Numerical evaluation of pumping well transmissivity estimates in laterally heterogeneous formations

Transmissivity estimates derived from non-steady-state, single well, constant discharge, aquifer tests in laterally heterogeneous environments generally are questioned relative to their representativeness of aquifer conditions. Drawdown in pumping wells reflects the removal of water from storage in the aquifer and transient refraction of groundwater path-lines during the evolution of a non-symmetrical cone of depression. Simulations of single-well aquifer tests in aquifers with simple, arbitrary distributions of block heterogeneities suggest that transmissivity (T) values derived by the Cooper–Jacob (1946) method generally reflect volumetric, weighted mean T values of all of the heterogeneities contacted by the cone of depression at a particular time. This finding suggests that early-time drawdown data for single well aquifer tests reflect rapidly changing, volumetric, weighted mean T values proximal to the pumping well while late-time drawdown data reflect stabilized conditions and spatially averaged, volumetric weighted mean T out to a considerable distance from the pumping well.

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Resume Los estimados de transmisividad derivados de estados no estables, pozos individuales, descarga constante, pruebas de acuíferos en ambientes heterogéneos laterales generalmente se cuestionan en cuanto a su representatividad de las conidiones de los acuíferos. La extracción de agua en pozos de bombeo refleja la extracción de agua del depósito en el acuífero y la refracción transitoria de líneas de trayectoria del agua subterránea durante la evolución de un cono no simétrico de depresión. Las simulaciones de pozos individuales, pruebas de acuíferos en acuíferos con distribuciones simples, arbitrarias de heterogeneidades de bloque sugieren que los valores de transmisividad (T) derivados por el método Cooper–Jacob (1946) generalmente reflejan valores medios volumétricos potenciales (weighted) de todas las heterogeneidades en contaco con el cono de la depresión en un momento particular. Este descubrimiento sugiere que los datos de extracción tempranos de pruebas de pozos individuales reflejan valores medios potenciales volumétricos que cambian rápidamente en la proximidad del pozo de bombeo mientras que los valores de extracción tardíos reflejan condiciones estabilizadas y medias potenciales volumétricas a una distancia considerable del pozo de bombeo.

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Resumé Les estimés de transmissivité dérivés dessais de pompage en régime transitoire dans un seul puits contenu dans une formation latéralement hétérogène sont généralement questionable en ce qui concerne la représentativité des conditions de laquifère. Le rabattement dans les puits de pompage reflète lextraction deau provenant de lemmagasinement de laquifère et la réfraction en régime transitoire des lignes découlement durant lévolution dun cone de dépression non symétrique. Des simulations dessai de pompage dans un seul puits contenu dans un domaine avec des blocs hétérogènes distribués arbitrairement suggèrent que les valeurs de transmissivité obtenus avec la méthode dinterprétation de Cooper–Jacob (1946) sont généralement représentatifs du volume moyen pondéré de toutes les hétérogénéités en contact avec le cone de dépression à un temps particulier. Cette découverte suggère que les données de rabattement au début dun essai pour un seul puits reflètent un changement rapide des valeurs moyennes proximales pondérées tandis que le rabattement à un temps tardif reflète les conditions stabilisées et la moyenne spatiale jusquà une distance considérable du puits de pompage.

     

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.

     

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.

     

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.

     

Participatory groundwater management in Jordan: Development and analysis of options

