Karst groundwater vulnerability mapping: application of a new method in the Swabian Alb, Germany

Groundwater from karst aquifers is an important drinking water resource, which is, however, particularly vulnerable to contamination. Karst aquifers consequently need special protection. This paper discusses the concept of groundwater vulnerability mapping and the special characteristics of karst aquifers that are relevant in this context. On this basis, a new method of groundwater vulnerability mapping is proposed—the PI method. It can be applied for all types of aquifers, but provides special tools for karst. Vulnerability is assessed as the product of two factors: protective cover (P) and infiltration conditions (I). The method was first applied and compared with two other methods (EPIK and the German method) in a test site in the Swabian Alb, Germany. The results obtained with the different methods are discussed and an outlook on the role of vulnerability maps within an overall groundwater protections scheme is given.

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Resumen Las aguas subterráneas en medios kársticos suponen un recurso importante para uso de boca, pero es particularmente vulnerable a la contaminación, por lo que los acuíferos kársticos requieren una protección especial. Este artículo discute el concepto de cartografía de vulnerabilidad de las aguas subterráneas y las características propias de los acuíferos kársticos que son relevantes en este contexto. Con esta base, se propone un nuevo método para cartografiar la vulnerabilidad de las aguas subterráneas, denominado "PI". Puede ser aplicado a todo tipo de acuíferos, pero proporciona herramientas especiales en medios kársticos. Se establece la vulnerabilidad como resultado de dos factores: la cubierta protectora y las condiciones de infiltración. El método ha sido aplicado por vez primera y comparado con otros dos enfoques (EPIK y el método alemán) en un emplazamiento ubicado en Swabian Alb (Alemania). Se discute los resultados obtenidos con estos métodos y se incide en cuál es el papel que desempeñan los mapas de vulnerabilidad en el contexto de los esquemas generales de protección de las aguas subterráneas.

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Résumé L'eau souterraine des karsts est une importante ressource d'eau potable, cependant particulièrement vulnérable à la pollution. C'est pourquoi les aquifères karstiques nécessitent une protection particulière. Ce papier discute le concept de cartographie de la vulnérabilité de l'eau souterraine et les caractéristiques particulières des aquifères karstiques qui sont concernés dans ce contexte. Sur cette base, une nouvelle méthode de cartographie de la vulnérabilité de l'eau souterraine est proposée: la méthode PI. Elle peut être appliquée à tous les types d'aquifères, mais fournit des outils spécifiques au karst. La vulnérabilité est évaluée comme étant le produit de deux facteurs: les conditions de couverture protectrice (P) et d'infiltration (I). La méthode a été mise en oeuvre pour la première fois et comparée à deux autres méthodes (EPIK et la méthode allemande) sur un site test du Jura souabe (Allemagne). Les résultats obtenus avec les différentes méthodes sont discutés et le rôle des cartes de vulnérabilité dans un schéma général de protection des eaux souterraines est passé en revue.

     

Relationships Among Hydraulic Characteristics Of The Dammam Aquifer And Wells In Kuwait

The Dammam Formation is a karstic aquifer in Kuwait that has a large range of transmissivity and, hence, productivity. The statistical analysis of 97 observations of transmissivity and specific capacity show the strong influence of outliers. A comparison of median values of these parameters indicates that the well field Shigaya C is the most productive and the Sulaibiya well field is the least productive. Logarithmic transformations of specific capacity and transmissivity show a positive linear relationship. Correlation between well losses for 47 wells with transmissivity and specific capacity does not indicate a definite trend; however, a positive log-linear relationship is indicated between well loss and the ratio of discharge and transmissivity. Logarithms of well loss constants show a negative linear relationship with logarithms of transmissivity and specific capacity. These relationships are useful for estimating hydraulic characteristics that are needed for the designs of wells and well fields and for preliminary water-resources evaluations. RÉSUMÉ: La formation de Damman au Koweit est un aquifére karstique qui présente une large transmissivité T et de coefficient d'emmagasinement S montre la forte influence des valeurs extrêmes. Une comparaison des valeurs de la méidane de ces paramètres montre que le champ captant de Shigaya C est le plus productif et que celui de Sulaubiya est le moins productif. Il existe une corrélation positive linéaire entre log T et log S. La corrélation entre les pertes en puits de 47 puits et T et S ne présente aucun lien significatif. Il existe cependant une relation positive log-linéaire entre pertes en puits et le rapport débit/transmissivité. De même, une relation négative log-linéaire est établie entre les pertes en puits et T et S. Ces relations sont utilisées pour estimer les caractéristiques hydrauliques de la formation à partir desquelles sont positionnés les puits et définis les champs captants et est basée l'évaluation préliminaire des ressources en eau. RESUMEN: La Formación Damman es un acuífero kárstico situado en Kuwait que presenta un amplio rango de transmisividades y, por tanto, de rendimientos. El análisis estadístico de 97 observaciones de transmisividad y capacidad específica muestra la gran influencia de valores anómalos. La comparación de valores medianos de dichos parámetros indica que el campo de pozos Shigaya C es el más productivo y que el Sulaibiya es el menos productivo. Las transformaciones logarítmicas de capacidad específica y transmisividad se relacionan linealmente de forma positiva. La correlación entre las pérdidas en los pozos con transmisividad y capacidad específica, a partir de datos en 47 pozos, no indican una tendencia definida; sin embargo, si se muestra una relación log-lineal positiva entre pérdidas en el pozo y la relación entre descarga y transmisividad. El logaritmo de las pérdidas en el pozo muestra una relación lineal negativa con los logaritmos de transmisividad y capacidad específica. Estas relaciones son útiles para estimar las características hidráulicas que son necesarias para el diseño de pozos y de baterías de pozos y para las evaluaciones preliminares de recursos hidráulicos.     

Impacts Of Management Practices On Groundwater Conditions In The Eastern Province,Saudi Arabia

