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1.
Saline groundwater has three principal origins in Denmark: 1) Seawater infiltration into nearcoastal aquifers, 2) saline formation water in aquifers of marine sedimentary origin, and 3) intrusion of brines from deep saline formation waters and evaporitic deposits in the subsurface. Strontium-isotope studies of chloride-contaminated groundwater from a Quaternary sandy aquifer at Stautrup Waterworks, Denmark, indicate that the groundwater is heavily influenced by saline formation water from underlying Oligocene marine mica clay. Thus, strontium isotopic hydrochemical criteria were successfully used to identify the sources of saline groundwater.
RESUMEN: La salinidad en las aguas subterráneas de Dinamarca tiene tres orígenes principales: 1) Infiltración de agua marina en acuíferos costeros, 2) agua de formación salina en acuíferos de origen sedimentario marino, y 3) intrusión de salmueras procedentes de aguas salinas de formaciones profundas y de depósitos evaporíticos subterráneos. Estudios isotópicos del estronico en las aguas subterráneas contaminadas or cloruros en un acuífero arenoso Cuaternario en Stautrup Waterworks, Dinamarca, indican que el agua está fuertement influenciada por el agua de formación salina correspondiente a una capa inferior de micas arcillosas oligocénicas. Por tanto, los criterios hidroquímicos isotópicos se pudieron utilizar satisfactoriamente para identificar las fuentes de salinidad de las aguas subterráneas.
RéSUMé: La salinité des aux souterraines du Danemark possède trois origines principales: 1) l'intrusion d'eau de mer dans les aquifères littoraux, 2) les eaux connées des sédiments marins constituant l'aquifère, 3) la remontée dans les aquifères superficiels de saumures provenant d'eaux connées de sédiments et de formations évaporitiques profonds. L'étude des isotopes du strontium d'eaux souterraines chargées en chlorures d'un aquifère sableux du Quaternaire du champ captant de Stautrup (Danemark) montre que le chimisme des eaux souterraines est fortement marqué par les eaux connées des argiles micacées marines sous-jacentes de l'Oligocène. Des critères hydrochimiques des isotopes du strontium ont par conséquent permis d'identifier les sources de la salinité d'eaux souterraines.
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2.
The results of study on the hydrochemical and isotope characteristics of shallow and deep waters at Pamukkale hydrothermal field Turkey are described in order to obtain a better understanding of the hydrological circulation. The field can be grouped into two groundwater sub-systems; cold water springs of Ca–HCO3 type (10–12 °C), and CO2-rich thermal waters of Ca–HCO3–SO4 type (25–58 °C). The occurrence of these water types is closely related to the morphology of the region, where intense tectonism formed horst and graben structures. Hence, two hydrogeological systems were defined: a deep geothermal system which is related to extensive and deep circulation of meteoric water in the regional flow system, and a shallow system which is related to local groundwater flow through sedimentary strata. The meteoric water falling at higher elevations percolates to the local groundwater system at a shallow level and flows to the deep geothermal system. During a deep convection cycle from a recharge to discharge area, the cold water attains heat from the asthenospheric intrusions, causing it to ascend. Variations of chemical and isotopic composition of thermal waters result from their mixing with cool groundwater in a shallow aquifer during their ascent to the surface.
Résumé Les résultats d'une étude portant sur les caractéristiques hydrochimiques et isotopiques de puits phréatiques et profonds situés dans le champ hydrothermal de Pamukkale, sont décrits de telle manière à éclairer le fonctionnement des circulations hydrologiques. Le champ peut étre divisé en deux sous-systèmes d'eaux souterraines, l'un avec des eaux de sources froides (10–12 °C) de type Ca–HCO3, et les eaux thermales (25–58 °C) riches en CO2 et de type Ca–HCO3–SO4. L'occurrence de ces types d'eaux est fermement liée à la morphologie de la région, oùne tectonique intense a engendré des structures en horsts et en grabens. Dés lors deux systèmes hydrogéologiques ont été définis : un système profond, qui est lié à la circulation extensive et profonde des eaux météoritiques dans le système régional d'écoulement, et un système phréatique lié aux écoulements locaux des eaux souterraines à travers les strates sédimentaires. Les eaux météoritiques aux altitudes élevées, percolent jusqu'aux systèmes locaux phréatiques, puis coulent jusqu'aux systèmes géothermaux plus profonds. Durant le cycle de convection profond des zones de recharge jusqu'aux zones de décharge, l'eau froide atteint les zones chaudes liées aux intrusions athenosphériques, provoquant la remontée. Les variations de la composition chimique et isotopique des eaux thermales résultent dans leurs mélanges avec des eaux souterraines froides dans les aquifères phréatiques durant leur remontée jusqu'à la surface.
Resumen Se describen los resultados del estudio de las características isotópicas e hidroquímicas de las aguas someras y profundas para obtener un mejor entendimiento de la circulación hidrológica del campo hidrotermal Pamukkale. El campo puede agruparse en dos sub-sistemas de agua subterránea: manantiales de agua fría del tipo Ca–HCO3 (10–12°C) y aguas termales ricas en CO2 del tipo Ca–HCO3–SO4(25–58°C). El ambiente de estos tipos de aguas se relaciona estrechamente con la morfología de la región donde el tectonismo intenso ha formado estructuras extensionales tipo graben y horst. Se definieron dos sistemas hidrogeológicos: un sistema geotermal profundo que se relaciona con la circulación profunda y extensa de agua meteórica en el sistema regional de flujo y un sistema somero el cual se relaciona con flujo local de agua subterránea a través de estratos sedimentarios. El agua meteórica que cae en altas elevaciones percola al sistema local de agua subterránea en un nivel somero y fluye hacia el sistema geotermal profundo. Durante un ciclo de convección del área de recarga hacia la zona de descarga, el agua fría se calienta a partir de los intrusivos astenosféricos lo que ocasiona que asciendan. Como resultado de la mezcla de las aguas recalentadas, con agua subterránea fría en un acuífero somero durante el ascenso hacia la superficie, se derivan variaciones en la composición química e isotópica de las aguas termales.