Groundwater over-exploitation has been on the rise in Jordan. Competing demands have grown in the face of perennial water shortages, a situation which has been exacerbated by drought conditions in the past decade. This paper reports findings of a project in which management options to address over-exploitation were developed for one of Jordans principal aquifer systems, the Amman-Zarqa Basin. Options for addressing the situation were developed through a participatory approach that involved government officials and various public and private sector interest groups. Particular efforts were made to involve well irrigators, who are likely to be heavily impacted by the changes required to reduce groundwater pumping to a sustainable level. With information obtained from a rapid appraisal survey as well as from interviews with farmers, community groups, government officials, and technical experts, an extensive set of options was identified for evaluation. Based on integrated hydrogeologic, social, and economic analysis, five complementary management options were recommended for implementation. These included the establishment of an Irrigation Advisory Service, buying out farm wells, placing firm limits on well abstraction and irrigated crop areas, exchanging treated wastewater for groundwater, and measures to increase the efficiency of municipal and industrial water use. Various combinations and levels of these options were grouped in scenarios, representing possible implementation strategies. The scenarios were designed to assist decision makers, well owners and other stakeholders in moving gradually towards a sustainable abstraction regime. Social and economic aspects of each option and scenario were analyzed and presented to stakeholders, together with a summary of legal, institutional and environmental ramifications. Combining scientific analysis with a participatory approach in the Amman Zarqa Basin groundwater management was devised as a prototype to be used in the management of other groundwater basins in Jordan. This participatory management approach would also be useful in other parts of the world that are experiencing similar groundwater over-exploitation problems.Résumé La surexploitation des eaux souterraines prend de limportance en Jordanie. Les demandes en concurrence ont augmenté face à des déficits permanents deau, situation qui a été exacerbée par la sécheresse de la dernière décennie. Cet article rend compte de laboutissement dun projet dans lequel des options de gestion portant sur la surexploitation ont été développées pour lun des principaux systèmes aquifères de Jordanie, le bassin dAmman Zarqa. Des options pour aborder cette situation ont été développées grâce à une approche participative qui implique des fonctionnaires du gouvernement et des groupes dintérêts variés des secteurs public et privé. Des efforts particuliers ont été faits pour impliquer les irrigants utilisant des puits, qui sont probablement ceux qui ont le plus fort impact sur les changements attendus permettant de remettre le système en équilibre. À partir des informations obtenues de campagnes rapides dévaluation, telles que des réunions de communautés et des entrevues avec des experts techniques du gouvernement, un large jeu doptions a été identifié pour lévaluation. Basées sur une analyse hydrogéologique, sociale et économique, cinq options complémentaires de gestion ont été recommandées pour la réalisation. Ce sont la création dun Service Consultatif dIrrigation, achetant les puits agricoles, fixant des limites fermes aux prélèvements des puits et aux zones irriguées, échangeant les eaux usées traitées avec des eaux souterraines, et la mise en place de mesures pour accroître lefficacité des usages collectifs et industriels. Des combinaisons et des niveaux variés de ces options ont été regroupés en scénarios, présentant les stratégies possibles de mise en uvre. Les scénarios ont été mis au point pour assister les décideurs, les propriétaires de puits et les autres acteurs pour atteindre progressivement un régime de prélèvement durable. Les aspects sociaux et économiques de chaque option et de chaque scénario ont été analysés et présentés aux acteurs, en même temps quun résumé des ramifications légales, institutionnelles et environnementales. En combinant une analyse scientifique à une approche participative du bassin dAmman Zarqa, la gestion des eaux souterraines a été imaginée comme un prototype pouvant être utilisé pour la gestion dautres bassins aquifères de Jordanie. Il peut également être utile à dautres régions du monde qui sont concernées par des problèmes similaires de surexploitation des eaux souterraines.Resumen La sobreexplotación de las aguas subterráneas ha ido en aumento en Jordania, donde las demandas en competición han crecido frente a una escasez perenne de agua, situación que ha sido agravada por el estado de sequía de la última década. Este artículo presenta los hallazgos de un proyecto en el que se han desarrollado opciones de gestión para hacer frente a la sobreexplotación en uno de los principales sistemas acuíferos de Jordania: la cuenca de Ammán-Zarga. Se ha elaborado opciones para afrontar la situación mediante un enfoque participativo que incluye a personal del gobierno y a diversos grupos de interés de los sectores público y privado. En particular, se ha intentado involucrar a los regantes que se sirven de aguas subterráneas, quienes tienen más probabilidad de ser directamente afectados por los cambios requeridos para devolver el sistema a un balance equilibrado. A partir de la información obtenida en rápidas campañas de valoración, así como de encuentros con la comunidad y entrevistas con los expertos técnicos del gobierno, se ha identificado un amplio conjunto de opciones para su evaluación. Basándose en un análisis integrado de los aspectos hidrogeológicos, sociales y económicos, se ha recomendado la implementación de cinco opciones complementarias de gestión: establecimiento de un Servicio Asesor de Riego; adquisición de pozos de granjas; imposición de límites estrictos en las extracciones de pozos y superficies de riego; substitución de las aguas subterráneas con aguas residuales depuradas; y medidas para incrementar la eficiencia de los usos municipales e industriales del agua. Se ha agrupado varias combinaciones y niveles de dichas opciones en escenarios, representando estrategias posibles de implementación. Los escenarios han sido diseñados para ayudar a los gestores en la toma de decisiones, a los propietarios de pozos y a otros agentes para que se vaya consiguiendo de forma gradual un régimen de extracciones sustentable. Se ha analizado los aspectos sociales y económicos de cada opción y de cada escenario, presentándolos a los diversos agentes, además de generar un resumen de ramificaciones legales, institucionales y medioambientales. Se ha concebido la combinación de un análisis científico con un enfoque participativo en la cuenca de Ammán-Zarga como un prototipo de gestión de las aguas subterráneas que puede ser aplicado a la gestión de otras cuencas en Jordania. También sería útil en otros lugares del mundo que estén experimentando problemas similares de sobreexplotación de los recursos hídricos subterráneos.Abbreviations and acronyms AED Academy for Educational Development - ARD Associates in Rural Development - AZB Amman–Zarqa Basin - ECC Economic Consultative Council - GMCC Groundwater Management Consultative Committee - GMF Groundwater Management Fund - GIS Geographic Information System - HDH Hashmiya–Dulayl–Hallabat - IAS Irrigation Advisory Service - JICA Japanese International Cooperation Agency - M&I Municipal and Industrial - MOA Ministry of Agriculture - MWI Ministry of Water and Irrigation - NCARTT National Center for Agricultural Research and Technology Transfer - NGO Non-governmental Organization - O&M Operations and Maintenance - RA Rapid Appraisal - RS Remote Sensing - UFW Unaccounted for Water - USAID United States Agency for International Development - WAJ Water Authority of Jordan - WEPIA Water Education & Public Information Activity - WRPS Water Resource Policy Support     

Pattern classification using tabu search to identify the spatial distribution of groundwater pumping

Pattern classification and Tabu Search are integrated to optimize the zonation and associated average groundwater pumping rates. A simulated problem analogous to the Choushui Creek Alluvial in Janghauh county of Taiwan is used to examine the proposed method. Three problems are tested including (1) optimizing zonation patterns with known pumping rates and number of zones, (2) optimizing pumping rates and zonation patterns with a predetermined number of zones, and (3) optimizing all pumping rates, number of zones, and zonation. The results indicate that the proposed method successfully identifies spatial patterns of groundwater pumping for all three cases. However, some initial zonations result only in local optimums. Thus, using more than one initial zonation to increase search diversification is recommended. Application to different problems such as the spatial distribution of hydraulic conductivity values and area weighting of rainfall stations, is encouraged.

