Water-resources reconnaissance of Île de la Gonâve,Haiti

Île de la Gonâve is a 750-km² island off the coast of Haiti. The depth to the water table ranges from less than 30 m in the Eocene and Upper Miocene limestones to over 60 m in the 300-m-thick Quaternary limestone. Annual precipitation ranges from 800–1,400 mm. Most precipitation is lost through evapotranspiration and there is virtually no surface water. Roughly estimated from chloride mass balance, about 4% of the precipitation recharges the karst aquifer. Cave pools and springs are a common source for water. Hand-dug wells provide water in coastal areas. Few productive wells have been drilled deeper than 60 m. Reconnaissance field analyses indicate that groundwater in the interior is a calcium-bicarbonate type, whereas water at the coast is a sodium-chloride type that exceeds World Health Organization recommended values for sodium and chloride. Tests for the presence of hydrogen sulfide-producing bacteria were negative in most drilled wells, but positive in cave pools, hand-dug wells, and most springs, indicating bacterial contamination of most water sources. Because of the difficulties in obtaining freshwater, the 110,000 inhabitants use an average of only 7 L per person per day.

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Resumen La Isla de la Gonavê, cercana a la costa de Haití, tiene 750 km². La profundidad al nivel freático está comprendida entre menos de 30 m para las calcitas del Eoceno y Mioceno Superior y más de 60 m en el acuífero de calcitas cuaternarias, el cual posee 300 m de espesor. La precipitación anual varía entre 800–1.400 mm, si bien la mayor parte se pierde por evapotranspiración y prácticamente no hay aguas superficiales. Según un balance de masas de cloruros, alrededor del 4% de la precipitación recarga el acuífero kárstico. Las cavidades y manantiales son una fuente habitual de agua. Los pozos excavados proporcionan agua en las áreas costeras. Pocos pozos productivos se han perforado a más de 60 m. El reconocimiento de los análisis de campo indica que las aguas subterráneas son de tipo bicarbonatado-cálcico en el interior, mientras que es de tipo clorurado-sódico en la costa, donde se sobrepasan las concentraciones recomendadas por la Organización Mundial de la Salud para sodio y cloruro. Los ensayos efectuados para detectar la presencia de bacterias productoras de sulfuro de hidrógeno resultaron negativos en la mayoría de los pozos perforados, pero fueron positivos en la muchos manantiales explotados y en todos los manantiales, cavidades y pozos excavados, hecho que indica la contaminación bacteriana de la mayor parte de fuentes de agua. Debido a las dificultades para obtener agua dulce, los 110.000 habitantes utilizan una media de sólo 7 L por persona al día.

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Résumé LÎle de la Gonâve est une île de 750 km² au large de la côte dHaïti. La profondeur de la nappe varie entre moins de 30 m dans les calcaires de lÉocène et du Miocène supérieur à plus de 60 m dans les calcaires quaternaires épais de 300 m. Les précipitations annuelles sont comprises entre 800–1.400 mm. La plus grande partie des précipitations est perdue par évapotranspiration et il ny a pratiquement pas deau de surface. Le bilan de masse des chlorures permet destimer à 4% des précipitations le montant de la recharge de laquifère karstique. Des bassins dans les grottes et des sources sont la source deau courante. Des puits creusés à la main fournissent de leau dans les zones côtières. Quelques puits productifs ont été forés dépassant 60 m de profondeur. Lanalyse des reconnaissances de terrain indique que les eaux souterraines à lintérieur de lîle sont de faciès bicarbonaté calcique, tandis que leau près de la côte a un faciès chloruré sodique dépassant les valeurs recommandées par lOMS pour le sodium et les chlorures. Des tests pour la présence de bactéries productrices dhydrogène sulfuré se sont révélés négatifs dans la plupart des forages, mais positifs dans la plupart des sources captées et tous les autres sources, bassins de grottes et puits creusés à la main, ce qui indique une contamination bactérienne de la plupart des sources deau. Du fait des difficultés pour sapprovisionner en eau douce, les 110.000 habitants utilisent en moyenne seulement 7 L par personne et par jour.

     

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.

     

Using environmental isotopes in the study of the recharge-discharge mechanisms of the Yarmouk catchment area in Jordan

The recharge sources, the flow mechanisms and discharge areas of the different groundwater bodies underlying the Yarmouk River catchment area in Jordan, have, until now, not been adequately explained, although a wide range of hydrological, hydrogeological, and hydrochemical studies have been done. Along the Jordanian part of the catchment area of the Yarmouk River, groundwater issues from different aquifers with a variety of chemistries and types within the same aquifer and in between the different aquifers. Conventional recharge/discharge mechanisms, water balances and chemical analyses did not adequately explain the chemical variations and the different water types found in the area. Applying environmental isotopic tools combined with their altitude effects due to topographic variations (250–1,300 m a.s.l. within a distance of 20 km), and taking into consideration re-evaporation effects on the isotopic depletion and enrichment of rainwater, has greatly helped in understanding the recharge discharge mechanisms of the different aquifers. Precipitation along the highlands of an average of 600 mm/year is found to be depleted in its isotopic content of O¹⁸ = –7.0 to –7.26 and D = –32.2 to –33.28, whereas that of the Jordan Valley of 350 mm/year is highly enriched in isotopes with O¹⁸ = –4.06 and D = –14.5. The groundwater recharged along the highlands is depleted in isotopes (O¹⁸ = ~ –6, D = ~ –30), groundwater at the intermediate elevations is enriched (O¹⁸ = ~ –5, D = ~ –23) and that of the Jordan Valley aquifers containing meteoric water is highly enriched (O¹⁸ ~ –3.8, D = ~ –18). The deep aquifers in the Jordan Valley foothills are depleted in isotopes (O¹⁸ –18 = –6, D = –30) and resemble those of the highland aquifers. Only through using isotopes as a tool, were the sources of the different groundwater bodies and recharge and discharge mechanisms unambiguously explained. It was found that recharge takes place all over the study area and produces groundwater, which, from the highlands towards the Jordan Valley, shows increasing enrichment in isotopes. The highlands aquifer, with its groundwater depleted in isotopes, becomes confined towards the Jordan Valley; and, due to its confining pressure, leaks water upwards into the overlying aquifers causing their water to become less enriched in isotopes. Water depleted in its isotopic composition also seeps upward to the ground surface at the mountain foothills through faults and fissures.