Insufficient attention has been given to management issues of groundwater in desertic aquifers, especially pumping policies and the proper design of well fields, i.e., the spatial distribution among wells and among well fields. In Saudi Arabia, many wells have been drilled in small areas, and in some parts of the Kingdom, groundwater pumping has increased drastically during the last two decades. Heavy pumping from large numbers of clustered wells in closely spaced well fields has resulted in unacceptable impacts on water levels and water quality in these areas. Numerical techniques were used to assess the impacts of this practice in parts of the Eastern Province. If the existing water-management policies and trend of increased pumping continue, a considerable additional drawdown will occur. Therefore, proper groundwater-management and conservation schemes need to be adopted. The approaches include optimization of well-field designs and well operations, and the implementation of effective irrigation-scheduling techniques. The implementation of a comprehensive irrigation water-management system in a large irrigation project has resulted in significant recovery of groundwater in the project area in the Eastern Province. RÉSUMÉ: Trop peu d'attention a été accordée aux questions de gestion des eaux dans les aquifères désertiques, particulièrement en ce qui concerne la règlementation des pompages et le groupement judicieux des puits, i.e., la répartition en surface des puits et des champs de puits. En Arabie Saoudite, de nombreux puits ont été forés sur des surfaces réduites, et, dans certaines parties du Royaume, le pompage des eaux s'est accru de façon spectaculaire dans les deux dernières déciennes. Un pompage important à partir d'un grand nombre de puits concentrés dans des ensembles rapprochés les uns des autres a eu des effets inacceptables sur le niveau et la qualité des eaux. Des techniques d'analyse numériques ont été employées pour évaluer les conséquences de ces modes de gestion dans certaines parties de la Province de L'Est. Si l'actuelle gestion des eaux se poursuit et le pompage continue de croître, il en résultera un abaissement considérable du niveau d'eau. Il est donc nécessaire d'adopter dans ces régions des méthodes de gestion et de conservation appropriées. Ces méthodes consistent, entre autres, à optimiser l'agencement des groupements de puits et de l'opération des puits, ainsi qu'à adopter des techniques efficaces pour programmer les horaires d'irrigation. L'adoption d'un sytème intégré de gestion des eaux dans un grand programme d'irrigation a provoqué une remontée substantielle des eaux souterraines dans la partie de la Province de L'Est correspondant à la zone du projet. RESUMEN: Los problemas de gestión de las aguas subterráneas en acuíferos desérticos no han recibido suficiente atención, especialmente en lo que respecta a las políticas de captaciones y al diseño adecuado de los campos de pozos, es decir, la distribución espacial de los pozos y de los campos de pozos. En Arabia Saudita, muchos pozos se han excavado en áreas pequeñas, y en algunas partes del Reino, el bombeo de agua se ha incrementado drásticamente durante las dos últimas décadas. El fuerte bombeo en un gran número de pozos de bombeo agrupados, situados en campos de extracción próximos, ha dado lugar impactos inaceptables en los niveles y en la calidad del agua en estas áreas. Se usaron técnicas numéricas para evaluar los impactos de esta política de extracción en partes de la Provincia Oriental. Si la política de gestión del agua actual y el incremento en el bombeo se mantienen, darán lugar a un descenso de niveles adicional considerable. Por tanto, en estas áreas es necesario adoptar esquemas apropiados de gestón y conservación de las aguas subterráneas. Esto incluiría la optimización de los diseños y de los criterios de operación de los campos de pozos y la adopción de técnicas de riego efectivas. La puesta en marcha de un sistema de gestión de aguas de riego, dentro de un gran proyecto de irrigación, ha dado como resultado una recuperación significativa de los niveles de agua en el área de proyecto, situada en la Provincia Oriental.     

Capture zone,travel time,and solute-transport predictions using inverse modeling and different geological models

Six regional-scale flow models are compared to gain insight into how different representations of hydraulic-conductivity distributions affect model calibration and predictions. Deterministic geological models were used to define hydraulic-conductivity distributions in two steady-state flow models that were calibrated to heads and baseflow estimates using inverse techniques. Optimized hydraulic-conductivity estimates from the two models were used to calculate layer and model mean hydraulic-conductivity values. Despite differences in the two geological models, inverse calibration produced mean hydraulic-conductivity values for the entire model domain that are quite similar. The layer and model mean hydraulic-conductivity values were used to generate four additional flow models and forward runs were performed. All of the models adequately simulate the observed heads and total baseflow. The six flow models were used to predict the steady-state impact of a proposed well field, and the flow solutions were used in simulating particle tracking and solute transport. Results of the predictive simulations show that, for this example, simple models of heterogeneity produce capture zones similar to more complex models, but with very different travel times and breakthroughs. Inverse modeling combined with different geological models can provide a measure of capture zone and breakthrough reliability.

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Resumen Se compara seis modelos de flujo a escala regional para conocer cómo afecta a la calibración y a la predicción del modelo diversas representaciones de la distribución de la conductividad hidráulica. Se ha utilizado modelos geológicos deterministas para definir las distribuciones de la conductividad hidráulica en dos modelos de flujo permanente, calibrados mediante técnicas inversas con niveles piezométricos y estimaciones del flujo de base. Se ha adoptado estimaciones optimizadas de la conductividad hidráulica de los dos modelos para calcular las cotas de las capas y sus conductividades hidráulicas medias. A pesar de las diferencias entre ambos modelos geológicos, con la calibración inversa se obtiene valores similares de conductividad hidráulica en todo el dominio. Estos valores de las capas y de las conductividades hidráulicas medias han servido para generar cuatro modelos adicionales de flujo y realizar predicciones. Todos los modelos simulan de forma adecuada los niveles observados y los caudales de base. Los seis modelos han sido aplicados a la predicción del impacto estacionario de un campo de pozos, y las soluciones del flujo permiten simular el transporte de partículas y de solutos. Los resultados de estas predicciones muestran que, para este ejemplo, los modelos sencillos de la heterogeneidad dan lugar a zonas de captura similares a las generadas por modelos más complejos, pero aparecen grandes diferencias en los tiempos de tránsito y en las curvas de llegada. Una combinación de modelación inversa y de modelos geológicos diferentes puede proporcionar una medida de la fiabilidad de la zona de captura y de las curvas de llegada.

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Résumé Six modèles d'écoulement à l'échelle régionale sont comparés afin d'avoir un aperçu de la manière dont les différentes représentations de la distribution de la conductivité hydraulique affectent la calibration et les prédictions de modèles. Des modèles géologiques déterministes ont été utilisés pour définir les distributions de la conductivité hydraulique dans deux modèles d'écoulement en régime permanent qui ont été calibrés avec des estimations des charges et des écoulements de base faites par des techniques inverses. Les estimations optimisées de la conductivité hydraulique de ces deux modèles ont servi à calculer les valeurs de conductivité hydraulique moyenne des couches et du modèle. Malgré des différences entre les deux modèles géologiques, la calibration inverse a donné des valeurs de conductivité hydraulique moyenne pour le domaine complet du modèle qui sont complètement semblables. Les valeurs de la conductivité moyenne des couches et du modèle ont été utilisées pour générer quatre modèles d'écoulement supplémentaires et des traitements ont été effectués. Tous les modèles simulent correctement les charges observées et l'écoulement de base total. Les six modèles ont servi à prédire l'impact en régime permanent d'un champ captant projeté et les solutions d'écoulement ont été utilisées dans une simulation par suivi de particules et de transport de soluté. Les résultats de simulations prédictives montrent que, pour cet exemple, de simples modèles d'hétérogénéité fournissent des zones de capture semblables aux modèles plus complexes, mais pour des temps de parcours et des restitutions très différents. Une modélisation inverse combinée à différents modèles géologiques peut assurer une mesure de la zone de capture et une fiabilité de la restitution.