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3.
The Pingtung Plain is one of the most important groundwater-resource areas in southwestern Taiwan. The overexploitation of groundwater in the last two decades has led to serious deterioration in the quantity and quality of groundwater resources in this area. Furthermore, the manifestation of climate change tends to induce the instability of surface-water resources and strengthen the importance of the groundwater resources. Southwestern Taiwan in particular shows decreasing tendencies in both the annual amount of precipitation and annual precipitation days. To effectively manage the groundwater resources of the Pingtung Plain, a numerical modeling approach is adopted to investigate the response of the groundwater system to climate variability. A hydrogeological model is constructed based on the information from geology, hydrogeology, and geochemistry. Applying the linear regression model of precipitation to the next two decades, the modeling result shows that the lowering water level in the proximal fan raises an alarm regarding the decrease of available groundwater in the stress of climate change, and the enlargement of the low-groundwater-level area on the coast signals the deterioration of water quantity and quality in the future. Suitable strategies for water-resource management in response to hydrological impacts of future climatic change are imperative.
Resumen La llanura Pingtung constituye uno de los recursos de aguas subterráneas más importantes en el Suroeste de Taiwan. La sobreexplotación de las aguas subterráneas en las dos últimas décadas ha dado lugar a un serio deterioro de la calidad y la cantidad de los recursos subterráneos en esta área. En particular el Suroeste de Taiwan muestra una tendencia decreciente en las cantidades de precipitación y en los días anuales de lluvia. Para gestionar de forma efectiva los recursos subterráneos en la Llanura Pingtung, se ha utilizado un modelo numérico aproximado para investigar la respuesta de las aguas subterráneas a la variabilidad climática. Un modelo hidrogeológico se construye a partir de la información geológica, hidrogeológica y geoquímica. Aplicando el modelo de regresión linear de la precipitación para las próximas dos décadas, el modelo resultante muestra que el descenso de los niveles de agua en el abanico proximal es alarmante, observándose el descenso del agua subterránea disponible en la presión del cambio climático, y el crecimiento del área de descensos de niveles de agua subterránea en la costa apunta a un deterioro de la cantidad y calidad del agua subterránea en el futuro. Se imponen pues, estrategias apropiadas para la gestión de los recursos hídricos en respuesta a los impactos hidrológicos del futuro cambio climático.
Résumé La plaine de Pingtung est l’une des plus importantes zones de ressource en eau souterraine du Sud-Ouest de Taiwan. La surexploitation de l’eau souterraine durant les deux dernières décennies a conduit à une sérieuse détérioration de la quantité et de la qualité des ressources en eau souterraine dans cette zone. De plus, la manifestation des changements climatiques tend à induire une instabilité des ressources en eau souterraine et renforce l’importance des ressources en eau souterraine. Le Sud-Ouest de Taiwan montre, en particulier, des précipitations annuelles et des nombres annuels de jour de pluie à la baisse. Pour gérer efficacement les ressources en eau souterraine de la Plaine de Pingtung, une approche par modélisation numérique est adoptée pour étudier la réponse du système hydrogéologique aux variabilités climatiques. La construction du modèle hydrogéologique est basée sur les informations géologiques, hydrogéologiques et géochimiques. En appliquant le modèle de régression linéaire aux précipitations pour les deux prochaines décades, le résultat de la modélisation montre que la baisse du niveau d’eau atteint un état alarmant au regard de la décroissance des eaux souterraines disponibles et la contrainte du changement climatique, tandis que l’extension de la zone de niveau bas des eaux souterraines à la cote indique une détérioration de la quantité et de la qualité de l’eau dans le futur. Des stratégies convenables pour la gestion des ressources en eau souterraine en réponse aux impacts hydrologiques de futurs changements climatiques sont impératifs.
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4.
Long-term time series data of aquifer recharge, groundwater extraction, and discharge are used to estimate aquifer storage capacity and maximum annual yield. Aquifer storage capacity is defined as the maximum volume of water that can be stored in an aquifer. It is estimated using a transient water-balance approach. The maximum annual yield is defined as the maximum combined groundwater extraction plus discharge that can be sustained in an aquifer judged by the historical record of recharge. It is determined according to a graphical mass-curve method. These two quantities are useful in aquifer characterization and groundwater management, the apportionment of groundwater rights and aquifer storage and recovery operations being two frequent applications. Time series data from the Edwards Aquifer, Texas, USA, illustrate the application of the methods presented.
Résumé Des données sur le long terme de la recharge d’aquifère, de l’exploitation de l’eau souterraine et de la vidange sont utilisées pour estimer la capacité d’emmagasinement de l’aquifère et la capacité annuelle maximum. La capacité d’emmagasinement de l’aquifère est définit comme le volume maximum de l’eau qui peut être emmagasinée dans le réservoir. Elle est estimée en utilisant une approche par bilan hydrologique en transitoire. La capacité annuelle maximum est définit comme la combinaison de l’extraction de l’eau souterraine et de la vidange, combinaison qui peut être jugée durable ou non au regard de l’examen des valeurs de recharge. Elle est déterminée au moyen d’une méthode de courbe des valeurs cumulées. Ces deux quantités sont très utiles pour caractériser les aquifères et pour gérer les eaux souterraines, l’imputation des droits aux eaux souterraines, et du fait que les opérations de recharge des aquifères et de récupération sont très fréquentes. Les données temporelles provenant de l’aquifère Edwards, Texas, USA, illustrent l’application de la méthode présentée.