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Resumen Las fuentes de recarga, los mecanismos de flujo y las áreas de descarga de los diferentes cuerpos de agua subterránea que subyacen el área de la cuenca del Río Yarmouk en Jordania, se han explicado de manera no ambigua únicamente mediante la aplicación de los isótopos como herramienta. A lo largo de la parte Jordana del área de la cuenca del Río Yarmouk el agua subterránea emerge de diferentes acuíferos con una variedad de tipos y composiciones, ya sea que provengan del mismo acuífero o de diferentes acuíferos. Los mecanismos convencionales de recarga/descarga, balances hídricos y variaciones químicas no han podido explicar las variaciones químicas y los diferentes tipos de aguas. La aplicación de herramientas de isótopos ambientales combinadas con los efectos de altitud derivados de variaciones topográficas (250 hasta 1,300 m s.n.m. en una distancia de 20 km) y tomando en consideración los efectos de re-evaporación en el empobrecimiento de isótopos y enriquecimiento del agua de lluvia han ayudado fuertemente en el entendimiento de los mecanismos de recarga/descarga de los diferentes acuíferos. La precipitación en el área varía de 600 mm/año, a lo largo de las tierras altas, a 350 mm/año en el área del Valle Jordán. El flujo de agua subterránea ocurre de las tierras altas hacia el Valle Jordán. El agua subterránea de las tierras altas está empobrecida en isótopos (O¹⁸ =~ –6, D =~ –30), el agua subterránea de elevaciones intermedias está enriquecida (O¹⁸ =~ –5, D =~ –23), y el agua de los acuíferos del Valle Jordan contiene agua meteórica que se encuentra altamente enriquecida (O¹⁸ =~ –3.8, D =~ –18). Los acuíferos profundos que se localizan al pie de las tierras altas del Valle Jordán están empobrecidos en isótopos (O¹⁸ =~ –6, D =~ –30) y son similares a los acuíferos de las tierras altas. Solo al aplicar los isótopos ambientales como herramienta pudo explicarse de manera inequívoca las fuentes de los diferentes cuerpos de agua subterránea y los mecanismos de recarga y descarga.

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Résumé Les zones de recharge, les mécanismes découlement et les zones de décharges des différentes masses deau souterraine sous le bassin versant de la rivière Yarmouk en Jordanie, étaient expliquées de manière ambiguë par les seuls outils isotopiques. Le long de la parti Jordanienne du bassin versant de la rivière Yarmouk leau souterraine provient de différents aquifères et se distinguent par leur type et leur composition chimique, selon que leau provient du même ou des différents aquifères. Les mécanismes conventionnels de recharge et de décharge, bilan hydrologique ne donnaient pas dexplications satisfaisantes concernant les variations chimiques et les différents types deau. En appliquant les isotopes environnementaux combinés aux effets de laltitude sur les variations des teneurs isotopiques (laltitude varie de 250 à 1,300 m sur une distance de 20 km.) et en prenant en considération les effets de ré-évaporation sur lappauvrissement et lenrichissement isotopique des eaux pluviales ont fortement contribués à une meilleure compréhension des mécanismes de recharge des différents aquifères. Les précipitations annuelles sont comprises entre 600 mm dans les zones en altitude et 350 mm dans la vallée de la Jordanie. Les écoulements de leau souterraine sont dirigés des zones en altitude vers la vallée de la Jordanie. Les eaux souterraines des zones en altitude sont isotopiquement appauvries (O¹⁸ = ~ –6, D = ~ –30), les eaux souterraines des zones de moyenne altitude sont enrichies (O¹⁸ = ~ –5, D = ~ –23) et les eaux de la vallée très enrichies (O¹⁸ ~ –3.8, D = ~ –18). Les aquifers profonds dans la vallée de la Jordanie sont appauvris (O¹⁸ –18 = –6, D = –30) et se confondent avec les eaux des zones situées en altitude. En appliquant uniquement les isotopes environnementaux comme des outils de compréhension des phénomènes hydrogéologiques, la source des différentes masses deau souterraines, les mécanismes de la recharge et de la décharge pourraient être expliqués de manière ambiguë.

     

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.

     

Downstream of downtown: urban wastewater as groundwater recharge

Wastewater infiltration is often a major component of overall recharge to aquifers around urban areas, especially in more arid climates. Despite this, such recharge still represents only an incidental (or even accidental) byproduct of various current practices of sewage effluent handling and wastewater reuse. This topic is reviewed through reference to certain areas of detailed field research, with pragmatic approaches being identified to reduce the groundwater pollution hazard of these practices whilst attempting to retain their groundwater resource benefit. Since urban sewage effluent is probably the only natural resource whose global availability is steadily increasing, the socioeconomic importance of this topic for rapidly developing urban centres in the more arid parts of Asia, Africa, Latin America and the Middle East will be apparent.