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

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

Developing A National Groundwater-Monitoring Network In Korea

Since the 1960's, the groundwater resources of Korea have been developed without a proper regulatory system for monitoring and preservation, resulting in significant source depletion, land subsidence, water contamination, and sea-water intrusion. With the activation of the "Groundwater Law" in June 1994, the government initiated a project to develop a groundwater-monitoring network to describe general groundwater quality, to define its long-term changes, and to identify major factors affecting changes in groundwater quality and yield. In selecting monitoring locations nationwide, criteria considered are 1) spatial distribution, 2) aquifer characteristics of hydrogeologic units, 3) local groundwater flow regime, 4) linkage with surface hydrology observations, 5) site accessibility, and 6) financial situations. A total of 310 sites in 78 small hydrologic basins were selected to compose the monitoring network. Installation of monitoring wells is scheduled to start in 1995 for 15 sites; the remainder are scheduled to be completed by 2001. At each site, a nest of monitoring wells was designed; shallow and deep groundwater will be monitored for water temperature, pH, EC, DO and TDS every month. Water-level fluctuations will also be measured by automatic recorders equipped with pressure transducers. As a next step, the government plans to develop a groundwater-database management system, which could be linked with surface hydrologic data. RÉSUMÉ: Depuis les années 60, les ressources en eaux souterraines de la Corée ont été mises en valeur sans dispositif réglementaire adapté de surveillance et de protection, ce qui a provoqué la diminution significative des apports, la subsidence des sols, la contamination de l'eau et l'intrusion d'eau marine. Avec la mise en vigueur de la "Loi sur les Eaux Souterraines", en juin 1994, le gouvernement a lancé un programme de réalisation d'un réseau de surveillance des eaux souterraines afin de décrire la qualité générale des eaux souterraines, de définir les variations à long terme et d'identifier les principaux facteurs responsables des variations de la qualité et du débit des eaux souterraines. Pour sélectionner les sites de contrôle à l'échelle du pays, les critères retenus sont les suivants: 1) la répartition spatiale, 2) les caractères aquifères des unités hydrologiques, 3) le régime local des écoulements souterrains, 4) le lien avec les observations faites en hydrologie de surface, 5) l'accessibilité des sites et 6) le réseau de surveillance. La mise en place de piézomètres de contrôle a été programmé pour le début de 1995, sur 15 sites; le reste est prévu d'ici à 2001. Sur chaque site, un groupe de piézomètres de contrôle a été prévu; la température, le pH, la conductivité électrique et la minéralisation des eaux souterraines superficielles et profondes seront mesurés chaque mois. Les variations du niveau piézométrique seront aussi mesurées au moyen de capteurs de pression reliés à des chaînes d'acquisition. Dans une étape ultérieure, le gouvernement prévoit de créer un système de gestion d'une banque de données sur les eaux souterraines, qui seront reliées aux données sur les eaux de surface. RESUMEN: Desde los años 60, los recursos de agua subterránea en Corea han sido desarrollados sin un sistema de regulación adecuado de control y conservación. Esto ha resultado en una disminución de los recursos, problemas de subsidencia, contaminación de aguas e intrusión marina. Con la activación de la "Ley de Aguas Subterráneas" en junio de 1994, el gobierno inició un proyecto para la instalación de una red de control de agua subterráneas con el objeto de establecer su calidad, definir sus variaciones a largo plazo e identificar los factores principales que afectan tanto su calidad como el suministro. Los criterios para seleccionar los puntos de control en todo el país fueron: 1) su distribución espacial, 2) las características de las unidades hidrogeológicas, 3) el régimen de flujo local, 4) su relación con el comportamiento observado de las aguas superficiales, 5) su accesibilidad, y 6) criterios económicos. Se seleccionaron un total de 310 lugares, situados en 78 pequeñas cuencas hidrológicas, para formar la red de control. La instalación de los pozos de control está previsto que empiece en 1995 para 15 puntos; el resto se deberá completar hacia el año 2001. En cada localización seleccionada se ha previsto un conjunto de pozos con el objetivo de tomar medidas, tanto en aguas subsuperficiales como profundas, de temperatura del agua, pH, CE, DO y TSD, mensualmente. Las oscilaciones de niveles del agua también se medirán, mediante registros automáticos conectados a transductores de presión. Como paso siguiente, el gobierno tiene previsto desarrollar un sistema de gestión de bases de datos hidrogeológicas, que pudiera conectarse con los datos de hidrología superficial.     

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.

     

Simulation Of Salt-Water Encroachment In A Multi-Layer Groundwater System,Bangkok, Thailand

Salt-water encroachment in the multi-layer groundwater system underlying the Bangkok metropolitan area was simulated with a quasi-three-dimensional flow and solute-transport model. The quasi-three-dimensional model used in this study is based on the model SUTRA. Accurate conceptualization of the initial state of the system with regard to the distribution of salt-water concentration is very important for modeling, especially in areas where localized zones of high salt concentration exist in the groundwater. Data adequacy and model results were evaluated by a geostatistical analysis. The model is capable of simulating the regional trend of potentiometric levels and salt concentration. However, lack of monitoring data in areas where localized zones of high salt concentration exist resulted in large model residuals. RÉSUMÉ: L'empiétement des eaux salées dans le système hydrologique multi-couche sous-jacent la zone métropolitaine de Bangkok a été simulé à l'aide d'un modèle quasi-tridimensionnel représentant l'écoulement des eaux et le transport d'éléments en solution. Le modèle quasi-tridimensionnel utilisé dans cette étude est basé sur le modèle SUTRA. Une conceptualisation exacte de l'état initial du système en ce qui concerne la répartition de la concentration des eaux salines est très important, particulièrement dans les endroits localisés où l'eau souterraine presente une forte concentration en sel. La qualité des donnés et des résultats a été estimée à l'aide d'une analyse géostatistique. Le modèle est capable de simuler la tendance régionale des niveaux potentiométriques et de la concentration en sel. Cependant, le manque de données de contrôle dans les endroits à forte concentration a donné lieu à des résiduels importants. RESUMEN: La intrusión de agua salina en el sistema multicapa bajo el área metropolitana de Bangkok se simuló mediante un modelo de flujo y transporte de solutos casi-tridimensional, basado en el modelo SUTRA. La conceptualizacián precisa de la distribución inicial de concentraciones de agua salina es muy importante para el modelo, especialmente en áreas donde existen zonas locales de alta concentración salina en el agua subterránea. La exactitud de los datos y del modelo se evaluaron mediante un análisis geoestadístico. El modelo permite simular la tendencia regional de los niveles piezométricos y la concentración de sales. Sin embargo, la falta de datos de muestreo en las zonas locales de alta salinidad resultaron en valores altos de los residuos calculados por el modelo.     

Nitrate Pollution In Groundwater In Selected Districts Of Nepal

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

Applicability of the most frequent value method in groundwater modeling

The Most Frequent Value Method (MFV) is applied to groundwater modeling as a robust and effective geostatistical method. The Most Frequent Value method is theoretically derived from the minimization of the information loss called the I-divergence. The MFV algorithm is then coupled with global optimization (Very Fast Simulated Annealing) to provide a powerful method for solving the inverse problems in groundwater modeling. The advantages and applicability of this new approach are illustrated by means of theoretical investigations and case studies. It is demonstrated that the MFV method has certain advantages over the conventional statistical methods derived from the maximum likelihood principle.