Resumen Para estimar la capacidad de almacenamiento de un acuífero y su rendimiento máximo anual, se han utilizado series temporales largas de datos de recarga al acuífero, de extracciones de agua subterránea y de descarga. La capacidad de almacenamiento de un acuífero se define como el volumen máximo de agua que puede ser almacenado en el mismo. Se estima utilizando una aproximación con un balance de agua en régimen transitorio. El rendimiento máximo anual se define como el máximo resultante de la combinación de la extracción de aguas subterráneas y la descarga que puede ser sostenido por un acuífero según los registros históricos de recarga y se define según un método gráfico masa-curva. Estos dos valores son útiles en la caracterización de los acuíferos y en la gestión de las aguas subterráneas, el reparto de los derechos sobre las aguas subterráneas y las operaciones de almacenaje y recuperación de los acuíferos, que son dos aplicaciones frecuentes. Las series de tiempo para el Acuífero Edwards, Texas, USA, ilustra la aplicación de los métodos presentados.
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5.
Identifying groundwater recharge and discharge areas across catchments is critical for implementing effective strategies for salinity mitigation, surface-water and groundwater resource management, and ecosystem protection. In this study, a synergistic approach has been developed, which applies a combination of remote sensing and geographic information system (GIS) techniques to map groundwater recharge and discharge areas. This approach is applied to an unconfined basalt aquifer, in a salinity and drought prone region of southeastern Australia. The basalt aquifer covers ~11,500 km2 in an agriculturally intensive region. A review of local hydrogeological processes allowed a series of surface and subsurface indicators of groundwater recharge and discharge areas to be established. Various remote sensing and GIS techniques were then used to map these surface indicators including: terrain analysis, monitoring of vegetation activity, and mapping of infiltration capacity. All regions where groundwater is not discharging to the surface were considered potential recharge areas. This approach, applied systematically across a catchment, provides a framework for mapping recharge and discharge areas. A key component in assigning surface and subsurface indicators is the relevance to the dominant recharge and discharge processes occurring and the use of appropriate remote sensing and GIS techniques with the capacity to identify these processes.
Résumé Sur un bassin versant, l’identification des zones d’alimentation et des aires d’émergence des eaux souterraines est capitale pour mettre en œuvre des stratégies de réduction de la salinité, de gestion des eaux souterraines et superficielles, et de protection des écosystèmes. Une approche synergique a été développée, sur la base de recherches existantes pour cartographier de manière systématique les zones de recharge et d'émergence. Elle combine des techniques de télédétection et de Systèmes d’Information Géographique, dans le but de cartographier les zones d’alimentation et d’émergence. Ces techniques ont été appliquées à un aquifère basaltique libre, dans un secteur sujet à la sécheresse et à la salinité du Sud-Est australien. L’aquifère considéré couvre environ 11,500 km2 d’une région essentiellement agricole. Un inventaire des processus hydrogéologiques locaux a conduit à l’établissement d’une série d’indicateurs superficiels et subsuperficiels des zones d’alimentation et d’émergence. Plusieurs méthodes de télédétection et de SIG furent alors utilisées pour cartographier ces indicateurs de surface, y compris les analyses de terrain, le suivi de l’activité de la végétation et la cartographie des capacités d’infiltration. Toutes les régions en dehors des zones d'émergence sont considérées commes des zones d'alimentation potentielles. Un des composants clés de l’attribution des indicateurs superficiels et subsuperficiels est la concordance avec les processus majeurs d’alimentation et de prélèvement entrant en jeu, et l’utilisation de méthodes de télédétection et SIG adaptées permettant d’identifier ces processus.
Resumen La identificación de áreas de descarga y recarga de agua subterránea es crítica para la implementación de estrategias efectivas relacionadas con mitigación de salinidad, gestión de recursos de agua subterránea y agua superficial, y protección de ecosistemas. En este estudio se ha desarrollado un enfoque sinérgico apoyándose en investigación existente el cual aplica una combinación de técnicas de sistemas de información geográfico (SIG) y sensores remotos para cartografiar áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Este enfoque se aplica a un acuífero de basalto no confinado en una región del sureste de Australia propensa a sequía y salinidad. El acuífero de basalto cubre aproximadamente 11,500 km2 en una región con agricultura intensiva. Una revisión de los procesos hidrogeológicos locales permitió el establecimiento de una serie de indicadores superficiales y subterráneos de áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Luego se utilizaron varias técnicas de SIG y sensores remotos para cartografiar estos indicadores superficiales incluyendo: análisis del terreno, monitoreo de la actividad de la vegetación, y cartografiado de la capacidad de infiltración. Todas las regiones donde el agua subterránea no descarga en la superficie fueron consideradas áreas potenciales de recarga. Este enfoque que se ha aplicado sistemáticamente a través de la cuenca aporta un marco para la cartografía de áreas de recarga y descarga. Un componente clave en la asignación de indicadores superficiales y subterráneos lo constituye la relevancia a los procesos dominantes de recarga y descarga que ocurren y el uso de técnicas apropiadas de SIG y sensores remotos con la capacidad para identificar esos procesos.