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Resumen El patrón de clasificación y la búsqueda tabú están integrados para optimizar la zonificación y las tasas promedio de bombeo de aguas subterráneas asociadas. Se ha utilizado un área diseñada análoga al arroyo aluvial Choushui en la provincia Janghauh en Taiwan para examinar el método propuesto. Se han probado tres problemas que incluyen (1) la zonificación únicamente con las tasas de bombeo y número de zonas dadas, (2) tasa de bombeo y zonificación con un número predeterminado de zonas, y (3) todas las tasa de bombeo, número de zonas y zonificaciones. Los resultados indican que el método propuesto identifica exitosamente los patrones espaciales de bombeo de las aguas subterráneas en los tres casos. Sin embargo, Algunas zonificaciones iniciales solamente resultan en óptimos locales. Por esta razón se recomienda utilizar más de una zonificación inicial para incrementar la diversificación de la búsqueda. Se sugiere la aplicación a problemas diferentes tales como la distribución espacial de conductividades hidraúlicas y la ponderación de áreas de estaciones de monitoreo de precipitación.

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Résumé La classification des patrons et la recherche Tabu sont intégrés pour optimiser la zonation et la moyenne associée du taux de pompage de leau souterraine. Une région analogue à lalluvion du ruisseau Choushui de la région Janghauh en Taiwan a été recrée afin dexaminer la méthode proposée. Trois problèmes sont évalués, incluant loptimisation de (1) la zonation avec seulement un taux de pompage et un nombre de zones donnés, (2) le taux de pompage et la zonation avec un nombre prédéterminé de zones, et (3) tous les taux de pompage, nombre de zones et la zonation. Les résultats indiquent que la méthode proposée identifie avec succès les patrons de pompage de leau souterraine dans les trois cas. Toutefois, certaines zonations initiales résultent seulement en optimums locaux. Par conséquent, lutilisation de plus dune zonation initiale afin daugmenter la diversification de la recherche est recommandée. Lutilisation de la méthode est suggérée pour la résolution de différents problèmes tels que la distribution spatiale de la conductivité hydraulique et la pondération des stations de mesure de précipitations.

     

Computing residence times for flow towards a pumping well: nomograph solution and validity of the small draw-down approximation

A recent analytical model developed to compute the residence time of fluid flowing in an unconfined aquifer towards a single pumping well is examined. The solution is scaled and presented practically as a nomograph showing the relationship between the residence time, flow length and draw-down. In addition, a similar scaling process is undertaken for the same problem occurring in a confined aquifer so that the error introduced by approximating an unconfined system as a confined system can be understood over a wide range of conditions.

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Resumen Se examina un modelo analítico, recientemente desarrollado, para calcular el tiempo de residencia de un fluido, el cual está fluyendo dentro de un acuífero libre hacia un pozo de bombeo único. La solución después de ser ajustada, se presenta prácticamente como un nomograma, mostrando la relación entre el tiempo de residencia, la longitud del flujo y el abatimiento. Adicionalmente, un proceso similar de ajuste fue realizado para el mismo problema, pero bajo condiciones de acuífero confinado, por tanto el error causado por hacer la aproximación de un sistema libre como si fuera un sistema confinado, puede llegar a ser entendido para un rango amplio de condiciones.

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Résumé On analyse un modèle analytique récent pour calculer le temps de résidence dun fluide pendant son écoulement vers un puits de pompage dans une nappe libre. La solution a été mise-à-léchelle et présenté dune manière pratique, comme une nomogramme qui exprime la relation entre le temps de résidence, la distance de l› écoulement et le rabattement. De plus, on a utilisé un procédé similaire de mise-à-léchelle pour le même problème dans une nappe captive affin que lerreur introduite par lapproximation dune nappe libre par une nappe captive peut être interprétée pour une grande classe de conditions.

     

Evaluation of groundwater availability and sustainable extraction rate for the Upper Santiago Valley Aquifer,Chile

The use of groundwater as water supply has increased dramatically in Santiago, Chile, during the last decades, and there is a need for accurately estimating the actual groundwater supply capacity in the upper Santiago Valley aquifer. The behavior of this aquifer was studied in order to determine the availability of water and the long-range sustainable extraction rate.Water-table depths were simulated using a numerical model with information on recharge from the last 48 years under different extraction policies. With this series of groundwater level data, groundwater level probability distribution functions were determined and extraction statistics were estimated by fitting time series models and by using the crossing theory. With this information, it has been possible to calculate the risk of being unable to supply groundwater demand because the results verify that only 67% of the water rights granted are able to be extracted on a sustained basis with a 90% exceedance probability. Furthermore, the results obtained demonstrate that the method is adequate for determining exceedance probabilities of groundwater flow.

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Resumen El uso de las aguas subterráneas como fuente de abastecimiento se ha incrementado enormemente en Santiago de Chile durante las últimas décadas, por lo que se necesita estimar de forma adecuada la capacidad actual de suministro del acuífero superior del Valle de Santiago. Se ha estudiado el comportamiento de este acuífero para determinar la disponibilidad de recursos y la tasa de extracción sustentable a largo plazo.Se ha simulado los niveles freáticos del acuífero utilizando un modelo numérico con información de la recarga en los últimos 48 años bajo diferentes regímenes de extracción. Con esta serie de datos de los niveles en el acuífero, se ha determinado la distribución de probabilidad de los niveles de las aguas subterráneas y se ha estimado las estadísticas de las extracciones mediante el ajuste de modelos de series temporales y la teoría de cruce. Con esta información, se ha podido calcular el riego de no satisfacer la demanda de abastecimiento, puesto que los resultados verifican que sólo se podría extraer el 67% de las concesiones de agua existentes de manera sustentable con un 90% de probabilidad de excedencia. Aún más, los resultados obtenidos demuestran que el método es adecuado para determinar las probabilidades de excedencia del flujo de las aguas subterráneas.