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Resumen La infiltración de aguas residuales es a menudo un componente principal de la recarga total en acuíferos ubicados en torno a zonas urbanas, especialmente en los climas más áridos. A pesar de ello, dicho componente todavía es una consecuencia secundaria (o incluso accidental) de diversas prácticas asociadas con la manipulación de las aguas residuales y con la reutilitzación de aguas depuradas. Este tema se revisa mediante referencias a ciertas áreas en las que existen investigación detallada de campo, identificando enfoques pragmáticos con el fin de reducir el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas por tales prácticas, a la vez tratando de conservar los beneficios para los recursos del acuífero. Dado que los efluentes de aguas residuales urbanas son probablemente la única fuente natural cuya disponibilidad global se halla en del aumento, la importancia socioeconómica de este tema será evidente para los centros urbanos de rápido desarrollo en Asia, Latinoamérica y Oriente Medio.

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Résumé Linfiltration des eaux usées est souvent la composante essentielle de toute la recharge des aquifères des zones urbaines, particulièrement sous les climats les plus arides. Malgré cela, une telle recharge ne constitue encore quun sous-produit incident, ou même accidentel, de pratiques courantes variées du traitement de rejets dégouts et de réutilisation deaux usées. Ce sujet est passé en revue en se référant à certaines régions étudiées en détail, par des approches pragmatiques reconnues pour permettre de réduire les risques de pollution des nappes dues à ces pratiques tout en permettant den tirer profit pour leur ressource en eau souterraine. Puisque les effluents dégouts urbains sont probablement la seule « ressource naturelle » dont la disponibilité globale va croissant constamment, limportance socio-économique de ce sujet est évidente pour les centres urbains à développement rapide de lAsie, de lAfrique, de lAmérique latine et du Moyen-Orient.

     

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.

     

The origin of increased salinity in the Cambrian-Vendian aquifer system on the Kopli Peninsula,northern Estonia

Monitoring of the confined Cambrian-Vendian aquifer system utilised for industrial water supply at Kopli Peninsula in Tallinn over 24 years reveals remarkable changes in chemical composition of groundwater. A relatively fast 1.5 to 3.0-fold increase in TDS and in concentrations of major ions in abstracted groundwater is the consequence of heavy pumping. The main sources of dissolved load in Cambrian-Vendian groundwater are the leaching of host rock and the other geochemical processes that occur in the saturated zone. Underlying crystalline basement, which comprises saline groundwater in its upper weathered and fissured portion, and which is hydraulically connected with the overlying Cambrian-Vendian aquifer system, is the second important source of ions. The fractured basement and its clayey weathering crust host the Ca-Cl type groundwater, which is characterised by high TDS values (2–20 g/L). Intensive water abstraction accelerates the exchange of groundwaters and increases the area of influence of pumping. Chemical and isotopic studies of groundwater indicate an increasing contribution of old brackish water from the crystalline basement and rule out the potential implication of an intrusion of seawater into aquifer.

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Resumen El origen del incremento en salinidad en un sistema de acuíferos Cámbrico-Vendiano en la Península Kopli, norte de EstonieMonitoreo a largo plazo de un sistema de acuíferos confinados, de edad Cámbrico-Vendiano, que se utiliza como fuente de abastecimiento industrial en la Península Kopli, al norte de Estonie, revela cambios notables en la composición química del agua subterránea. Un incremento de 1.5 a 3 veces en TDS y en concentraciones de iones mayores en agua subterránea explotada ha sido ocasionado por bombeo fuerte. Las fuentes principales de carga disuelta en el agua subterránea Cámbrico-Vendiano son la lixiviación de la roca encajonante y los procesos geoquímicos que ocurren en la zona saturada. Basamento cristalino subyacente, que aloja agua subterránea salada en la parte superior intemperizada y fisurada, y está conectado hidráulicamente con el sistema acuífero Cámbrico-Vendiano sobreyacente, es la segunda fuente importante de iones. El basamento fracturado y su corteza de intemperismo arcillosa alojan agua subterránea de tipo Ca-Cl la cual se caracteriza por valores altos de TDS (2–20 g/l). Debido a extracción intensiva se ha acelerado el intercambio de agua subterránea y se ha incrementado el área de influencia del bombeo. Los estudios químicos e isotópicos de agua subterránea indican una contribución creciente por filtración derivada del basamento cristalino. Es evidente una intrusión de agua salada hacia el sistema de acuíferos con implicaciones subsecuentes para la calidad del agua.

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Résumé Lorigine de la salinité croissante dans le système aquifère du Cambrien-Vendien dans la péninsule de Kopli, nord de lEstonieLe suivi à long terme du système aquifère captif du Cambrien-Vendien utilisé pour lapprovisionnement deaux industrielles dans la Péninsule de Kopli, nord de lEstonie, révèle de remarquables changements dans la composition chimique des eaux souterraines. Une augmentation de facteur 1.5 à 3 de la TDS et des concentrations en ions majeurs dans leau souterraine est la conséquence de pompages intensifs. Les sources principales des charges dissoutes dans les eaux de laquifère du Cambrien-Vendien sont le lessivage des roches et dautres phénomènes géochimiques ayant lieu dans la zone saturée. Le soubassement rocheux cristallin, qui renferme des eaux souterraines salines dans sa partie supérieure altérée et fissurée, et est hydrauliquement connecté avec laquifère supérieur du Cambrien-Vendien, est la deuxième importante source dions. Le soubassement fracturé et le matériel argileux de laltération, renferme leau souterraine de type Ca-Cl, caractérisée par un haut TDS (2–20 g/l). A cause de la mobilisation intensive de leau les échanges deau souterraine est sont accélérés et la zone dinfluence des pompages augmentent. Les études chimiques et isotopiques indiquent une contribution croissante du drainage des eaux du soubassement cristallin. Lintrusion deaux salées de la mer dans le système aquifère nest pas un phénomène évident.

     

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.

     

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.

