la simulación del flujo de dos fluidos de diferente densidad. Finalmente, con base en la caracterización hidrogeológica general y en los resultados de la simulación, se proponen varias medidas para la protección del recurso hídrico, tales como: la desactivación de los pozos de abastecimiento en el ámbito urbano, el control de la posición de la interfase salina y la definición de perímetros de protección de los pozos de abastecimiento, entre otras.

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Résumé Etant donné les particularités hydrogéologiques de la région de Salliqueló, ouest de la province de Buenos Aires, Argentine, cet article traite de la lentille deau douce alimentant en eau potable la capitale, Salliqueló. Cette lentille constitue la réserve la plus importante deau douce de la région. Elle se superpose aux eaux salées et est rechargée via les sédiments sableux et perméables, à un taux dépassant largement la demande actuelle en eau. Les restrictions dans lexploitation ne sont pas limitées par la demande totale mais par les débits extraits des forages privés, qui pourraient générer des rabattements induisant des arrivées deaux salées, arrivées qui peuvent dégrader la ressource pompée. Les variations de la position de linterface eau douce–eau salée, en relation avec les taux dexploitation, ont été obtenues en simulant lécoulement de deux fluides de différentes densités. Finalement, sur base dune caractérisation hydrogéologique et des résultats de la simulation, des méthodes variées pour la gestion de la ressource en eau douce sont proposées, entre autre, la désactivation de pompages urbains, suivi de linterface eau douce–eau salée, et la mise en place de zones de protections des captages deau souterraine.

     

Assessment of hydraulic properties of sedimentary and volcanic aquifer systems under arid conditions in the Republic of Djibouti (Horn of Africa)

The Republic of Djibouti (23,000 km²; 500,000 inhabitants), located within the Horn of Africa, undergoes an arid climate with an average annual rainfall less than 150 mm. Water resources are provided up to 98% by groundwater. Two types of aquifers are encountered: volcanic and sedimentary aquifers. This paper focuses on the assessment of their hydraulic properties, which is necessary for future tasks regarding the management of these aquifers. To this end, a data base consisting of all available pumping test data obtained since the 1960s was compiled. Pumping tests have been interpreted to determine transmissivity. Solely for volcanic aquifers, transmissivity also has been estimated through an empirical relationship using specific capacity corrected for turbulent well losses. The transmissivity of each type of aquifer can span up to four orders of magnitude, pointing out their strong heterogeneity. For the various volcanic rocks, the younger the rock, the higher the transmissivity. The transmissivity of volcanic rocks has therefore decreased in the course of geological time. At present, a much better understanding of the hydraulic properties of these complex aquifers has been obtained, which should enable optimal management of their groundwater resources through the use of numerical modeling.

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Resumen La República de Yibuti (23.000 km², 500.000 habitantes) está situada en el Cuerno de África, donde se han formado diversas unidades volcánicas—basaltos y riolitas—y rocas sedimentarias desde la expansión de los continentes acaecida al inicio de la deriva continental (hace 30 millones de años). La precipitación media anual es inferior a 150 mm. Las rocas volcánicas y sedimentarias, con dimensión inferior a 2.000 km², constituyen acuíferos locales. Los basaltos estratificados forman un acuífero regional que se extiende a más de 9.000 km². La multitud de datos existente ha sido almacenada desde los años 1960 en una base de datos. La transmisividad de estos acuíferos ha sido determinada mediante datos de ensayos de bombeo y una relación empírica que usa la capacidad específica corregida con las pérdidas turbulentas en el pozo. La transmisividad de estos acuíferos se comporta como una variable lognormal, hecho importante para los trabajos previstos de modelación con métodos estadísticos. La transmisividad de cada acuífero puede variar hasta en cuatro órdenes de magnitud, manifestando su gran heterogeneidad. Para los materiales volcánicos, la transmisividad es mayor cuanto más joven es la roca. La permeabilidad de las rocas volcánicas ha evolucionado por tanto con el tiempo geológico. Actualmente, se posee un mayor conocimiento sobre las propiedades hidráulicas de estos acuíferos complejos, de manera que se puede hacer una gestión óptima de sus recursos hídricos subterráneos con la utilización de modelos numéricos.