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6.
The Winnipeg Formation is the basal sedimentary unit throughout much of southern and central Manitoba, Canada, where it forms a regional aquifer over most of its extent. This aquifer is an important source of water in southeastern Manitoba and in Manitoba’s Interlake area, but in most other areas, groundwater within the aquifer is saline. Chemical and isotopic evidence indicate the presence of groundwaters of three different origins: (1) basin brines; (2) modern meteoric recharge; and (3) subglacial recharge that occurred during the late Pleistocene. Hydraulic head and sedimentary facies distributions indicate that the flow system in parts of the area is not in a state of equilibrium and saline waters will encroach on areas currently occupied by freshwater in some areas, while in other areas, freshwater will replace saline water. These features must be considered in groundwater resource management, as groundwater withdrawals will likely hasten these processes.
Resumen La Formación Winnipeg es la unidad sedimentaria basal en la mayor parte de Manitoba central, Canadá, donde forma un acuífero regional en la mayor parte de su extensión. Este acuífero es una fuente importante de agua en el Sureste de Manitoba y el área de entrelagos de Manitoba, pero en la mayoría de las otras zonas del acuífero, el agua es salina. Las evidencias químicas e isotópicas indican que existen aguas subterráneas de tres orígenes diferentes: (1) salmueras de cuenca; (2) recarga meteórica actual; y (3) recarga subglacial ocurrida durante el Pleistoceno Superior. Los niveles piezométricos y la distribución de las facies sedimentarias indican que el sistema de flujo no se encuentra en estado de equilibrio en parte del área y las aguas salinas irán invadiendo áreas actualmente ocupadas con aguas dulces, mientras que en otras zonas el agua dulce está reemplazando al agua salina. Estos hechos deben ser considerados en la gestión de las aguas subterráneas como recurso, ya que las extracciones de agua acelerarán probablemente estos procesos.
Résumé La Formation de Winnipeg est l’unité sédimentaire de base sur la plus grande partie du Sud et du centre du Manitoba au Canada, où elle forme un aquifère régional sur pratiquement toute son extension. Cet aquifère représente une ressource en eau importante dans le Sud-Est du Manitoba et dans les zones d’entre les lacs, mais salée dans la plus part des autres zones. Les indications isotopiques et chimiques permettent de distinguer trois différentes origines des eaux souterraines: (1) les saumures de bassin; (2) la recharge météoritique moderne; (3) la recharge sub-glaciaire qui est apparue durant le Pléistocène récent. Les charges hydrauliques et la distribution des faciès sédimentaires indiquent que le système d’écoulement dans certaines zones n’est pas dans un état d’équilibre et que les eaux salées empièteront sur des zones d’eau douce, tandis que dans d’autres zones l’eau douce remplacera les eaux salées. Ces aspects doivent être considérés dans la gestion des ressources en eau souterraine, car le prélèvement des eaux souterraines pourrait accentuer ces processus.
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7.
A simple, well-constrained simulation of solute increases in a downgradient direction was used in the shallow unconfined aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate (United Arab Emirates). The simulation indicates that the observed exponential increase in solute concentrations results from a combination of upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites, and groundwater losses by evaporation. Groundwater recharge and discharge flux in unconfined regional aquifers in arid regions commonly are difficult to estimate because there are few constraints on the flux of water lost or gained from the system. Total dissolved solids (TDS) and deuterium isotopes (δ2H) in groundwater are used to constrain estimated fluxes to the shallow aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate. Vertical upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites accounts for solute increases along approximately the first 80 km of the simulated flow path, but a combination of upward solute transport and evaporation is necessary to explain observed solute concentrations beyond 80 km. Mobilization and transport of solutes in the unsaturated zone by recharging precipitation is not a significant factor.
Résumé Une simulation simple et bien contrainte de l’augmentation des solutés dans la direction de l’écoulement a été réalisée sur l’aquifère phréatique et libre de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi (émirats Arabes Unis). La simulation indique que l’augmentation observée de solutés, de forme exponentielle, est le produit de la combinaison du transport ascendant de solutés provenant des mudstones et des évaporites sous-jacents, et de l’évaporation des eaux souterraines. La recharge des eaux souterraines et les flux de vidange dans les aquifères régionaux libres des régions arides sont habituellement difficiles à estimer du fait du peu de contraintes agissant sur la perte ou le gain d’eau dans le système. La charge dissoute totale (TDS, en anglais) et les isotopes deutérium (δ2H) des eaux souterraines sont utilisés pour contraindre l’estimation des flux en direction de l’aquifère phréatique de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi. Le transport vertical ascendant des solutés à partir des mudstones et des évaporites fait parti des processus qui concentrent les solutés approximativement le long des 80 premiers kilomètres du trajet des écoulements simulés, mais une combinaison du transport ascendant des solutés et de l’évaporation est nécessaire pour expliquer les concentrations observées en soluté au delà des 80 km. La mobilisation et le transport des solutés par les précipitations efficaces dans la zone non saturée ne représentent pas des facteurs significatifs.