     

Hydrogeochemistry of the Goulburn Valley region of the Murray Basin, Australia: implications for flow paths and resource vulnerability

Groundwater in the Goulburn region of the Murray Basin (Australia) contains solutes derived mainly from evapotranspiration of rainfall-derived marine aerosols, silicate dissolution, and ion exchange. ¹⁴C data indicate that groundwater in the Shepparton Formation recharges vertically across the region, whereas groundwater in the Calivil–Renmark Formation shows a greater component of lateral flow. The overall pattern of geochemical and stable isotope variations implies that long-term vertical groundwater flow into the Calivil–Renmark Formation has occurred over thousands of years. Elevated C, N, and F concentrations, together with variable Cl/Br ratios and ¹⁸O values, suggest that short-term (years to decades) flow of surface water into the Calivil–Renmark Formation also occurs locally. The high degree of vertical flow implies that the high-quality groundwater resources of the Calivil–Renmark Formation are vulnerable to surface contamination. Groundwater in both the Shepparton and Calivil–Renmark Formations yields ¹⁴C ages of up to 20 ka that imply that, overall, recharge rates are low and that, consequently, the groundwater resource in both formations could be impacted by over abstraction.

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Resumen Las aguas subterráneas de la región de Goulburn, en la cuenca del río Murray (Australia), contienen solutos procedentes principalmente de la evaporación de agua de lluvia, disolución de silicatos e intercambio iónico. Aunque la variabilidad espacial de la hidrogeoquímica es reducida, el contenido total de sales disueltas en las aguas subterráneas de la formación no confinada de Shepparton es generalmente mayor que el del acuífero inferior confinado de la Formación Calivil–Renmark. Los datos de ¹⁴C, ³H y geoquímica sugieren que la recarga del acuífero de la Formación Shepparton es por infiltración (vertical) en toda la región, mientras que la Formación Calivil–Renmark tiene una mayor proporción de aportes laterales. Sin embargo, a escala local se produce recarga vertical en la Formación Calivil–Renmark, hecho que indica que este recurso es vulnerable a la contaminación. Las aguas subterráneas de ambas formaciones tienen edades de hasta 20.000 años, según datos de ¹⁴C, lo que implica que las tasas de recarga son bajas y, en consecuencia, que podría haber impactos asociados a la sobreexplotación del recurso. Las aguas subterráneas recientes de la región se caracterizan por relaciones molares muy variables de Cl/Br (de 50 a 1.200), reflejando la química de una precipitación semiárida que se ve modificada posteriormente por disolución de halita, asociada con terrenos secos y riego con aguas salinas. Las aguas subterráneas más profundas presentan relaciones más uniformes de Cl/Br (entre 500 y 800), y probablemente reflejan que la recarga se produjo en condiciones climáticas más húmedas que las actuales.

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Résumé Les eaux souterraines de la région de Goulburn dans le bassin de Murray (Australie) contiennent des solutés provenant essentiellement de lévaporation des pluies, de la dissolution de silicates et déchanges dions. Alors quil y a peu de variations spatiales du chimisme des eaux souterraines, les concentrations en sels dissous totaux des eaux souterraines de laquifère libre de la formation de Shepparton sont en général plus élevées que celles des eaux souterraines de laquifère captif sous-jacent de la formation de Calivil-Renmark. Des données de carbone-14, de tritium et de géochimie indiquent que laquifère de la formation de Shepparton est rechargé verticalement dans toute la région, tandis que laquifère de la formation de Calivil-Renmark présente une plus forte composante découlement latéral. Toutefois, localement, il se produit une recharge verticale de laquifère de la formation de Calivil-Renmark, ce qui indique que cette ressource est vulnérable à la contamination. Les eaux souterraines des formations de Shepparton et de Calivil-Renmark présentent toutes deux des âges carbone-14 de plus de 20 ka, ce qui implique des taux de recharge très faibles et, par conséquent, que leur ressource peut être affectée par des prélèvements excessifs. Les eaux souterraines récentes dans cette région sont caractérisées par un rapport molaire Cl/Br très variable (de 50 à 1200), qui reflète le chimisme de pluies en région semi-aride modifié en conséquence par la dissolution de la halite associée à la salinité due aux terres sèches et à lirrigation. Les eaux souterraines plus profondes possèdent des rapports Cl/Br plus uniformes (de lordre de 500 à 800) et reflètent probablement des eaux de recharge sous des conditions climatiques plus humides que les conditions actuelles.

     

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.

     

Groundwater recharge and sustainability in the High Plains aquifer in Kansas, USA

Sustainable use of groundwater must ensure not only that the future resource is not threatened by overuse, but also that natural environments that depend on the resource, such as stream baseflows, riparian vegetation, aquatic ecosystems, and wetlands are protected. To properly manage groundwater resources, accurate information about the inputs (recharge) and outputs (pumpage and natural discharge) within each groundwater basin is needed so that the long-term behavior of the aquifer and its sustainable yield can be estimated or reassessed. As a first step towards this effort, this work highlights some key groundwater recharge studies in the Kansas High Plains at different scales, such as regional soil-water budget and groundwater modeling studies, county-scale groundwater recharge studies, as well as field-experimental local studies, including some original new findings, with an emphasis on assumptions and limitations as well as on environmental factors affecting recharge processes. The general impact of irrigation and cultivation on recharge is to appreciably increase the amount of recharge, and in many cases to exceed precipitation as the predominant source of recharge. The imbalance between the water input (recharge) to the High Plains aquifer and the output (pumpage and stream baseflows primarily) is shown to be severe, and responses to stabilize the system by reducing water use, increasing irrigation efficiency, adopting water-saving land-use practices, and other measures are outlined. Finally, the basic steps necessary to move towards sustainable use of groundwater in the High Plains are delineated, such as improving the knowledge base, reporting and providing access to information, furthering public education, as well as promoting better understanding of the publics attitudinal motivations; adopting the ecosystem and adaptive management approaches to managing groundwater; further improving water efficiency; exploiting the full potential of dryland and biosaline agriculture; and adopting a goal of long-term sustainable use.