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Resumé Lutilisation de leau souterraine pour leau potable sest considérablement accrue à Santiago (Chili) au cours des derniers lustres; cest pourquoi il est maintenant nécessaire destimer avec précision la capacité réelle dalimentation de la nappe de laquifère supérieur de la vallée de Santiago. Le fonctionnement de cet aquifère a été étudié afin de déterminer la disponibilité en eau et le taux dextraction durable à long terme.Les niveaux de la nappe ont été simulés avec un modèle numérique à partir dinformation sur la recharge au cours des 48 dernières années pour différentes politiques dextraction. A partir de cette série de données piézométriques, des fonctions de distribution de probabilité des niveaux de la nappe ont été déterminées et des statistiques dextraction ont été estimées par ajustement de modèles de séries chronologiques en utilisant la théorie du croisement. Avec ces informations, il a été possible de calculer le risque de ne pas pouvoir satisfaire la demande deau souterraine, puisque les résultats vérifient que seulement 67% des droits deau attribués peuvent être extraits sur une base durable avec une probabilité de dépassement de 90%. En outre, les résultats obtenus démontrent que la méthode est adaptée à la détermination des probabilités de dépassement de lécoulement souterrain.

     

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

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

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

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

     

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

     

Geochemical evolution of groundwater in the Maneadero coastal aquifer during a dry year in Baja California, Mexico

Water pumped from 25 shallow wells (<31 m) in the Maneadero unconfined coastal aquifer was studied geochemically in order to determine the short-term compositional variability of the aquifer due to seawater intrusion during a drier than normal year (Fall 2001 to Fall 2002). The groundwater was commonly found to be mixed with seawater, with TDS concentrations in November 2002 ranging from 0.99 to 9.46 g l^–1, having an intermediate Na⁺Cl^– to Ca²⁺Cl^– water-type. Rapid recharge events of short duration, after low and short rainfall events during the study period, are suggested from short-term fluctuations in water quality. Seawater intrusion is progressing faster in the central and southern coastal sections of the aquifer and has recently affected the quality of the sites pumping water to the nearby city of Ensenada. Only one of the wells used for the Ensenada water supply had a TDS concentration lower than the 1.0 g l^–1 official limit. Low flow rates and high residence times of water are inferred to be the cause for high alkalinity in the east-central section of the aquifer. High NO₃ in the east-central aquifer indicates that any NO₃ infiltration due to fertilizer use was only slightly dispersed. After a short rainfall season during winter 2001, a significant decrease was seen for the previously most enriched site. However, concentrations above the 10 mg l^–1 official limit persisted in 2002, affecting one well for urban supply (15.9 mg l^–1). The water from this well is nevertheless mixed with better-quality water from other wells before being distributed through the citys piping system.

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Resumen Se estudió la geoquímica de aguas bombeadas por medio de 25 pozos no muy profundos (<31 m) en el acuifero costero no confinado de Maneadero con el objetivo de determinar la variación de la composición en el corto plazo en el acuifero por la intrusión de agua de mar durante un año más seco de lo normal (otoño 2001 a otoño 2002). Se observó que comúnmente las aguas subterráneas estaban mezcladas con agua de mar, con concentraciones de sólidos totales disveltos (STD) de entre 0.99--9.46 g l^–1 y un tipo de agua intermedia Na⁺Cl^– to Ca²⁺Cl^–. A partir de las fluctuaciones en la calidad del agua en el corto plazo se puede inferir que se dan eventos de recarga rápida de poca duración después de eventos de poca lluvia de poca duración y poco volumen durante el periodo de estudio. La intrusión de agua de mar está progresando más rápido en el centro y sur del acuifero costero y ha afectado recientemente la calidad de los sitios de bombeo de agua para la ciudad de Ensenada. Solamente uno de los pozos usados para el abastamiento de Ensenada tiene un STD por debajo del límite oficial de 1.0 g l^–1. Se presume que las razones lentas de flujo y los tiempos de residencia largos del agua son la causa de la alta alcalinidad en el centro-este del acuifero. Una concentración alta de NO₃ en el este-centro del acuifero indica que cualquier infiltración de NO₃ por aplicación de fertilizantes ha sido poco dispersad. Después de poca lluvia en el invierno de 2001, se observó una disminución importante en la zona previamente más enriquecida. Sin embargo, concentraciones sobre el límite oficial de 10 mg l^–1 continuaron en 2002, afectando a un pozo para suministro de agua urbana (15.9 mg l^–1). El agua extraída de este pozo es mezclada con agua de mejor calidad y se distribuye por el sistema urbano de suministro de agua.

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Résumé Leau de pompage de 25 puits peu profonds (<31 m) situés dans laquifère côtier non-confiné de Maneadero a été étudiée dans le but de déterminer la variation géochimique à court terme qui résulte de lintrusion deau de mer lors dune année plus sèche quà lhabitude (automne 2001 à automne 2002). Leau souterraine est souvent retrouvée mélangée avec de leau de mer, avec des concentrations en résidus solides dissous (RSD) qui sétalent entre 0.99 et 9.46 g l^–1 pour novembre 2002, avec un type intermédiaire en Na⁺Cl^– jusquà Ca²⁺Cl^–. Les processus suggérés pour les fluctuations rapides de la qualité de leau sont des événements de recharge de courte duré suite à de faibles et brèves périodes de précipitations. Lintrusion deau de mer progresse plus rapidement dans les parties centrales et sud de laquifère côtier où la qualité de leau pompée vers la ville de Ensenada a récemment été affectée. Un seul des puits utilisés par la ville de Ensenada pour lapprovisionnement en eau potable a une concentration en RSD sous la limite officielle permise de 1.0 g l^–1. Le temps de résidence élevé et le faible taux découlement de leau souterraine sont présumés être la cause de lalcalinité élevée dans la partie centrale-est de laquifère. La concentration élevée en NO₃ dans cette partie de laquifère indique que la totalité de linfiltration de NO₃ dû à lutilisation de fertilisants ne sest que très peu dispersée. Suite à une courte saison des pluies à lhiver 2001, une diminution substantielle a été notée au site qui était le plus enrichi avant la saison des pluies. Malgré tout, des concentrations dépassant la limite officielle permise de 10 mg l^–1 ont persisté, affectant un puits utilisé pour lapprovisionnement urbain (15.9 mg l^–1). Leau provenant de ce puits est toutefois mélangée avec de leau de meilleure qualité provenant dautres puits avant dêtre distribuée par laqueduc municipal.