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Resumen El Método del Valor Mas Frecuente (VMF), es aplicado al modelamiento de agua subterránea, como un método geoestadístico simple y efectivo. Este método es derivado teóricamente de la acción de reducir al mínimo la pérdida de información, llamada así divergencia – I. El algoritmo del VMF es entonces acoplado con optimización global(Very Fast Simulated Annealing), para obtener así un método efectivo que resuelva los problemas inversos en el modelamiento de aguas subterráneas. Las ventajas y aplicabilidad de esta aproximación nueva son ilustradas a través de investigaciones teóricas y estudios de caso. Se demuestra que el método VMF tiene ciertas ventajas sobre los métodos estadísticos convencionales derivados del principio de la probabilidad máxima.

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Résumé On a appliqué la méthode de la valeur la plus fréquente (VPF) comme une méthode géostatistique robuste et efficace pour modéliser les eaux souterraines. Du point de vue théorique, la méthode de VPF part de la minimisation de linformation perdue, dénommée I-divergence. On couple après lalgorithme de la méthode de VPF avec la méthode doptimisation globale affin de réaliser une méthode performante pour résoudre le problème inverse dans le domaine des eaux souterraine. Les avantages et les possibilités dapplication de cette nouvelle approche sont illustrées par des investigations théoriques, ainsi que par des études de cas. On montre que la méthode de VPF présente certains avantages par rapport des méthodes statistiques conventionnelles basées sur le principe de la probabilité maximale.

     

Multi-electrode resistivity survey for groundwater exploration in the Harare greenstone belt, Zimbabwe

A multi-electrode resistivity survey, carried out over metasedimentary strata and metavolcanics in the Harare greenstone belt in northeastern Zimbabwe as part of a groundwater resources investigation, illustrates the ability of this technique to produce high-resolution images of the subsurface, which are useful for groundwater resources assessment. The resistivity results provide a clear view of the thickness of the weathered regolith and of the distribution of the various lithological units. Using a combination of apparent formation resistivity and inferred depth of weathering, it is possible to characterize the various lithologies on the geophysical profiles. These assigned lithologies show excellent correlation with the mapped geology, and the main lithologies, metabasalt, meta-arenite, granodiorite and banded iron formation can be clearly identified. The banded iron formation is characterized by low resistivity values, while a combination of the depth of weathering and resistivity values are used to distinguish between the meta-arenite on one hand and the metabasalt and granodiorite on the other. The multi-electrode method is successful in identifying potentially favourable zones for obtaining groundwater, such as areas with a maximum depth of weathered regolith, zones of fracturing and faulting, and high porosity and permeability zones associated with lithological contacts.

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Resumen Un estudio de resistividad multi-electrodo que se llevó a cabo en estratos meta sedimentarios y metavolcánicos en el cinturón de rocas verdes de Harare, en la parte noreste de Zimbabwe, como parte de una investigación de recursos de agua subterránea, ilustra la capacidad de esta técnica para producir imágenes de alta resolución de la subsuperficie, las cuales son útiles para la evaluación de los recursos da agua subterránea. Los resultados de resistividad suministran una visión clara el espesor del regolito meteorizado y de la distribución de varias unidades litológicas. Mediante el uso de una combinación de resistividad aparente de formación y de una profundidad inferida de meteorización, es posible caracterizar las diferentes litologías en los perfiles geofísicos. Estas litologías asignadas muestran una excelente correlación con la cartografía geológica y se pueden identificar las litologías predominantes como metabasalto, meta-arenita, granodiorita y formación de hierro bandeado. Esta última se caracteriza por valores bajos de resistividad, mientras que se utiliza una combinación de profundidad de meteorización y valores de resistividad, para distinguir entre meta-arenita por un lado y metabasalto y granodiorita por el otro. El método multi-electrodo es exitoso para identificar zonas potencialmente favorables para captar agua subterránea, las cuales pueden ser áreas con una profundidad máxima de regolito meteorizado, o bien zonas de fracturamiento y fallamiento, o también zonas de porosidad y permeabilidad altas asociadas con contactos litológicos.

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Résumé La prospection électrique par la méthode de multiélectrodes, effectuée pour linvestigation des eaux souterraines cantonnés dans des roches métamorphiques dorigine sédimentaire et volcanique de la ceinture de Harare-Zimbabwe a mis en évidence les possibilités de cette technique de réaliser des images à grande résolution du sous-sol qui sont très utiles pour lévaluation de la ressource en eaux souterraines. Daprès la distribution de la résistance il résulte une image très claire de lépaisseur des regolithes altérés ainsi que de la distribution des différentes unités lithologiques. Daprès les profiles géophysiques on peut caractériser les différents lithologies en utilisant les résistivités apparentes de la formation respective et les informations sur la profondeur de la zone altérée. Les lithologies ainsi déterminées montrent une excellente corrélation avec les cartes géologiques et on peut très bien identifier les lithologies principales comme les metabasaltes et les meta-arenites, les granodiorites et les formations de fer rubanées. Cettes dernières sont caractérisées par des faibles valeurs de la résistivité, tandis que en utilisant les résistivité et la profondeur de la zone altérée on peut distinguer les meta-arenites de granodiorites et des metabasaltes. La méthode des multiélectrodes est donc capable didentifier des formations favorables à laccumulation en eau comme les zones de faille et des fractures, ainsi que les zones à grande porosité et perméabilité, associées aux contactes lithologiques.

     

Groundwater-recharge estimation using a surface electrical resistivity method in the Himalayan foothill region, India

A new method for the estimation of groundwater recharge is presented using a surface resistivity method and isotope technique. A linear relationship was obtained between the resistivity of the unsaturated top layer and the recharge estimated using a tritium tagging technique for the piedmont zone in the Himalayan foothill region, India. The relation can be used for the estimation of recharge using surface electrical resistivity measurements for the same geological formation. The data used for the study are 32 vertical electrical resistivity sounding measurements at a station interval of 2 km, tritium tagging studies at six selected sites and pre- and post-monsoon water-level monitoring in the piedmont zone of the Himalayan foothill region (India). The results of this study were mapped using GIS techniques. In the study area, a well-defined empirical relationship between unsaturated zone resistivity and recharge per cent was obtained. The method suggests a new application of surface electrical resistivity data in determining recharge per cent due to infiltration. The technique of estimating groundwater recharge using surface electrical resistivity measurement is efficient, economic, less time consuming and easy to use compared with other methods used for this purpose.