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Resumen El uso sostenible de aguas subterráneas debe garantizar tanto que el recurso futuro no esté amenazado por sobreutilización como que los ambientes naturales dependientes del recurso sean protegidos (ie el flujo base de los arroyos, la vegetación ripariana, los ecosistemas acuáticos y los pantanos). El manejo adecuado de los recursos de aguas subterráneas requiere información precisa con respecto a los influjos (recarga) y descargas (bombeo y descarga natural) en cada cuenca de aguas subterráneas de tal manera que se pueda estimar o reevaluar el comportamiento de largo plazo del acuífero y su tasa de sotenibilidad. En un primer paso hacia esta meta, este trabajo destaca algunos estudios claves de recarga de aguas subterráneas en las llanuras altas de Kansas. Dichos estudios se concentran en diferentes escalas: estudios regionales del presupuesto para aguas del suelo y modelos de aguas subterráneas, estudios de recarga de aguas subterráneas a nivel provincial y estudios locales experimentales de terrenos que incluyen algunos interesantes descubrimientos nuevos. Estas investigaciones comparten el énfasis en los presupuestos de partida y las limitaciones así como en los factores ambientales que afectan los procesos de recarga. El impacto general de las irrigaciones y cultivos sobre la recarga es un obvio incremento en el monto de recarga y en muchos casos excede a la precipitación como la fuente principal de recarga. Se puede observar que el desequilibrio entre el influjo de agua (recarga) del acuífero de las llanuras altas y la descarga (bombeo y flujos base de los arroyos principalmente) es severo. Asimismo, se describen las respuestas para estabilizar el sistema a través de la reducción del uso de agua por medio del incremento de la eficiencia de las irrigaciones y de la adopción de las prácticas de ahorro de agua y del uso de tierras así como otras medidas adicionales. Finalmente se describen los pasos básicos necesarios para evolucionar hacia el uso sostenible de las aguas subterráneas en las llanuras altas de Kansas. Estos pasos están constituidos por una mejora del conocimiento base, comunicar y proporcionar fácil acceso a la información, mejorar el conocimiento público general así como promover un mejor entendimiento de las motivaciones para las actitudes de la comunidad, adoptar los enfoques administrativos de ecosistemas y administración adaptable en el manejo de las aguas subterráneas, continuar las mejoras del uso eficiente del agua, explotar el potencial de la agricultura de terrenos áridos y biosalina y adoptar como meta el uso sostenible a largo plazo.

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Résumé Lutilisation durable de leau souterraine doit permettre non seulement que la pérennité de leau ne soit pas menacée, mais aussi que les environnements naturels qui dépendent de cette ressource, tels que la végétation riveraine, les écosystemes aquatiques et les milieux humides, soient protégés. Afin dassurer une gestion appropriée des ressources en eau souterraine, une information précise concernant les entrées (recharge) et les sorties (décharge naturelle et pompage) deau dans chacun des bassins est nécessaire afin que le comportement à long terme de laquifère et le taux de pompage durable puissent être estimés. En guise dinitiative, ce travail illustre certaines études clé concernant la recharge de leau souterraine à plusieurs échelles dans les hautes plaines du Kansas. Ces études comprennent le bilan sol-eau et la modélisation numérique à léchelle régionale, létude de la recharge des nappes souterraines à léchelle du comté, des études expérimentales à petite échelle et certaines découvertes originales. Lors de la présentation de ces études, lemphase est portée sur les hypothèses et limitations ainsi que sur les facteurs environmentaux qui affectent les processus de recharge. En général, les effets de lirrigation et de lagriculture sur la recharge sont daugmenter considérablement le taux de recharge, et dans plusieurs cas, dexcéder les précipitations comme principale source de recharge. Le déséquilibre entre les intrants deau (recharge) et entrants (pompage et écoulement de base dans les rivières) dans laquifère des hautes plaines est très important. Les résultats des efforts de stabilisation du système aquifère en diminuant lutilisation deau, en améliorant lefficacité des techniques dirrigation, en adoptant des pratiques dutilisation du territoire qui réduisent lutilisation deau et en adoptant certaines autres mesures sont présentés. Enfin, les étapes de base nécessaires afin datteindre une utilisation durable de leau souterraine dans les hautes plaines sontexposées. Elles comprennent lamélioration des connaissance de base, lapromotion dune meilleure compréhension de la motivation et de lattitudedu public, ladoption dune approche de gestion de leau souterraineadaptable et basée sur les écosystèmes, lamélioration de lefficacitédutilisation de leau, lexploitation du plein potentiel de lagriculturebiosaline et en milieu aride, et ladoption dun objectif pourlutilisation durable à long terme.

     

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

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

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

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

     

Three-dimensional variable-density flow simulation of a coastal aquifer in southern Oahu, Hawaii, USA

Three-dimensional modeling of groundwater flow and solute transport in the Pearl Harbor aquifer, southern Oahu, Hawaii, shows that the readjustment of the freshwater–saltwater transition zone takes a long time following changes in pumping, irrigation, or recharge in the aquifer system. It takes about 50 years for the transition zone to move 90% of the distance to its new steady position. Further, the Ghyben–Herzberg estimate of the freshwater/saltwater interface depth occurred between the 10 and 50% simulated seawater concentration contours in a complex manner during 100 years of the pumping history of the aquifer. Thus, it is not a good predictor of the depth of potable water. Pre-development recharge was used to simulate the 1880 freshwater-lens configuration. Historical pumpage and recharge distributions were used and the resulting freshwater-lens size and position were simulated through 1980. Simulations show that the transition zone moved upward and landward during the period simulated.Previous groundwater flow models for Oahu have been limited to areal models that simulate a sharp interface between freshwater and saltwater or solute-transport models that simulate a vertical aquifer section. The present model is based on the US Geological Surveys three-dimensional solute transport (3D SUTRA) computer code. Using several new tools for pre- and post-processing of model input and results have allowed easy model construction and unprecedented visualization of the freshwater lens and underlying transition zone in Hawaiis most developed aquifer.