Resumen Se utilizó una simulación simple y muy restringida, de incrementos de soluto en la dirección del flujo, en el acuífero libre poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi, (Emiratos árabes Unidos). La simulación indica que el aumento exponencial observado en las concentraciones del soluto, resulta de una combinación de transporte ascendente de solutos desde las evaporitas y lodolitas subyacentes, y por pérdidas del agua subterránea por evaporación. Los flujos de recarga y descarga de agua subterránea, en los acuíferos libres regionales en regiones áridas, normalmente son difíciles estimar, porque hay algunas restricciones en el flujo de agua perdido o ganado por el sistema. Los sólidos disueltos totales (TDS) y los isótopos de deuterio (δ2H) en el agua subterránea, se usan para forzar los flujos estimados hacia el acuífero poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi. El transporte ascendente vertical de solutos desde las lodolitas y evaporitas subyacentes, involucra los aumentos del soluto a lo largo de aproximadamente los primeros 80 Km. de la dirección de flujo simulada, pero es necesaria una combinación de transporte ascendente del soluto y la evaporación para explicar las concentraciones del soluto observadas más allá de 80 Km. La movilización y transporte de solutos en la zona no saturada, por recarga debida a precipitación, no es un factor significante.
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8.
The Pampa del Tamarugal Aquifer (PTA) is an important source of groundwater in northern Chile. In this study, a groundwater flow model of this aquifer is developed and calibrated for the period 1983–2004. The model reproduces the observed flow-field and the water balance components reasonably well. Five scenarios are defined to evaluate the response to different pumping situations. These scenarios show that groundwater heads will continue to decrease with the present pumping discharge rates. To account for variations in the model results due to uncertainties in average recharge rates, randomly generated recharge realizations with different levels of uncertainty are simulated. Evaporation flow rates and groundwater flowing out of the modelled area seem unaffected by the recharge uncertainty, whereas the storage terms can vary considerably. For the most intensive pumping scenario under the generated random recharge rates, it is unlikely that the cumulative discharged volume from the aquifer, at the end of the simulation period, will be larger than 12% of the estimated groundwater reserve. Fluctuations in simulated groundwater heads due to uncertainties in the average recharge values are more noticeable in certain areas. These fluctuations could explain unusual behaviour in the observed groundwater heads in these areas.
Resumen El Acuífero de la Pampa del Tamarugal (PTA) es una fuente importante de agua subterránea en el norte de Chile. En este estudio se desarrolla y calibra un modelo de flujo de agua subterránea para el periodo 1983–2004. El modelo reproduce razonablemente bien el campo de flujo observado y los componentes del balance hídrico. Se definen cinco escenarios para evaluar la respuesta a diferentes situaciones de bombeo. Estos escenarios muestran que con las tasas de descarga de bombeo actuales las presiones de agua subterránea continuarán en descenso. Para explicar las variaciones en los resultados del modelo debidas a incertidumbres en tasas de recarga promedio se han simulado realizaciones de recarga generadas aleatoriamente con diferentes niveles de incertidumbre. Las tasa de flujo por evaporación y el agua subterránea que fluye fuera del área modelizada parecen no haber sido afectadas por la incertidumbre en recarga mientras que los términos de almacenamiento pueden variar considerablemente. Para el escenario de bombeo más intenso, bajo las tasas de recarga generadas aleatoriamente, no es probable que el volumen descargado acumulado del acuífero al final del periodo de simulación sea mayor del 12% de la reserva de agua subterránea estimada. Las fluctuaciones en las presiones simuladas de agua subterránea debido a las incertidumbres en los valores de recarga promedio son más notorios en ciertas áreas. Las fluctuaciones podrían explicar el comportamiento inusual en las presiones de agua subterránea observadas en estas áreas.
Résumé L’aquifère de la Pampa del Tamarugal (PTA) représente une importante source d’eau souterraine dans le Nord du Chili. Dans cette étude, un modèle d’écoulement souterrain de cet aquifère est réalisé et calibré pour la période 1983–2004. Celui-ci reproduit le champs d’écoulement observé et les composantes du bilan d’eau raisonnablement bien. Cinq scénarios sont définis pour évaluer la réponse du système à des conditions de pompage différentes. D’après ces scénarios, les niveaux piézomètriques vont continuer à baisser sous l’effet des taux de pompage actuels. Pour tenir compte de la variabilité des résultats du modèle due aux incertitudes sur les taux de recharge moyens, des épisodes de recharge, générés aléatoirement et présentant différents niveaux d’incertitude sont simulés. Les taux d’évaporation et l’eau souterraine s’écoulant hors de la zone modélisée semblent non affectés par l’incertitude sur la recharge, les termes d’emmagasinement en revanche peuvent varier considérablement. Dans le cas du scénario avec le pompage le plus important et des taux de recharge aléatoires, il est peu probable que le volume cumulé pompé hors de l’aquifère à la fin de la simulation atteigne une valeur supérieure à 12% de la réserve d’eau souterraine estimée. Les fluctuations des niveaux piézomètriques simulés liées aux incertitudes sur les recharges moyennes sont plus perceptibles dans certaines zones. Ces fluctuations pourraient expliquer un comportement inhabituel des niveaux piézomètriques observés dans ces zones.
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9.
Detailed study of a localised saline discharge zone in southeastern Australia shows that the salinisation is mostly due to the shallow water table (<1–2 m from the surface). Direct evaporation, particularly in summer, leads to extremely high soil–water salinities at the surface, even though the underlying groundwater is moderately fresh. Groundwater discharge is localised at a break of slope, where the water table intersects the surface, and where the transition from permeable sands to clay-rich sediments inhibits lateral groundwater flow. Higher salt concentrations build up in the clays because of the long residence times during which soil-waters are exposed to evapotranspiration and the reduced potential for salts to be flushed from the sediments. As a result the saline discharge area does not correspond to the part of the site with the largest salt store. Results of the study demonstrate that for dryland salinisation to occur, the groundwater beneath the discharge zone need not be saline, and the presence of a large salt store does not necessarily lead to problems of dryland salinisation if, as in the clay-rich sediments at the site, the salt lies below the pasture root zone. Furthermore, mobilisation of salt stores within low permeability sediments by rising groundwater may be minor.