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Resumen Se presenta un método nuevo para estimar recarga de agua subterránea utilizando un método superficial de resistividad y una técnica de isótopos. Se ha obtenido una relación linear entre la resistividad de la capa superior no saturada y la recarga estimada utilizando la técnica de tritio marcado etiquetado para la zona de piedemontes en la región de colinas al pie del Himalaya, India. La relación puede utilizarse para estimar recarga usando mediciones superficiales de resistividad eléctrica para la misma formación geológica. Los datos utilizados en el estudio consisten de treinta y dos mediciones de sondeos eléctricos verticales de resistividad en un intervalo de estaciones de dos km, estudios de tritio marcado en seis sitios seleccionados y monitoreo de niveles de agua, pre-monzón y post-monzón, en la zona piedemontes de la región de colinas al pie del Himalaya (India). Se mapearon los resultados de este estudio utilizando técnicas SIG. Se obtuvo para el área una relación empírica bien definida entre la resistividad de la zona no saturada y el porcentaje de recarga. El método sugiere una aplicación nueva de los datos superficiales de resistividad eléctrica en la determinación del porcentaje de recarga ocasionado por infiltración. La técnica de estimar recarga de agua subterránea utilizando mediciones superficiales de resistividad eléctrica es eficiente, económica, demanda poco tiempo, y fácil de utilizar en comparación con otros métodos que se utilizan para este propósito.

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Resumé Une nouvelle méthode permettant destimer la recharge des eaux souterraines a été présentée, utilisant une méthode de résistivité de surface et des méthodes isotopiques. Une relation linéaire a été obtenue entre la résistivité de la zone non saturée et la recharge estimée grâce au Tritium dans la zone du Piedmont au pied de lHimalaya, Inde. La relation peut être utilisée pour lestimation de la recharge en utilisant la méthode de résistivité de surface dans la même formation géologique. Les données utilisées pour létude sont vingt-deux sondages électriques réalisés tous les deux kilomètres, létude de la signature du tritium en six endroits sélectionnés, et la comparaison des niveaux piézométriques pré et post moussons. Les résultats de cette étude ont été cartographiés en utilisant les techniques SIG. Dans la zone détude une relation très bien définie entre la recharge (%) et la résistivité de la zone non saturée a été obtenue. La méthode suggère une nouvelle application de la résistivité de surface, pour déterminer le pourcentage de la recharge due à linfiltration. Cette technique est efficace, économique, rapide et facile à mettre en oeuvre, en comparaison dautres techniques utilisées pour atteindre le même objectif.

     

Development Of A Strategy To Monitor Groundwater Quality On A National Scale South Africa

AbstractLittle is known about the spatial distribution of groundwater quality on a national scale in South Africa. The effective management of the country's groundwater resources is thus difficult, and a need exists for a national network for monitoring groundwater. A literature-based project was initiated with the aim of identifying practical strategies to be used in the establishment of the desired network. Prior to identifying possible strategies, a statement of monitoring-network objectives was developed. Cognisance was also taken of special constraints and considerations, such as responsibility and funding. Various approaches and strategies for establishing national or regional monitoring networks were evaluated, the most appropriate of which were proposed for use in the establishment of a South African network. The strategies included aspects such as information needs, available resources, monitoring frequencies, funding and the use of a pilot-scale study to initiate the netwotk. A responsible person and a review commitee should be appointed and be responsible for the establishment of the network. Some technical issues had to be considered owing to their impact on the strategies to be adopted. The employment of an empirical approach and a hierarchical approach to the development of the network were also considered essential. Work on the network has subsequently started, and many of the proposed strategies have been adopted. RÉSUMÉ: On connaît peu de choses en matière de distribution spatiale de la qualité de l'eau à l'échelle du pays en Afrique du Sud. La gestion efficace des ressources en eaux souterraines du pays est de ce fait difficile; aussi un réseau national de surveillance de la qualité des eaux souterraines est nécessaire. Un programme, s'appuyant sur une analyse documentaire, a été lancé dans le but d'identifier les stratégies pratiques à mettre en oeuvre pour créer ce réseau. Avant d'identifier les différentes stratégies, les objectifs d'un tel réseau de surveillance ont été définis. On a aussi pris en compte des contraintes particulières et des considerations telles que les responsabilités et le financement. Differéntes approches et stratégies pour établir un réseau national de surveillance ont été soumises à évaluation; les plus appropriées ont été proposées pour la création d'un réseau en Afrique du Sud. Les stratégies prennent en compte des aspects comme les besoins d'information, les ressources disponibles, les fréquences de surveillance, le financement et le recours à des études sur sites de réferénce pour lancer le réseau. Un responsable et une commission de contrôle doivent être nommés pour prendre en charge la mise en place de ce réseau. Certains choix techniques doivent être pris en considération quant à leur impact sur les stratégies à adopter. Le recours à une approche empirique et à une approche hiérarchique pour mettre en place ce réseau a aussi été considéré comme essentiel. Le travail sur le réseau a ainsi pu commencer, et la plupart des stratégies proposées ont été adoptées. RÉSUMÉ: Se tiene un conocimiento reducido acerca de la distribución espacial de la calidad de las aguas subterráneas a escala nacional en Sudáfrica. Debido a ello, la gestión efectiva de los recursos hidrogeológicos nacionales es difícil, y se hace necesaria una red nacional de muestreo. Se inició un proyecto bibliográfico con el propósito de identificar estrategias prácticas para el establecimiento de la citada red. Previo a la identificación de posibles estrategias, se planteó una declaración de objetivos de la red de muestreo. Se tuvieron en cuenta tambeén restricciones y consideraciones especiales tales como responsabilidad y financiación. Se evaluaron diversas estrategias para la puesta en marcha de redes nacionales o regionales, y se propusieron las más apropiadas para el establecimiento de una red sudafricana. Las estrategias incluían aspectos tales como información necesaria, recursos disponsibles, frecuencias de muestreo, financiación y el uso de un estudio a escala piloto para la puesta en marcha de la red. Una persona responsable y un comité de revisión deberían ser nombrados y responsabilizarse del establecimiento de dicha red. Algunos aspectos técnicos se consideraron dado su impacto potencial en las estrategias a adoptar. El empleo de un enfoque empírico y de un enfoque jerárquico para el desarrollo de la red se consideraron también esenciales. El trabajo en la red ya ha empezado y muchas de las estrategias propuestas han sido adoptadas.     

California's evolution toward integrated regional water management: a long-term view

Water resources sustainability hinges on interrelated physical, chemical, biological, and human processes, all of which may affect the quantity and quality of available water supplies. California's decades-long transition process from intensive and often unmanaged groundwater development toward more effective, sustainable integrated water resources management has resulted in important lessons. The process offers insights to other countries that seek to achieve sustainability. Long-term systematic groundwater and surface water monitoring programs and ongoing assessment of regional groundwater systems are an integral part of management. On local to global scales, the need for fundamental data, regional resources assessments, and increased support for scientific and technological advances is becoming increasingly apparent. The scientific community must enhance society's understanding of the essential links between basic data needs and the advancement and application of scientific approaches for effective water management. Correspondingly, scientific and political communities must coordinate common interests in endeavors toward sustainable management. Public outreach is a necessary complement to achieve sustainability goals and garner support for the programs needed to develop water policies based on sound science, manage water resources, and meet future water demands while avoiding unacceptable impacts.