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Electronic Supplementary Material Supplementary material is available in the online version of this article at .

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Resumen La modelación tridimensional del flujo de agua subterránea y del transporte de solutos en el acuífero de Pearl Harbor, en la parte sur de Oahu, Hawaii, muestra que el reajuste de la zona de transición agua dulce–agua salada, toma un largo tiempo a partir de cambios en el bombeo, irrigación o recarga en el sistema acuífero. Le toma alrededor de 50 años, a la zona de transición, moverse el 90% de la distancia hacia su nueva posición estacionaria. Además, el estimativo de Ghyben–Herzberg, sobre la profundidad de la interfase agua dulce–agua salada, se encuentra entre el 10 y el 50% en los contornos simulados de concentración de agua salada, de una manera compleja, durante 100 años de la historia de bombeo del acuífero. Por tanto, no es este un buen predictor de la profundidad del agua potable. Se utilizó una recarga pre – desarrollo, para simular la configuración del lente de agua dulce en 1880. Fueron utilizadas las distribuciones históricas del bombeo y de la recarga y se simularon el tamaño y posición resultantes del lente de agua dulce hasta 1980. Esas simulaciones muestran que la zona de transición se movió tierra adentro y hacia arriba, durante el periodo que se simuló.Los anteriores modelos de flujo para agua subterránea en Oahu, han sido limitados a modelos areales, que simulan una interfase abrupta entre agua dulce y agua salada, o bien han sido modelos de transporte de solutos que simulan una sección vertical del acuífero. El modelo presente está basado en el programa de computador del US Geological Survey (3D SUTRA), para transporte de solutos en tres dimensiones. Mediante el uso de varias herramientas nuevas para pre – procesamiento y post – procesamiento de las entradas y resultados del modelo, se ha permitido una construcción fácil del mismo y una visualización sin precedentes del lente de agua dulce y de la zona de transición subyacente en el acuífero más desarrollado de Hawaii.

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Résumé La modélisation tridimensionnelle de lécoulement et du transport dans la partie sud de laquifère Oahu-Hawai montre que le temps de réajustement de la zone de transition entre leau douce et leau salée est assez long et dépend de la variation des pompages et des irrigations, ainsi que de la recharge du système aquifère. Il sont nécessaires 50 ans pour que la zone de transition parcoure 90% de la distance qui la sépare de sa nouvelle position. La profondeur du biseau estimée par le schéma Ghyben–Herzberg se trouve entre les contours de 10 et 50% de la concentration de leau salée. Ce résultat a été obtenu après la simulation de lhistoire du pompage de laquifère pendant une période de 100 ans. Donc le schéma Ghyben–Herzberg conduit aux valeurs erronées de la profondeur de leau potable. La valeur de la recharge davant lexploitation de laquifère a été utilisée pour simuler la configuration des lentilles deau douce en 1880. En utilisant lhistoire du pompage et la distribution de la recharge ont on a simulé les dimensions et le positions des lentilles deau douce jusqu› en 1980. Les simulation montrent que le mouvement de la zone de transition est ascendant et vers le continent.Les modèles antérieurs de la zone dOahu ont été des modèles locaux qui ont simulé une interface nette eau douce-eau salée ou des modèles de transport bidimensionnels, dans une coupe verticale. Le modèle actuel est basé sur le code 3D-SUTRA, réalisé par le Service Géologique des États-Unis. L› utilisation des différents techniques de traitement des données a permis une construction facile du modèle, ainsi qu› une visualisation sans précédent des lentilles deau douces et de la zone de transition sous-jacente dans le plus grand aquifère du Hawai.

     

Hydrochemical tracers in the middle Rio Grande Basin,USA: 1. Conceptualization of groundwater flow

Chemical and isotopic data for groundwater from throughout the Middle Rio Grande Basin, central New Mexico, USA, were used to identify and map groundwater flow from 12 sources of water to the basin, evaluate radiocarbon ages, and refine the conceptual model of the Santa Fe Group aquifer system.Hydrochemical zones, representing groundwater flow over thousands to tens of thousands of years, can be traced over large distances through the primarily siliciclastic aquifer system. The locations of the hydrochemical zones mostly reflect the modern predevelopment hydraulic-head distribution, but are inconsistent with a trough in predevelopment water levels in the west-central part of the basin, indicating that this trough is a transient rather than a long-term feature of the aquifer system. Radiocarbon ages adjusted for geochemical reactions, mixing, and evapotranspiration/dilution processes in the aquifer system were nearly identical to the unadjusted radiocarbon ages, and ranged from modern to more than 30 ka. Age gradients from piezometer nests ranged from 0.1 to 2 year cm^–1 and indicate a recharge rate of about 3 cm year^–1 for recharge along the eastern mountain front and infiltration from the Rio Grande near Albuquerque. There has been appreciably less recharge along the eastern mountain front north and south of Albuquerque.