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Résumé La République de Djibouti (23,000 km²; 500,000 habitants), située dans la Corne de lAfrique, subit un climat aride avec une pluviométrie moyenne annuelle inférieure à 150 mm. Les ressources en eau sont fournies à plus de 98% par les eaux souterraines contenues dans des aquifères sédimentaires ou volcaniques. Cet article a pour objectif lévaluation des propriétés hydrauliques de ces aquifères, étape indispensable pour entreprendre par la suite des études en vue de la gestion de ces aquifères. Une base rassemblant les données dessais par pompage disponibles depuis les années Soixante a dabord été établie. Les essais par pompage ont été interprétés pour déduire la transmissivité. Concernant les aquifères volcaniques, la transmissivité a également été estimée à laide dune relation empirique reliant la transmissivité et le débit spécifique corrigé des pertes de charge anormales. La transmissivité pour chaque aquifère couvre jusquà quatre ordres de grandeur, montrant la forte hétérogénéité de ces milieux. Pour les roches volcaniques, on observe que la transmissivité est dautant meilleure que la roche est plus jeune. Leur transmissivité a ainsi diminué durant les temps géologiques. La compréhension des propriétés hydrauliques de ces aquifères complexes est à présent bien meilleure, ce qui permet denvisager une gestion optimale de leurs ressources à laide de modèles numériques.

     

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.

     

A very large scale GIS-based groundwater flow model for the Nubian sandstone aquifer in Eastern Sahara (Egypt,northern Sudan and eastern Libya)

A three-dimensional GIS-based groundwater flow model for the Nubian Sandstone Aquifer in the eastern Sahara was developed and calibrated under steady-state and transient conditions. The model was used to simulate the response of the aquifer to climatic changes that occurred during the last 25,000 years. The simulation results indicated that the groundwater in this aquifer was formed by infiltration during the wet periods 20,000 and 5,000 years b.p. The recharge of groundwater due to regional groundwater flow from more humid areas in the south was excluded. It also indicates that the Nubian Aquifer System is a fossil aquifer, which had been in an unsteady state condition for the last 3,000 years.

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Resumen Fue desarrollado un modelo de flujo de agua subterránea en tres dimensiones, basado en un SIG, para el Acuífero Arenisca Nubian en el Sahara Oriental, el cual fue calibrado para condiciones de estado estacionario y transitorio. El modelo se usó para simular la respuesta del acuífero a los cambios climáticos que ocurrieron durante los últimos 25000 años. Los resultados de esta simulación indicaron que el agua subterránea en este acuífero, se formó por infiltración, durante los períodos húmedos que hubo hace 20000 y 5000 años, antes del presente. Fue excluida la recarga del acuífero debida a un flujo regional de agua subterránea proveniente de áreas con un clima más húmedo en el sur. El modelo también muestra, que el Sistema Acuífero Nubian es un acuífero fósil, el cual ha permanecido en una condición de estado no estacionario, durante los últimos tres mil años.

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Résumé Pour laquifère gréseux Nubien de Sahara -Est on a mis au points un modèle tridimensionnel, basé sur GIS. Le modèle a été calibré tant pour lécoulement stationnaire que pour lécoulement transitoire. On a simulé après la réponse de laquifère aux changements climatiques des derniers 25000 ans. Les résultats des simulations indiquent que la nappe a été rechargée par des infiltrations pendant une période humide qui sétend 5000 et 20000 ans, dès temps actuel. On na pas pris en compte la recharge de laquifère par la zone plus humide située dans sa partie sud. Le modèle indique aussi que leau de laquifère Nubien est une eau fossile qui a eu un écoulement transitoire pendant les derniers 3000 ans.