     

Investigating cross-contamination of aquifers

Shallow aquifers can cross-contaminate deeper aquifers through penetration of an intervening aquitard, via sandy intervals in the aquitard, along well casings, across long well screens, or around aquitard pinchouts. Distinguishing among these potential pathways requires the use of evaluation tools that may support or eliminate certain pathways. These tools include groundwater gradient and aquitard penetration calculations, aquifer pumping test interpretation techniques, chemical concentration plots and statistical methods, hydraulic conductivity-based travel time calculations, pumping-concentration tests, methods for evaluating leaky wells, and methods for evaluating aquitard continuity. Based on analysis of several of these techniques at three sites experiencing aquifer cross-contamination, the authors conclude that calculation of flow rates for various pathways is the single most useful method to confirm or refute specific pathways. Evaluation of leaky wells and aquitard continuity generally must be coupled with other tools to adequately test specific pathways. While fingerprinting, statistical analysis or ratio analysis of contaminants from various sources and receptors was not completed for any of the evaluated sites, the authors believe that these techniques have strong potential for confirming or eliminating pathways. Future research in this area is suggested. Furthermore, the interpretation of pumping-concentration tests is not well developed and needs further assessment.

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Resumen Acuíferos someros pueden ocasionar contaminación transversal de acuíferos profundos mediante la penetración de un acuitardo intermedio, a través de intervalos arenosos en el acuitardo, a lo largo del revestimiento de pozos, o en las inmediaciones de lentes de acuitardos. Para distinguir entre estas trayectorias potenciales se requiere el uso de herramientas de evaluación que pueden apoyar o eliminar ciertas trayectorias. Estas herramientas incluyen cálculos de gradientes de agua subterránea y penetración de acuitardos, técnicas de interpretación de pruebas de bombeo de acuíferos, diagramas de concentración química y métodos estadísticos, estimaciones de conductividad hidráulica en base al tiempo de viaje, pruebas de concentración de bombeo, métodos para evaluar pozos con fugas, y métodos para evaluar la continuidad de acuitardos. Basándose en el análisis de varias de estas técnicas en tres sitios que experimentan contaminación transversal de acuíferos, los autores concluyen que la estimación de ritmos de flujo para varias trayectorias es el único método más útil para confirmar o rechazar trayectorias de flujo específicas. La evaluación de pozos con fugas y continuidad de acuitardos generalmente debe estar acompañada con otras herramientas para probar adecuadamente trayectorias específicas. Aunque no se completó para ninguno de los sitios evaluados técnicas de huellas, análisis estadístico o análisis de relaciones de contaminantes de varias fuentes y receptores, los autores creen que estas técnicas tienen fuerte potencial en la confirmación o eliminación de trayectorias. Se sugiere investigación futura en esta área. Además, la interpretación de pruebas de concentración de bombeo no se ha desarrollado bien y necesita evaluación posterior.

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Résumé Les aquifères de surface peuvent contaminer les aquifères plus profonds à travers un aquitard, un intersection sableuse dans laquitard, le long des forages et de leur crépines, ou de la terminaison biseautée des aquitards. Distinguer et sélectionner ces différents modes de contamination nécessite lutilisation doutils dévaluation. Ces outils incluent le gradient découlement des eaux souterraines et le calcul de pénétration des aquitards, les techniques dinterprétation des essais de pompage, les méthodes dinterprétation chimiques et de traitement statistique, les calculs des temps de transferts sur base de la conductivité, les tests de pompage couplé aux analyses de concentration, les méthodes pour évaluer linfiltration directe alimentant les forages, et les méthodes permettant dévaluer la continuité des aquitards. Basé sur lanalyse de plusieurs de ces techniques sur trois sites expérimentales présentant des contaminations transversale, les auteurs concluent que le calcul des rapports découlement est la méthode la plus simple pour confirmer ou refuser les voies spécifiques. Alors que le traçage, les analyses statistiques et les analyses de la contamination provenant de différentes sources et récepteurs nétait pas complètes pour la plus part des différents sites évalués nétaient pas compléments certains, les auteurs croient que ces techniques ont un potentiel fort pour confirmer ou éliminer ces techniques. Des recherches futures dans cette zone est suggérée. Par ailleurs, linterprétation des tests de pompage couplés à lanalyse des concentrations nest pas développée et nécessite de meilleurs estimations.