Résumé L’étude détaillée d’une zone localisée d’émergence salée au sud-est de l’Australie montre que la salinisation est surtout due à la nappe phréatique (<1–2 m sous la surface). L’évaporation directe, particulièrement durant l’été, conduit à des salinités de l’eau du sol extrêmement élevées à la surface, même si l’eau souterraine sous-jacente est modérément douce. L’émergence de l’eau souterraine est localisée à la rupture de pente, là où la nappe phréatique rencontre la surface du sol et où la transition entre sables perméables et sédiments riches en argiles inhibe les écoulements d’eau souterraine latéraux. Les plus fortes concentrations en sel s’accumulent dans les argiles du fait de temps de résidence élevés, durant lesquels les eaux du sol sont exposées à l’évapotranspiration et à un lessivage réduit des sédiments. Il en résulte que l’aire d’émergence des eaux salées ne correspond pas à la partie du site rencontrant la réserve de sel la plus importante. Les résultats de l’étude démontrent que pour que la salinisation d’une zone aride devienne effective, l’eau souterraine sous la zone ne doit pas être forcément salée, et la présence d’une zone étendue de réserve de sel ne conduit pas forcément à des problèmes de salinisation de zones arides si, comme dans les sédiments argileux du site, le sel ne repose pas sous la zone de pature. De plus, la mobilisation des réserves de sel dans les sédiments peu perméables par la montée du niveau de l’eau souterraine devrait être mineure.
Resumen El estudio detallado de una zona local de descarga salina en el sudeste de Australia, muestra que la salinización es principalmente debido a un nivel freático poco profundo (<1–2 m de la superficie). La evaporación Directa, particularmente en verano, conlleva a salinidades de suelo-agua sumamente altas en la superficie, aunque el agua subterránea subyacente es moderadamente dulce. La descarga de Agua subterránea se localiza en una interrupción de la ladera, dónde el nivel freático intercepta la superficie, y donde la transición de las arenas permeables a los sedimentos ricos en arcilla inhibe el flujo lateral del agua subterránea. Las concentraciones de sal más altas se forman en las arcillas debido a los tiempos de residencia largos durante los cuales se exponen el conjunto suelo-agua a la evapotranspiración y también por el potencial reducido para las sales de ser expulsadas de los sedimentos. Como resultado el área de la descarga salina no corresponde a la parte del sitio con el contenido de sal más grande. Los resultados del estudio demuestran que para que ocurra la salinización en terrenos secos, el agua subterránea bajo la de zona de descarga no necesita ser salina, y que la presencia de un almacenamiento de sal grande, no necesariamente lleva a los problemas de salinización en terrenos secos si, como en los sedimentos ricos en arcilla del sitio, la sal yace debajo de la zona de raíz de la pastura. Además, la movilidad de depósitos de sal dentro de los sedimentos de permeabilidad baja pueden ser menores, por causa del agua subterránea ascendente.
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10.
Visual MODFLOW, a numerical groundwater flow model, was used to evaluate the impacts of groundwater exploitation on streamflow depletion in the Alluvium and Terrace aquifer of the Beaver-North Canadian River (BNCR) in northwestern Oklahoma, USA. Water demand in semi-arid northwestern Oklahoma is projected to increase by 53% during the next five decades, driven primarily by irrigation, public water supply, and agricultural demand. Using MODFLOW’s streamflow routing package, pumping-induced changes in baseflow and stream leakage were analyzed to estimate streamflow depletion in the BNCR system. Simulation results indicate groundwater pumping has reduced baseflow to streams by approximately 29% and has also increased stream leakage into the aquifer by 18% for a net streamflow loss of 47%. The magnitude and intensity of streamflow depletion, however, varies for different stream segments, ranging from 0 to 20,804 m3/d. The method provides a framework for isolating and quantifying impacts of aquifer pumping on stream function in semiarid alluvial environments.
Résumé  Visual MODFLOW, un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines, a été utilisé pour évaluer les impacts de l’exploitation de l’eau souterraine sur la réduction du régime de la rivière dans un aquifère d’alluvions et de terrasse de la Rivière canadienne Beaver-North (BNCR) au nord-ouest de l’Oklahoma, aux USA. La demande d’eau dans le nord-ouest semi-aride de l’Oklahoma devrait augmenter de 53% durant les cinq prochaines décennies, essentiellement du fait de l’irrigation, la demande en eau potable et la demande agricole. En utilisant le module numérique traitant les rivières dans MODFLOW, les changements sur le régime de base des cours d’eau induits par le pompage et la recharge par la rivière ont été analysés pour estimer la réduction du régime de la rivière du système BNCR. Les résultats de la simulation indiquent que le pompage de l’eau souterraine réduit le débit de base de la rivière de 18% pour une perte nette du débit de la rivière de 47%. L’importance et l’intensité de la réduction du débit de base, toutefois, varie selon le bief, de 0 à 20,840 m3/d. La méthode apporte un cadre pour isoler et quantifier les impacts sur le pompage de l’aquifère sur le fonctionnement de la rivière dans un environnement alluvial semi-aride.