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Resumen La sostenibilidad de los recursos hídricos gira sobre procesos interrelacionados físicos, químicos, biológicos y humanos, todos los cuales pueden afectar la cantidad y calidad de fuentes disponibles de agua. El proceso de transición de varias décadas que ha experimentado California, a partir de un desarrollo intensivo y frecuentemente carente de gestión de aguas subterráneas, hacia una gestión más efectiva, sostenible e integrada de recursos hídricos ha dado por resultado lecciones importantes. Este proceso ofrece alternativas para otros países que buscan alcanzar sostenibilidad. Los programas de monitoreo sistemático a largo plazo de agua superficial y agua subterránea, y las evaluaciones actuales de sistemas regionales de agua subterránea constituyen una parte integral de la gestión. Se hace cada vez más evidente, a escala global y local, la necesidad de datos básicos, evaluaciones regionales de recursos, y apoyo creciente para avances científicos y tecnológicos. La comunidad científica tiene que estimular el entendimiento de la sociedad de las relaciones fundamentales entre las necesidades de datos básicos y los avances y aplicación de enfoques científicos para un manejo efectivo del agua. Del mismo modo, las comunidades científicas y políticas tienen que coordinar intereses comunes en los esfuerzos hacia una gestión sostenible. El involucramiento del público es un complemento necesario para alcanzar los objetivos de sostenibilidad y obtener apoyo para los programas necesarios que permitan desarrollar políticas hídricas basadas en ciencia sana, gestión de recursos hídricos, y alcanzar las demandas futuras de agua mientras se evitan impactos inaceptables.

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Résumé La durabilité des ressources en eau est à la charnière de processus physiques, chimiques, biologiques et humains, tous inter-reliés et à même d'affecter la quantité et la qualité de la disponibilité en eau d'alimentation. Les processus de transition décadaires en Californie, entre un développement intensif et non contrôlé des eaux souterraines, à un système plus rentable et durable de gestion intégrée des ressources en eau, a permis de conclure sur d'importantes leçons. Ce processus offre, en effet, des perspicacités à d'autres pays qui cherchent à concrétiser la durabilité. Les programmes systématiques de surveillance des eaux souterraines et de surface, sur le long terme, font parti intégrant de ce type de gestion. De l'échelle locale à l'échelle globale, la nécessité de données fondamentales, de bilans régionaux des ressources, et d'un support croissant aux avancées scientifiques et techniques, est devenu de plus en plus apparent. La communauté scientifique doit améliorer la compréhension de la société, en ce qui concerne les liens essentiels entre le besoin de données et l'avancement et l'application des approches scientifiques pour une gestion efficace de l'eau. De la même manière, les communautés scientifiques et politiques doivent coordonner leurs intérêts communs en se démenant pour une gestion durable. La mobilisation du publique est un complément nécessaire pour accomplir les objectifs de la durabilité, et rassembler le support aux besoins des programmes, de manière à développer des politiques de l'eau basées sur une science juste, à gérer les ressources en eau et satisfaire les futures demandes tout en évitant des impacts non acceptables.

     

Optimum Spacing Of Extraction Wells

An approach to selecting the optimum spacing of extraction wells for both groundwater production and groundwater cleanup is presented. Optimum well spacing is dependent upon 1) whether the system consits of an odd or even number of wells, 2) total number of wells, 3) aquifer thickness (B), 4) regional groundwater velocity (U), and 5) pumping rate of an extraction well (Q). Although an exact optimum well spacing cannot be determined for a system that consists of 30 or more wells (due to a lack of convergence for finding the roots of the stagnation-point equation), the optimum well-spacing factor of 0.4765 x Q/BU ensures minimum loss of groundwater recovery between the wells for a system that consists of 30 to 200 wells. Optimum well spacing and the points on the capture-zone curves are presented. Regression equations were developed for estimating capture-zone curves. Specific capture-zone curves can be constructed for any number of wells with knowledge of the parameters, Q/BU. This approach provides a method to design a new group of extraction wells and modify existing but deficient and under-designed systems, where more extraction wells are required. Using this scheme for such a modification, it is recommended that the number of wells be increased in pairs. The resulting arrangement ensures minimum loss of groundwater recovery between the wells. RÉSUMÉ: Une approche est proposée afin d'optimiser l'espacement de puits de pompage aussi bien pour capter l'eau souterraine que pour dépolluer une nappe. L'espacement optimal de puits dépend des conditions suivantes: 1) dispositif constitué d'un nombre pair ou impair de puits, 2) nombre total de puits, 3) épaisseur de l'aquifère (B), 4) vitesse de l'écoulement souterrain régional (U), et 5) le débit d'exploitation d'un puits (Q). Bien que l'espacement optimal exact ne puisse pas être trouvé pour un dispositif de 30 puits ou plus, du fait de l'impossibilité de faire converger le calcul, le facteur d'espacement optimal de 0.4765 x Q/BU garantit une perte minimale de la remontée de la nappe entre les puits, pour un dispositif constitué de 30 à 200 puits. L'espacement optimal et les points sur les courbes des zones de captage sont fournies. Des équations de régression sont établies dans le but d'estimer les courbes dans les zones de captage. Des courbes spécifiques des zones de captage peuvent être construites pour n'importe quel nombre de puits quand on connait le paramètre Q/BU. Cette approche fournit une méthode pour déterminer un nouveau groupe de puits de pompage et pour modifier un dispositif existant. Dans le cas d'une modification, il est recommandé d'augmenter le nombre de puits par paires. L'arrangement résultant garantit une perte minimale de la remontée de la nappe entre les puits. RESUMEN: Se presenta una metodología para la obtención de la separación óptima entre pozos, válida tanto para el caso de extracción como para el de limpieza de aguas subterráneas. El espaciado óptimo entre pozos depende de 1) si el sistema consiste en un número par o impar de pozos, 2) el número total de pozos, 3) el espesor saturado (B), 4) la velocidad de flujo regional (U), y 5) el caudal de bombeo de un pozo de extracción (Q). Aunque un valor óptimo de espaciado no se puede obtener de modo exacto para un sistema con un número de pozos superior a 30 (por la falta de convergencia al buscar las raíces de la ecuación que calcula los puntos de estagnación), un factor de espaciamiento de 0.4765 x Q/BU garantiza unas pérdidas mínimas de extracción para un sistema formado por 30 a 200 pozos. Se presenta el espaciado óptimo, así como las curvas de las zonas de captura, estas últimas estimadas mediante ecuaciones de regresión. Se pueden construir curvas de zonas de captura específicas para un número de pozos cualquiera, supuesto conocido el valor Q/BU. Esta metodología permite el diseño de nuevos grupos de extracción o la modificación de los ya existentes, en el caso que se consideren deficientes e infradimensionados. Al utilizar este esquema, se recomienda aumentar el número de pozos en un número par. La disposición final garantiza una pérdida mínima en las extacciones entre pozos.     