     

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

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

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

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

     

Understanding and managing the stressed Mexico-USA transboundary Hueco bolson aquifer in the El Paso del Norte region as a complex system

As the latest drought has swept over the southwestern United States, most local and regional water providers have had to rely on ground water to meet their water demands as surface water supplies have diminished. In areas near major population centers this situation has continued to put strain and stress on already over-drafted regional aquifers. Metropolitan centers throughout the southwestern United States, as exemplified by Las Vegas, Nevada; Phoenix and Tucson, Arizona; and El Paso, Texas, have a history of over drafting their available ground water resources. How these stressed aquifers should be managed is an urgent issue. In El Paso, Texas long-term groundwater mining in the transboundary Hueco bolson aquifer has resulted in large water level drawdowns within the basin, particularly in several well fields. This situation has promoted the intrusion of brackish water into fresh water zones, and consequently reduced the volume of fresh water stored in the aquifer. Management of this aquifer is made more complex as the water resources of the region are shared across the United States/Mexico boundary and the transboundary region continues to grow rapidly. This paper describes the current situation within the Hueco bolson due to over drafting and continued reliance on the fresh water in storage and describes how understanding the dynamics of the aquifer as a complex system can offer managerial perspectives that can be used to establish operational procedures and programs for bringing drawdowns into equilibrium, increasing the longevity of the aquifer, gradually restoring water quality, and offering the hope of utilization of the resource in a sustainable manner.

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Resumen A medida que la última sequía ha pasado ligeramente sobre el suroeste de Estados Unidos la mayoría de abastecedores locales y regionales de agua han tenido que depender del agua subterránea para satisfacer sus demandas de agua debido a que las fuentes de agua superficial han disminuido. En áreas cerca de centros poblados principales esta situación ha continuado ejerciendo presión en los ya sobre explotados acuíferos regionales. Los centros metropolitanos en todo el suroeste de Estados Unidos, por ejemplo Las Vegas, Nevada; Fénix y Tucson, Arizona; y El Paso, Texas tienen una historia de sobre explotar los recursos de agua subterránea disponibles.La gestión de estos acuíferos estresados constituye un problema urgente. En El Paso, Texas el minado de agua subterránea a largo plazo en el acuífero transnacional Hueco bolsón ha resultado en varios campos de pozos. Esta situación ha promovido la intrusión de agua salobre hacia zonas con agua fresca y reducido consecuentemente el volumen de agua fresca almacenado en el acuífero. El manejo de este acuífero se hace más complejo debido a que los recursos hídricos de la región son compartidos a través del límite Estados Unidos/México y la región transnacional continúa creciendo rápidamente. Este artículo describe la situación actual dentro del Hueco bolsón debido a la sobre explotación y continua dependencia en el agua fresca almacenada y describe como el entendimiento de la dinámica del acuífero como un sistema complejo puede ofrecer perspectivas de gestión que pueden utilizarse para establecer procedimientos operacionales y programas que conduzcan al equilibrio de los descensos, aumentando la longevidad del acuífero, gradualmente restaurando la calidad del agua, y ofreciendo la esperanza de utilizar el recurso de manera sostenible.

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Résumé Alors que la dernière sécheresse a atteint toute la partie Sud-Ouest des Etats-Unis, la plus part des distributeurs deau, locaux et régionaux, doivent sapprovisionner en eau souterraine dés lors que les niveaux des eaux de surface ont diminués. Dans les zones proches des grands centres densément peuplés, cette situation a continuée a altérée des aquifères déjà surexploités. Les centres métropolitains du Sud-Ouest des Etats-Unis (Las Vegas dans le Nevada, Phoenix et Tucson dans lArizona, El Paso au Texas) sont connus historiquement pour surexploités leurs ressources en eaux souterraines. Il devient urgent de définir un mode de gestion de ses aquifères surexploités. A El Paso dans le Texas, le minage de laquifère transfrontalier engendre un rabattement important dans le bassin, et plus particulièrement autour des zones de captage. Cette situation a induit lintrusion deaux saumâtres dans des zones deaux douces, et a par conséquent réduit le volume deau douce stockée et exploitable dans laquifère. La gestion de cet aquifère est par ailleurs complexifiée par la situation transfrontalière, dautant que la zone frontalière connaît une croissance rapide. Cet article décrit la situation actuelle dans la vallée fermée du Hueco, due au sur-rabattement et à lexploitation continue des eaux douces, et décrit comment la compréhension de laquifère, vu comme un système complexe, peut offrir des perspectives de gestion amenant à des procédures opérationnelles et à des programmes à long terme permettant de ramener à léquilibre la baisse des niveaux deau. Ainsi la longévité de laquifère sera mieux garantie, la qualité de leau sera graduellement restaurée et lutilisation de leau respectera le souci de développement durable.

     

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.

     

Validation of an intrinsic groundwater pollution vulnerability methodology using a national nitrate database

The importance of groundwater for potable supply, and the many sources of anthropogenic contamination, has led to the development of intrinsic groundwater vulnerability mapping. An Analysis of Co-Variance and Analysis of Variance are used to validate the extensively applied UK methodology, based upon nitrate concentrations from 1,108 boreholes throughout England and Wales. These largely confirm the current aquifer and soil leaching potential classifications and demonstrate the benefits of combining soil and low permeability drift information. European legislation such as the Water Framework Directive will require more dynamic assessments of pollutant risk to groundwater. These results demonstrate that a number of improvements are required to future intrinsic groundwater vulnerability methodologies. The vertical succession of geological units must be included, so that non-aquifers can be zoned in the same way as aquifers for water supply purposes, while at the same time recognising their role in influencing the quality of groundwater in deeper aquifers. Classifications within intrinsic vulnerability methodologies should be based upon defined diagnostic properties rather than expert judgement. Finally the incorporation into groundwater vulnerability methodologies of preferential flow in relation to geological deposits, soil type and land management practices represents a significant, but important, future challenge.