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Resumen Se utilizaron datos químicos e isotópicos de agua subterránea a lo largo de la cuenca central del río Grande, Nuevo México, EEUU, para identificar y mapear el flujo de agua subterránea de 12 fuentes de agua a la cuenca para evaluar edades por medio de radio carbon y para refinar el modelo conceptual del sistema acuífero del Grupo Santa Fé. Se puede establecer zonas hidrotérmicas que representan el flujo de agua subterránea a lo largo de miles a miles de decenas de años en grandes distancias a través del sistema acuífero principalmente siliclástico. Las ubicaciones de las zonas hidroquímicas mayormente reflejan la distribucion de la cabeza hidráulica pre-desarollo moderna pero son inconsistentes con una depresión en los niveles de agua pre-desarollo en la zona central oeste de la cuenca. Esto indica que esta depresión es un rasgo transitorio y no un rasgo de largo plazo del sistema acuífero. Las edades de radio carbon ajustadas para los procesos de reaciones geoquímicas, de mezclado y de evapotranspiración-dilución son casi idénticas a los edades de radio carbon no ajustadas oscilan en un rango desde la modernidad a 30 mil años. Las gradientes de edad de nidos de piezometros van de 0.1 a 2 años cm^–1 e indican un sitio de recarga de aproximadamente 3 cm/yr para la recarga a lo largo del frente montañoso oriental e infiltración del río Grande cerca de Albuquerque. Se aprecia una recarga menor a lo largo del frente oriental de montañas al norte y al sur de Albuquerque.

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Résumé Des données sur les éléments chimiques et les isotopes présents dans leau souterraine prélevée à divers endroits dans le bassin moyen du Rio Grande, au centre du Nouveau-Mexique (É-U), ont permis de déterminer lexistence et létendue de douze sources deau régionales dans le bassin, dévaluer les âges radiocarbones et de raffiner le modèle conceptuel du système aquifère du groupe de Santa Fe. Des zones hydro-chimiques qui représentent lécoulement de leau souterraine depuis des dizaines de milliers dannées peuvent être suivies sur de longues distances à travers laquifère principalement siliclastique. La position des zones hydro-chimiques reflète principalement la distribution moderne des charges hydrauliques mais est incohérente avec une dépression dans le niveau deau dans la partie centre-ouest du bassin, ce qui indique que cette dépression est un élément transitoire du système aquifère plutôt quun élément à long terme. Les âges radiocarbones ajustés aux réactions géochimiques et aux processus de mélange et dévapotranspiration/dilution qui ont lieu dans laquifère sont presque identiques aux âges non ajustés et varient de la période moderne jusquà 30 ka. Les gradients dâge établis à partir des nids de piézomètres sétendent de 0.1 à 2 a cm^–1 et suggèrent un taux de recharge denviron 3 cm a^–1 le long du front des montagnes à lest et pour linfiltration provenant du Rio Grande près dAlbuquerque. Il y a eu substantiellement moins de recharge le long du front des montagnes à lest, au nord et au sud dAlbuquerque.

     

Identifying sources of groundwater in the lower Colorado River valley, USA, with δ18O, δD, and 3H: implications for river water accounting

Isotope measurements (¹⁸O, D, ³H) indicate groundwater origin in the Lower Colorado River Valley (LCRV) and provide an alternative, or supplement, to the US Bureau of Reclamations proposed accounting surface method. The accounting surface method uses a hydraulic criterion to identify certain wells away from the flood plain that will eventually yield mainstream Colorado River water. New isotope data for 5 surface-water and 18 groundwater sites around Topock Marsh, Arizona, are compared with river-water data (1974–2002) from 11 sites between Utah and Mexico and with groundwater data from previous LCRV studies. Three groundwater sources are repeatedly identified in the LCRV: (1) local recharge derived from precipitation, usually winter rain, plots slightly below the global meteoric water line (GMWL) and has D values that are 20 greater than those of recent river water; (2) older (pre-1950) upper basin river-water plots on or near the GMWL, distinct from local rainfall and recent river water; and (3) recent (post-1950) Colorado River water, including Topock Marsh samples, plots below the GMWL along an evaporation trend. Large floods, as in 1983, complicate interpretation by routing less evaporated upper basin water into the LCRV; however, tritium content can indicate the age of a water. River-water tritium has declined steadily from its peak of 716 TU in 1967 to about 11 TU in 2002. Mixtures of all three groundwater sources are common.

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Resumen Mediciones isotópicas (¹⁸O, D, ³H) indican cual es el origen del agua subterránea en el Valle Bajo del Río Colorado (LCRV) y aportan una alternativa, o complemento, para el método superficie de conteo propuesto por el Buró de Reclamación de Estados Unidos. El método superficie de conteo utiliza un criterio hidráulico para identificar ciertos pozos alejados de la planicie de inundación que eventualmente producirán agua a partir de la corriente principal del Río Colorado. Los nuevos datos isotópicos para 18 sitios de agua subterránea y 5 sitios de agua superficial cerca de los Pantanos Topock, Arizona, se comparan con datos de agua de río (1974–2002) provenientes de 11 sitios localizados entre Utah y México, y con datos de aguas subterráneas de estudios previos realizados en el LCRV. Se identifican reiteradamente tres fuentes de aguas subterráneas en el LCRV: (1) recarga local derivada de precipitación, generalmente lluvia de invierno, cuya composición cae ligeramente por debajo de la línea de agua meteórica global (GMWL) y tiene valores D que son 20 mayores que los reportados para agua de río reciente; (2) el agua de río más vieja (pre-1950) de la cuenca alta cuya composición cae sobre o cerca de la GMWL, diferente de la lluvia local y del agua de río reciente; (3) agua reciente (post-1950) del Río Colorado, incluyendo muestras de los Pantanos Topock, con composición por debajo de la GMWL a lo largo de una tendencia a la evaporación. Inundaciones grandes, como en 1983, complican la interpretación al transmitir menos agua evaporada de la cuenca alta hacia el LCRV; sin embargo, el contenido de tritio puede indicar la edad del agua. El contenido de tritio en agua de río ha disminuido constantemente desde la concentración pico de 716 TU en 1967 a cerca de 11 TU en 2002. Es común que exista mezclas de las tres fuentes de agua subterránea.