Hydrodynamic characteristics of the western Doñana Region (area of El Abalario), Huelva,Spain

The Doñana region, in southwestern Spain, comprises a large and important nature reserve, the wetlands of which are affected by human activity. Planting of an extensive eucalyptus forest in the 1950s and, more recently, the use of aquifers for irrigation and water supply for some coastal tourist resorts, have altered the natural groundwater-flow system. The area of the study is the western sector of the region, called El Abalario, which is a gentle topographic elevation between the Atlantic coast and La Rocina Creek (Arroyo de la Rocina). Underneath a variable layer of eolian sands with high dunes near the coast, thick Plio-Quaternary detritic strata, mostly fine silica sands, overlie marls. Near the base there is a variable, deltaic-origin layer of coarse sands and gravels. The dome-shaped water table, inside the sands, is close to the surface everywhere except beneath the dune belt, and small, temporary, shallow lagoons are numerous. The coarse sand and gravel layer conditions groundwater flow and behaves as a semiconfined layer between sands. A cross section through the area was simulated with a model to check the validity of the conceptual groundwater-flow pattern and its sensitivity to the hydraulic parameters. The model was calibrated using parameter values obtained by pumping tests and multilevel piezometric data, and checked against the estimated groundwater discharge into La Rocina Creek. Groundwater flows peripherally to the sea coast, to La Rocina Creek, or directly east and southeastward into the Doñana marshlands, in the Guadalquivir River delta. The average net aquifer recharge rate was calculated to be between 100 and 200 mm year^–1 for the area covered by brush, but is remarkably lower in the areas of eucalyptus trees. The transient-state model shows that recharge varies spatially and is not clearly proportional to annual precipitation. Phreatic evapotranspiration plays an important role in decreasing the net value of aquifer recharge to approximately 0.4–0.6 of that calculated with a soil-balance model. The cross section model was used to study the effect of groundwater abstraction on water-table depth by subtracting the contribution of vertical flow, calculated by a well-hydraulics formula, to the semiconfined deep aquifer. The result was a decrease in phreatic evapotranspiration, flow into La Rocina Creek, and lagoon-inundation frequency. Replacement of the eucalyptus forest with native vegetation may raise water-table levels and even reactivate old tributaries to La Rocina Creek.

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Resumen La región de Doñana, situada en el sudoeste de España, incluye una gran e importante reserva natural, cuyos humedales están siendo afectados por la actividad humana. La extensa plantación de eucaliptus en la década de 1950 y el uso más reciente de los acuíferos para riego y para abastecimiento de centros turísticos costeros han modificado el sistema de flujo del agua subterránea en esta zona. Este estudio se ha realizado en el sector occidental, llamado El Abalario. Se trata de una elevación suave situada entre el océano Atlántico y el arroyo de La Rocina. Debajo de un manto variable de arenas eólicas, que forma un alto cordón dunar costero, se encuentran sedimentos detríticos plio-cuaternarios formados por arenas silíceas finas, que hacia la base incluyen una capa de arenas gruesas y gravas de origen deltrico, los que a su vez yacen sobre margas. El flujo de agua subterránea está relacionado con niveles de gravas y gravillas semiconfinadas por las arenas fluvio-marinas que contienen el nivel freático. El nivel freático es somero excepto debajo del cordón dunar. Son frecuentes pequeñas lagunas temporales. Se ha simulado el flujo de agua subterránea en una sección para comprobar el modelo de flujo conceptual y la sensibilidad a variaciones de los parámetros. El modelo fue calibrado usando los valores de los parámetros hidráulicos obtenidos en ensayos de bombeo y datos piezométricos medidos a diferentes profundidades, y la descarga estimada al arroyo de La Rocina. La recarga de agua subterránea drena lateralmente, por un lado hacia la costa y por otro lado a través del arroyo de La Rocina, o directamente hacia las Marismas de Doñana situadas en el delta del río Guadalquivir. Con una lluvia media anual entre 550 y 600 mm, la recarga neta media estacionaria anual del acuífero, considerando periodos de tiempo largos, se estima entre 100 y 200 mm en las zonas de vegetación autóctona, y es notablemente menor en las zonas de plantación de eucaliptos. El modelo transitorio indica que la recarga varia espacialmente y no es claramente proporcional a la precipitación para periodos de un año. La evapotranspiración freática varia espacialmente y juega un papel importante; disminuye el valor neto de la recarga al acuífero para dejarlo en 0,4 a 0,6 de lo que se calcula mediante un balance de agua en el suelo. La sección modelada sirve para estudiar el efecto de la extracción de agua subterránea sobre la profundidad del nivel freático mediante la substracción del flujo vertical, que se calcula mediante una fórmula de hidráulica de pozos para el acuífero semiconfinado profundo. El resultado es una disminución de la evapotranspiración freática, del flujo al arroyo de la Rocina y de la frecuencia de inundación de las lagunas. La substitución del bosque de eucaliptus por vegetación nativa puede elevar los niveles freáticos e incluso reactivar antiguos "caños" tributarios al arroyo de La Rocina.

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Résumé La région de Doñana, située dans le sud ouest de l'Espagne, comprend une importante réserve naturelle avec des zones humides, affectée par l'activité humaine. L'exploitation de vastes plantations d'eucalyptus pendant les années 50 et l'usage plus récent des nappes souterraines pour l'irrigation et l'alimentation en eau des centres touristiques côtiers ont modifié le système de flux d'eau souterraine dans cette zone. La présente étude a été réalisée dans le secteur occidental, appelé El Abalario. Ce secteur consiste en une légère élévation située entre l'Océan Atlantique et la ravine de La Rocina. Une couverture variable de sables éoliens, formant une haute crête dunaire côtière, recouvre des sédiments detritiques plio-quaternaires, déposés eux même sur des sables siliceux lesquels reposent à leur tour sur des marnes. Près de la base se trouvent des sables grossiers et des graviers d'origine deltaïque, dont l'épaisseur varie spatialement. Le flux d'eau souterraine est conditionné par l'aquifère semi confinés des graviers et des sables grossiers. Le niveau phréatique de l'aquifère libre des sables fluvio-marins est peu profond, excepté sous les dunes. On y trouve souvent des petites lagunes temporaires peu profondes. Le flux de l'eau souterraine a été simulé dans une section verticale pour vérifier le modèle hydrogéologique conceptuel et la sensibilité aux variations des paramètres. Le modèle a été calé en utilisant d'une part les valeurs des paramètres hydrauliques obtenus par des essais de pompage et d'après les données piezométriques mesurées à différentes profondeurs, et d'autre part l'apport estimé de la ravine de La Rocina. L'écoulement d'eau souterraine s'effectue par drainage latérale dans trois directions, d'une part vers la côte, d'autre part à travers la ravine de La Rocina et finalement directement vers les Marais de Doñana situés à l'est et sud-est dans le delta du fleuve Guadalquivir. Avec une pluviométrie moyenne comprise entre 550 et 600 mm, la recharge nette moyenne annuelle des nappes, pour des périodes de temps assez longues, est estimée entre 100 et 200 mm dans les aires de végétation autochtone, et elle est nettement inférieure dans les aires plantées d´eucalyptus. Le modèle transitoire montre que la recharge varie dans l'espace et qu'elle n'est pas clairement proportionnelle aux précipitations annuelles. L'évapotranspiration phréatique joue un rôle important et diminue la valeur nette de la recharge des nappes de 0,4 à 0,6 de la valeur calculée avec un modèle de bilan d'eau dans le sol. La section modélisée est utilisée pour étudier l'effet de l'extraction d'eau souterraine sur la profondeur du niveau phréatique en soustrayant le flux vertical, calculé grâce à une formule d'hydraulique des puits, de la nappe profonde semi-confinée. Le résultat de cette extraction est une diminution de l'évapotranspiration phréatique, du flux au niveau de la ravine de La Rocina et de la fréquence d'inondation des lagunes. La substitution de forêts d'eucalyptus par de la végétation autochtone peut permettre la remonté des niveaux phréatiques et même réactiver d'anciens ravins affluents à La Rocina.