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Resumen La importancia de las aguas subterráneas en el abastecimiento de agua potable, y las muchas fuentes de contaminación antropogénica, ha llevado al desarrollo del mapeo de vulnerabilidad a la contaminación intrínseca de aguas subterráneas. Se han utilizado un análisis de co-varianza y análisis de varianza para validar la metodología que se ha aplicado extensamente en UK basada en concentraciones de nitrato de 1108 pozos a través de Inglaterra y Gales. Se confirma ampliamente las clasificaciones actuales de acuíferos y potencial de lixiviación del suelo y se demuestra los beneficios de combinar la información de suelos y derrubios de baja permeabilidad. La legislación europea tal como el Marco Directivo del Agua requerirá evaluaciones más dinámicas del riesgo a la contaminación de agua subterránea. Estos resultados demuestran que se requieren varias mejoras en las metodologías futuras de vulnerabilidad intrínseca a la contaminación de agua subterránea. Tiene que incluirse la secuencia vertical de las unidades geológicas de modo que las unidades que no son acuíferos puedan zonificarse de la misma manera que los acuíferos con fines de abastecimiento de agua, mientras que al mismo tiempo se reconozca el papel que tienen en la influencia de la calidad de agua subterránea en acuíferos profundos. Las clasificaciones de las metodologías de vulnerabilidad intrínseca deberían basarse en las propiedades diagnósticas características más que en el juicio experto. Finalmente la incorporación de flujo preferencial en las metodologías de vulnerabilidad de agua subterránea en relación a las formaciones geológicas, tipo de suelo y prácticas de manejo de la tierra representa un desafío futuro no solo significativo sino que importante.

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Résumé Limportance des eaux-souterraines pour lalimentation en eau potable, et les multiples sources de contaminations anthropiques, ont conduit au développement de cartes de vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines aux pollutions. Une analyse de la co-variance et lanalyse de la variance sont utilisées pour valider la méthodologie extensive utilisée en UK, basée sur les concentration en nitrates de 1108 forages en Angleterre et en Ecosse. Ceci confirme les classifications courantes basées sur la nature des aquifères et le potentiel de lessivage des sols, et démontre le bénéfice que lon peut tirer à combiner linformation dérivant des sols et des faibles perméabilités. La législation européenne telle la Directive Cadre Européenne demandera des évaluations plus dynamiques des risques de pollution affectant les eaux souterraines. Ces résultats démontrent quun certain nombre daméliorations sont nécessaires aux futures méthodes de vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines. La succession verticale dunités géologiques doit être pris en compte, de telle manière que les parties non-aquifères puissent être zonées de la même manière que les aquifères pour lapprovisionnement en eaux potables, et reconnaître par la même occasion leur influence sur la qualité des eaux souterraines dans les aquifères profonds. Les classifications utilisées dans les méthodes de vulnérabilité intrinsèque devraient être basées sur les propriétés dun diagnostique défini plutôt que sur un jugement expert. Finalement lincorporation, dans les méthodes de vulnérabilité intrinsèque, des écoulements préférentiels en relation avec les formations géologiques, les types de sol et les pratiques daménagement du territoire représentent un challenge futur significatif et ortant.

     

Numerical investigation of seawater intrusion at Gooburrum,Bundaberg, Queensland,Australia

Seawater intrusion in coastal agricultural areas due to groundwater abstraction is a major environmental problem along the northeastern coast of Australia. Management options are being explored using numerical modelling, however, questions remain concerning the appropriate level of sophistication in models, choice of seaward boundary conditions, and how to accommodate heterogeneity and data uncertainty. The choice of seaward boundary condition is important since it affects the amount of salt transported into the aquifers and forms the focus of the present study. The impact of this boundary condition is illustrated for the seawater-intrusion problem in the Gooburrum aquifers, which occur within Tertiary sedimentary strata. A two-dimensional variable-density groundwater and solute-transport model was constructed using the computer code 2DFEMFAT (Cheng et al. 1998). The code was tested against an experiment for a steady-state freshwater-saltwater interface and against the Elder (Elder 1967) free-convection problem. Numerical simulations show that the imposition of the commonly-used equivalent hydrostatic freshwater heads, combined with a constant salt concentration at the seaward boundary, results in overestimated seawater intrusion in the lower Gooburrum aquifer. Since the imposition of this boundary condition allows water flow across the boundary, which subsequently takes salt into the aquifer, a careful check is essential to estimate whether too much mass of salt is introduced.

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Resumen La intrusión de agua salada en áreas agrícolas costeras a causa de la abstracción de aguas subterráneas es un problema medioambiental mayor a lo largo de la costa noreste de Australia. Se están explorando opciones de manejo mediante el uso de modelos numéricos, sin embargo, quedan pendientes cuestionamientos con respecto al nivel apropiado de sofisticación de los modelos, la elección de condiciones de límites hacia el mar y cómo acomodar la heterogeneidad y la incertidumbre de los datos. La elección de límites hacia el mar es importante ya que afecta la cantidad de sal transportada a los acuíferos y forma el centro de interés del presente estudio. Se ilustra el impacto de esta condición de límites para el problema de la intrusión de agua de mar en los acuíferos de Gooburrum, Queensland, Australia. Se construyó un modelo de transporte de solutos y de densidad variable de aguas subterráneas de dos dimensiones mediante el uso del código de computación 2DFEMFAT. El código se probó contra un experimento para una interfase de agua salada-agua dulce de estado constante y contra el problema de Elder de convexión libre. Las simulaciónes numéricas muestran que las cimas de agua dulce hidrostáticas equivalentes utlizadas comúnmente combinadas con una concentración de sal constante en el límite hacia el mar resultan en una sobreestimación de la intrusión de agua de mar en el acuífero bajo de Gooburrum. Puesto que la imposición de esta condición de límites permite flujo de agua a través de los límites, el cual subsecuentemente transporta sal al acuífero, una verificación cuidadosa es esencial para estimar si se introduce demasiada masa de sal.