Resumen  El Visual MODFLOW, que es un modelo numérico de flujo de agua subterránea, fue usado para evaluar los impactos de la explotación del agua subterránea, en la disminución de la cantidad de flujo de una corriente superficial, relacionada al acuífero del aluvión y de la terraza del Río canadiense Beaver-North (BNCR) en Oklahoma del noroeste, EUA. Se proyecta que la demanda de agua aumentará en un 53%, en el sector semiárido de Oklahoma del noroeste, durante las próximas cinco décadas, principalmente debido a la irrigación, suministro de agua público, y la demanda agrícola. Mediante el uso del paquete especial para relaciones corriente superficial- acuífero (SFR) de MODFLOW, se analizaron cambios inducidos por el bombeo, tanto en el flujo base, como en el goteo del río, para estimar la disminución del flujo de la corriente en el sistema de BNCR. Los resultados de la simulación indican, que el bombeo de agua subterránea ha reducido el flujo base a los arroyos aproximadamente en un 29% y también ha aumentado el goteo del arroyo hacia el acuífero en 18%, resultando una pérdida neta del flujo del río de un 47%. La magnitud e intensidad de la disminución del flujo del río, sin embargo, varía en sus diferentes segmentos, oscilando de 0 a 20,804 m3/d. El método suministra un marco, para aislar y cuantificar los impactos del bombeo del acuífero, sobre el funcionamiento de una corriente superficial en los ambientes aluviales semiáridos.
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Groundwater pumped from the semi-confined Complexe Terminal (CT) aquifer is an important production factor in irrigated oases agriculture in southern Tunisia. A rise in the groundwater salinity has been observed as a consequence of increasing abstraction from the aquifer during the last few decades. All sources of contamination were investigated using hydrochemical data available from the 1980s. Water samples were taken from drains and observation wells tapping both the CT and the phreatic aquifers and analyzed with regard to chemistry, temperature, isotopes and other environmental tracers. Local salinization mechanisms are suggested, i.e. the upwelling of saline water from the underlying, confined Continental Intercalaire (CI) aquifer, as well as backflow of agricultural drainage water. At this stage, the main salt pan, the Chott el Djerid, is not a contamination source. A finite difference model was also developed to simulate groundwater flow and contaminant transport in the oases. Calibration for the period 1950–2000 was carried out in order to adjust geological and chemical system parameters. The simulation of planned extraction projects predicts a worsening of the present situation. Maintenance of the present abstraction regime will not reduce or stop the salinity increase.
Résumé L’eau souterraine pompée dans l’aquifère semi-captif du Complexe Terminal (CT) est un facteur de production important pour l’agriculture des oasis irriguées du sud de la Tunisie. Une augmentation de la salinité de l’eau souterraine a été considérée comme la conséquence de l’augmentation des prélèvements dans l’aquifère au cours des dernières décades. Toutes les sources de contamination ont été étudiées à l’aide de données hydro-chimiques disponibles depuis les années 80. Des échantillons d’eau ont été prélevés dans des drains et des puits d’observation qui captent à la fois le CT et les aquifères phréatiques; la chimie, la température, les isotopes ainsi que d’autres traceurs environnementaux ont été analysés. Des processus locaux de salinisation sont proposés, comme par exemple la remontée d’eau salée en provenance de l’aquifère captif du Continental Intercalaire (CI) sous-jacent, ainsi que le reflux des eaux du drainage agricole. A ce stade, le principal marais salé, le Chott el Djerid, n’est pas une source de contamination. Un modèle aux différences finies a également été élaboré pour simuler les écoulements souterrains et le transport de contaminants dans les oasis. Une calibration pour la période 1950–2000 a été effectuée afin d’ajuster les paramètres des systèmes géologique et chimique. La simulation de projets planifiés d’extraction prédit une aggravation de la situation actuelle. La conservation du régime d’extraction actuel ne réduira ou ne stoppera pas l’augmentation de la salinité.
Resumen El agua subterránea que se bombea del acuífero semi-confinado Terminal Complejo (CT) es un importante factor de producción en la agricultura de riego con oasis en el sur de Túnez. Se ha observado un incremento en la salinidad del agua subterránea como consecuencia de la abstracción creciente del acuífero durante las últimas décadas. Se investigaron todas las fuentes de contaminación usando datos hidroquímicos disponibles de la década de 1980s. Las muestras de agua se tomaron de drenajes y pozos de observación alojados tanto en el CT como los acuíferos freáticos y se analizaron en relación con química, temperatura, isótopos y otros trazadores ambientales. Se sugieren mecanismos de salinización local, i.e. el ascenso de agua salada a partir del acuífero confinado subyacente Intercalado Continental (CI), así como también retorno de flujo de agua de drenaje agrícola. En esta etapa, el pan salado principal, el Chott el Djerid, no es una fuente de contaminación. También se desarrolló un modelo de diferencia finita para simular el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes en los oasis. Se calibró el modelo para el periodo 1950–2000 para de este modo ajustar parámetros del sistema químico y geológico. La simulación de los proyectos de extracción que se han planeado predice un empeoramiento de la situación actual. El mantenimiento del régimen de extracción actual no reducirá o detendrá el incremento de salinidad.
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In Bangladesh, development of the groundwater resource for irrigation is a vital component of the government’s agricultural strategy to attain food self-sufficiency. Amidst reports of falling groundwater levels in many parts of Bangladesh, the potential of groundwater use has been investigated in the Teesta Barrage Project (TBP) in which large-scale groundwater development for dry-season irrigation has taken place in the recent past. Several techniques and tools have been applied such as the combination of analysis of groundwater hydrographs and mathematical modelling to derive key hydrogeological variables, calculation of net irrigation requirement and the use of geographical information systems. The results show that the economically attractive high-yielding variety (HYV) Boro (dry season) rice cultivation during the groundwater irrigation season may not be sustained in large parts of the project area if the current trends in abstraction are continued. However, due to spatial variation in abstraction, nine thanas (sub-districts)—out of a total of 21 in the project area—may still be able to expand groundwater-irrigated cropland and a groundwater-use potential of 40 mm/year may be created if deep-set shallow tubewells are used by the farmers to abstract groundwater. A structured approach, based on zoning of potential areas, is recommended for groundwater development and use.