     

Solute transport in a single fracture with negligible matrix permeability: 1. fundamental mechanisms

This report describes the fracture-scale mechanisms acting on solute transport in fractured aquifers under natural-flow conditions. It focuses on low-permeability rocks where advection in the matrix is negligible compared with that in fractures. The relevant transport mechanisms detailed have been identified by experimental and theoretical studies over the past 30 years: advection and hydrodynamic dispersion, channeling effects, matrix diffusion, and sorption reactions. This review is intended to emphasize the fundamental concepts and to draw up a reader's guide through an extensive bibliography by linking key problems to key papers. These concepts might be integrated into transport models, but their influence at the large scale, however, remains an open question that is not dealt with in this review.

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Resumen Este informe describe los mecanismos que actúan a escala de fractura en el transporte de solutos en acuíferos fracturados, bajo condiciones de flujo natural. Se centra en rocas de baja permeabilidad en las que la advección en la matriz es despreciable en relación con la advección en las fracturas. Los mecanismos de transporte relevantes han sido identificados mediante estudios experimentales y teóricos realizados en los últimos 30 años. Consisten en advección y dispersión hidrodinámica, influencia de los canales, difusión en la matriz y reacciones de sorción. Esta revisión pretende enfatizar en los conceptos fundamentales y generar una guía para el lector por medio de una bibliografía abundante que relaciona los problemas clave con artículos clave. Estos conceptos podrían ser integrados en modelos de transporte, pero su influencia a gran escala es todavía un tema no resuelto, el cual no se aborda en este trabajo.

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Résumé Ce rapport décrit les mécanismes agissant sur le transport de soluté dans les aquifères fissurés en régime d'écoulement naturel. L'accent est mis sur les roches peu perméables, où le transport par convection dans la matrice est négligeable devant la convection dans les fractures. Les mécanismes de transport sont analysés à l'échelle de la fracture: convection et dispersion hydrodynamique, chenalisation, diffusion dans la matrice et réactions de sorption. L'objectif de ce travail est double: d'une part, mettre en avant les concepts fondamentaux pouvant être intégrés dans les modèles de transport, et d'autre part, établir un "guide" permettant au lecteur de s'orienter à travers une bibliographie abondante, en reliant chaque sujet abordé à quelques articles clés. Notons que l'influence de ces mécanismes sur le transport à grande échelle reste un problème clé qui ne sera pas abordé ici.

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

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

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

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

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Artificial Recharge Of Urban Wastewater,The Key Component In The Development Of An Industrial Town On The Arid West Coast Of South Africa

Atlantis, an industrial town on the somewhat bleak and undeveloped west coast of South Africa, is entirely dependent on groundwater resources for its water supply. With a population of more than 67,000 people and about 140 factories, Atlantis requires a reliable supply of potable water of about 1.5᎒⁶m³/a. The demand is met through artificial recharge of a local, shallow, sandy aquifer that supplies the town's water. A well designed stormwater drainage system and scientifically based water-quality management strategy allow for the recharge of all urban stormwater runoff and treated domestic sewage effluent. Extensive research and sound planning have meant that no water is wasted, for even the water that is unacceptable for recharge in the main aquifer is recharged in strategic localities to counter saline intrusion. The Atlantis Water Resource Management Scheme serves as a good example of what can be achieved when hydrogeologists, engineers, and urban managers integrate their skills. RÉSUMÉ: Atlantis, ville industrielle sur la côte occidentale presque désertique et sous-développée de l'Afrique du Sud dépend totalment des ressources en eau souterraine pour son alimentation en eau. Avec une population de plus de 67.000 habitants et environ 140 usines, Atlantis a besoin d'une alimentation sûre en eau potable d'environ 1,5 million de m³ par an. La demande est satisfaite grâce à la recharge artificielle d'un aquifère sableux local et superficiel qui alimente la ville en eau. Un système de collecte des eaux pluviales bien conçu et une stratégie rigoureuse de gestion de la qualité de l'eau prend en compte tous les ruissellements urbains d'eau pluviale et les effluents d'eaux usées domestiques. Une recherche d'envergure et une planification permettent de ne pas perdre d'eau, dans la mesure où celle qui n'est pas bonne pour la recharge de l'aquifère principal est utilisée pour contrer l'intrusion saline en des sites stratégiques. Le schéma d'aménagement et de gestion des eaux d'Atlantis est un bon exemple de ce qui peut être fait lorsque des hydrogéologues, des ingénieurs et des urbanistes mettent en commun leur savoir-faire. RESUMEN: Atlantis, una ciudad industrial en la algo desolada y poco desarrollada costa oeste de Sudáfrica, depende enteramente de los recursos de agua subterránea para su abastecimiento. Con una población de más de 67000 habitantes y cerca de 140 industriales, Atlantis requiere un suministro garantizado de agua potable de alrededor de 1.5᎒⁶m³ por año. Esta cifra se consigue mediante recarga artificial de un acuífero local, arenoso y poco profundo, que suministra el agua a la ciudad. Un sistema de renaje de las aguas de tormenta bien diseñado y una estrategia científica de gestión de la calidad del agua permiten la recarga de la totalidad de la escorrentía urbana durante las tormentas y del efluente de aguas residuales domésticas tratado. La investigación y planificación intensivas han permitido que no se malgaste nada de agua, ya que incluso aquella que no es aceptable para recarga en el acuífero principal, sí se recarga en localidades estratégicas, para contrarrestar la intrusión marina. El Atlantis Water Resource Management Scheme (Esquema de Gestión de los Recursos de Agua de Atlantis) sirve como un buen ejemplo de lo que se puede conseguir cuando hidrogeólogos, ingenieros y urbanistas integran sus cualidades.