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Résumé Investigations numériques de lintrusion deau de mer à Gooburrum, Bundaberg, Queensland. Lintrusion deau salée due au captage deau souterraine dans les régions agricoles situées le long de la côte Nord-Est de lAustralie est un grave problème environnemental. Des solutions à ce problème sont présentement étudiées à laide de la modélisation numérique. Cependant des questions subsistent concernant le niveau de sophistication du modèle, le choix des limites le long de lintrusion salée et la manière daccommoder lhétérogénéité et lincertitude des données. Le choix de la limite le long de lintrusion deau salée est important puisque cette limite détermine la quantité de sel transporté dans laquifère et constitue le sujet de la présente étude. Leffet du choix de cette limite est bien illustré par le problème dintrusion deau salée dans les aquifères de Gooburrum, Queensland, Australie. Un modèle bidimensionnel découlement à densité variable et de transport de solutés a été conçu en utilisant le code 2DFEMFAT. Ce code a été testé avec une expérimentation ayant pour objet lécoulement en régime permanent dune interface eau salée/eau douce. Il a aussi été mis à lépreuve par le problème de convection libre de Elder. Les simulations numériques révèlent que limposition de la limite communément utilisée, quon appelle la «charge hydrostatique équivalente deau douce», conduit, dans le cas o lon a une concentration constante en sels le long de lintrusion deau salée, à une surestimation de lintrusion deau salée dans laquifère inférieur de Gooburrum. Puisque que cest limposition de cette limite qui permet lécoulement de leau au-delà de la frontière de laquifère, ce qui introduit subséquemment du sel dans laquifère, une vérification minutieuse doit tre effectuée afin de contrôler la quantité de sel introduit.

     

Study on the relationship between lineaments and borehole specific capacity in a fractured and karstified limestone area in Vietnam

For a karstified limestone area in NW Vietnam, the relationship between the distribution of lineaments and borehole specific capacity is determined, resulting in the conclusion that not only the borehole geomorphological-hydrogeological position but also the lineament distribution influences the specific capacity.No significant spatial well yield patterns are evident in this highly fractured-karstified region. The supposition is that lineaments caused by geotectonic activities affect the local variability in borehole specific capacity. Sixteen pumping tests in conjunction with a comprehensive lineament analysis are used to prove this relationship. The boreholes and lineaments are classified into two groups according to their similarity in geomorphological-hydrogeological features. Lineaments tend to be less detectable in discharge areas (lowland, wide and flat valleys) in contrast to the high density in recharge areas (highland narrow-mountainous ravines). In addition, the presence of a stream network in the former can act as a recharge source to the underlain karstic groundwater system. Consequently, boreholes that are in the discharge areas with a lower density of lineaments often produce high yield. For recharge areas with a high density of lineaments, a good correlation is found between lineament density and borehole specific capacity.

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Resumen El resultado ha sido la conclusión de que tanto la distribución de lineamientos como el nivel base local de erosión, i. e. la red de arroyos, influyen el rendimiento de los pozos. No hay ningún patrón evidente significativo de rendimiento de pozos según parámetros espaciales en esta región altamente karstificada y fracturada. La suposición es que los lineamientos causados por actividad geotectónica afectan la variabilidad local de rendimiento de los pozos. Se han utilizado dieciséis pruebas de bombeo en conjunción con un análisis de lineamientos amplio para descubrir la relación. Los pozos y lineamientos se han clasificado en dos grupos de acuerdo con sus similitudes en rasgos geomorfológicos-hidrogeológicos. Se tiende a detectar menos lineamientos en valles anchos y planos en contraste con la alta densidad en áreas de valles montaosos angostos. Adicionalmente, la presencia de una red de arroyos en estos últimos puede actuar como fuente de recarga del sistema de aguas subterráneas kárstico subyacente. En consecuencia, los pozos que se encuentran en el área con una menor densidad de lineamientos pero cercanos a un nivel local base de erosión frecuentemente tienen un rendimiento alto. En el caso de los valles angostos con una alta densidad de lineamientos, se ha encontrado una correlación alta entre densidad de lineamientos y rendimiento de pozos.

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Résumé La relation entre la distribution des linéaments et le rendement des puits est déterminée pour une région dans le nord ouest du Vietnam composée de calcaires karstiques. La conclusion qui résulte de lanalyse de cette relation est que la distribution des linéaments ainsi que leur niveau local dérosion affectent le rendement des puits. Aucune tendance na été observée dans la distribution spatiale des puits selon leur rendement au sein de cette région karstique grandement fracturée. On suppose que les linéaments produits par lactivité géotectonique ont une influence sur la variabilité locale du rendement des puits. Les résultats de seize essais de pompage et une analyse complète des linéaments sont utilisés pour établir la relation. Les puits et les linéaments sont classés en deux groupes selon la similarité de leur caractéristiques géomorphologiques et hydrogéologiques. Les linéaments sont plus difficilement repérables dans les grandes vallées plates que dans les étroites vallées de montagne, qui présentent une densité élevée de linéaments. De plus, la présence de rivières dans les premières peut contribuer à la recharge du système découlement souterrain karstique sous-jacent. Par conséquent, les puits situés dans les régions à faible densité en linéaments, mais qui se trouvent près de linéaments à niveau local dérosion élevé présentent souvent un rendement élevé. Dans les vallées étroites ayant une grande densité de linéaments, il y a généralement une corrélation élevée entre la densité des linéaments et le rendement des puits.

     

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.

     

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

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

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

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