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Résumé Les mesures isotopiques (d18O, dD, 3H) indiquent les origine de leaux souterraines dans la Vallée de la Rivière du Bas Colorado (LCRV) et sont une alternative, ou un supplément, à la méthode des bilans hydrologiques proposée par du «US Bureau of Reclamation». Cette méthode de bilan hydrologique utilise un critère hydraulique permettant didentifier certains puits hors de la plaine dinondation qui pomperaient une part non négligeable de leur eau dans la rivière Colorado. De nouvelles données isotopiques provenant de 5 sites deau de surface et 18 deaux souterraines autour de Topock Marsh en Arizona, sont comparées avec les données (1974–2000) de 11 sites localisés entre Utah et Mexico, ainsi que des données dautres études sur la LCRV. Ces sources deaux souterraines sont identifiées à plusieurs reprises dans la LCRV: (1) la recharge locale dérivant des précipitations, généralement les pluies hivernales, se retrouvent légèrement sous la ligne deau météoritique globale (GMWL) et possède des valeurs de dD 20% supérieures aux valeurs des eaux récentes de la rivière; (2) les eaux vieilles (pre-1950) du bassin supérieur de la rivière possèdent une valeurs très proches de la GMWL, distinctes des valeurs de la pluie locale et des eaux récentes de la rivière; et (3) les eaux récentes (post-1950) de la Rivière Colorado, incluant les échantillons de Topock Marsh, se positionnent à côté de la GMWL sur une droite dévaporation. Les grandes inondations, par exemple celle de 1983, compliquent linterprétation en reprenant dans la LCRV moins deaux marquées comme évaporées et provenant du bassin supérieur; par ailleurs le pic de tritium est descendu de 716 TU en 1967 à 11 TU en 2002. Les mélanges de ces trois sources sont assez fréquentes.

     

Natural tracers in recent groundwaters from different Alpine aquifers

Groundwater with underground residence times between days and a few years have been investigated over more than 20 years from 487 remote sites located in different aquifer types in the Alpine belt. Analysis of the data reveals that groundwaters evolved in crystalline, evaporite, carbonate, molasse, and flysch aquifers can be clearly distinguished based on their major and trace element composition and degree of mineralisation. A further subdivision can be made even within one aquifer type based on the trace element compositions, which are characteristic for the lithologic environment. Major and trace element concentrations can be quantitatively described by interaction of the groundwater with the aquifer-specific mineralogy along the flow path. Because all investigated sites show minimal anthropogenic influences, the observed concentration ranges represent the natural background concentrations and can thus serve as a geo-reference for recent groundwaters from these five aquifer types. This geo-reference is particularly useful for the identification of groundwater contamination. It further shows that drinking water standards can be grossly exceeded for critical elements by purely natural processes.

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Resumen Durnate más de 20 años se ha investigado aguas subterráneas con una residencia subterránea con una duración de días a varios años en 487 puntos remotos localizados en diferentes tipos de acuíferos en la cadena alpina. El análisis de los datos revela que las aguas subterráneas que han evolucionado dentro de acuíferos cristalinos, evaporíticos, carbonatos, flysch, y molasse se pueden distignuir claramente en base a la composición de sus elementos mayores y marcadores y al grado de minerlización. Asimismo es posible hacer una subdivisión más específica incluso dentro de un tipo de acuífero en base a las composiciones de los elementos marcadores los cuales soncaracterísticos del ambiente litológico. Las concentraciones de los elementos marcadores se pueden describir cuantitativamente por la interacción de las aguas subterráneas con la mineralogía específica del acuífero a lo largo del trayecto del flujo. Puesto qze todos los puntos investigados muestran mínimas influencias antropogénicas, los rangos deconcentraciones observados representan las concentraciones delescenario natural y, por tanto, pueden servir como georeferencia para aguas subterráneas recientes que forman parte de estos cinco tipos de acuíferos. Esta georeferencia es particularmente útil para la identificcación de contaminación de aguas subterráneas. Asimismo muestra que los estándares de agua potable pueden mostrar excesos en elementos críticos por procesos puramente naturales.

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Résumé Leau souterraine ayant résidé sous la surface du sol entre quelques jours et quelques années a été étudiée sur une période de plus de 20 ans à partir de 487 sites éloignés situés dans différents types daquifères de la ceinture alpine. Lanalyse des données révèle que leau qui a évoluée dans des aquifères cristallins, évaporitiques, carbonatés, molassiques et composés de flysch, peut être facilement différenciée sur la base de sa composition en éléments majeurs et traces, ainsi que par son degré de minéralisation. Une subdivision supplémentaire peut être apportée à lintérieur même dun type daquifère en se basant sur la composition des éléments traces, lesquels sont caractéristiques de lenvironnement lithologique. La concentration en éléments majeurs et traces peut être expliquée quantitativement par linteraction de leau souterraine avec la composition minéralogique spécifique de laquifère le long des lignes découlement. Puisque la majorité des sites étudiés ne montrent que très peu dinfluences anthropogéniques, le registre de concentrations observées représente la concentration de fond naturelle et peut ainsi servir comme géo-référence pour les eaux souterraines récentes dans ces cinq types daquifères. Ces géo-références sont particulièrement utiles pour lidentification de la contamination des eaux souterraines. Par ailleurs, cela démontre que les standards deau potable peuvent être excédés pour certains éléments en raison de processus purement naturels.

     

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     

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.