Resumen En Bangladesh, el desarrollo de las aguas subterráneas para riego es un componente vital del la estrategia agrícola del Gobierno para obtener la auto-suficiencia alimentaria. Un informe intermedio evidencia un descenso de los niveles de aguas subterráneas en muchas partes de Bangladesh, el uso potencial de aguas subterránea ha sido investigado en el Proyecto Tessta Barrage (TBP) en el cual ha tenido lugar el desarrollo de las aguas subterráneas a gran escala para el riego en la estación seca en un pasado reciente. Se ha aplicado algunas técnicas y herramientas, como la combinación del análisis de datos gráficos de aguas subterráneas y modelización matemática para obtener variables hidrogeológicas clave, el cálculo de la necesidad neta de riego y el uso de Sistemas de Información Geográfica. El resultado muestra que el cultivo, económicamente atractivo, de arroz HYV Boro (estación seca) durante la estación de riego con aguas subterráneas puede no ser sostenible en gran parte del área del proyecto si continúan las tendencias actuales en las extracciones. Sin embargo, debido a la variación espacial en la extracción, nueve thanas (subdistritos)—de un total de 21 en el área del Proyecto—pueden todavía sufrir un aumento de la tierra cultivable regada con aguas subterráneas y que se puede asumir un uso potencial de agua subterránea de 40 mm/estación si los granjeros utilizan sondeos someros instalados en fosas para la extracción. Se recomienda una aproximación estructurada para el desarrollo y uso de las aguas subterráneas, basada en la zonificación de áreas potenciales.
Résumé Au Bangladesh, l’exploitation des ressources en eau souterraines pour l’irrigation est une composante vitale de la stratégie agricole gouvernementale pour atteindre l’auto-suffisance alimentaire. Parmi les baisses de niveaux piézométriques rapportées sur de nombreuses régions du Bangladesh, le potentiel d’utilisation des eaux souterraines a été étudié sur le Projet de Barrage de Teesta (TBP), où, dans un passé récent, les eaux souterraines ont été massivement exploitées pour l’irrigation en saison sèche. De nombreux outils et techniques ont été utilisés, comme l’analyse combinée des chroniques piézométriques et des modèles mathématiques pour dégager les variables hydrogéologiques clés, le calcul des besoins nets pour l’irrigation, et l’utilisation des systèmes d’information géographique. Les résultats démontrent que la culture en saison d’irrigation de la variété de riz HYV Boro (saison sèche), économiquement attrayante, n’est potentiellement pas viable sur de nombreux secteurs de la zone étudiée si les prélèvements perdurent selon la tendance actuelle. Cependant, du fait de la variation spatiale des prélèvements, neuf thanas (sous-districts)—sur un total de 21 sur le secteur d’étude—pourraient encore augmenter les surfaces irriguées, et une disponibilité en eau de 40 mm/saison pourrait être générée si les agriculteurs utilisaient des puits peu profonds pour exploiter les ressources souterraines. Une approche structurée, basée sur le zonage des secteurs potentiels, est recommandée pour l’exploitation et l’utilisation des eaux souterraines.
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13.
Thermal waters potentially provide information on geochemical processes acting deep within aquifers. New isotopic data on groundwater sulphate, inorganic carbon and strontium in thermal and non-thermal waters of a major limestone aquifer system in Derbyshire, England, UK, are used to constrain sulphate sources and groundwater evolution. Shallow groundwaters gain sulphate from oxidation of sulphide minerals and have relatively 13C-depleted dissolved inorganic carbon (DIC). Thermal waters have relatively high Sr/Ca and more 13C-enriched DIC as a result of increased water–rock interaction. In other respects, the thermal waters define two distinct groups. Thermal waters rising at Buxton have higher Mg, Mn and 87Sr/86Sr and lower Ca and SO4, indicating flow from deep sandstone aquifers via a high permeability pathway in the limestone. By contrast, Matlock-type waters (97% of the thermal flux) have elevated sulphate concentrations derived from interaction with buried evaporites, with no chemical evidence for flow below the limestone. About 5% of the limestone area's groundwater flows to the Matlock group springs via deep regional flow and the remainder flows via local shallow paths to many non-thermal springs. Gypsum dissolution has produced significant tertiary porosity and tertiary permeability in the carbonate aquifer and this is an essential precursor to the development of karstic drainage.
Resumen Las aguas termales potencialmente proporcionan información sobre procesos geoquímicos que actúan a profundidad en acuíferos. Nuevos datos isotópicos de sulfatos, carbón inorgánico y estroncio en aguas termales y no-termales de un acuífero importante de caliza en Derbyshire, Inglaterra se utilizan para delinear las fuentes de sulfato y la evolución de aguas subterráneas.Las aguas subterráneas no muy profundas adquieren sulfato a través de la oxidación de minerales de sulfuro y poseen carbón inorgánico disuelto (DIC) relativamente deplatado de 13C. Las aguas termales muestran un ratio Sr/Ca relativamente alto y poseen (DIC) más enriquecido en13C, como resultado de la mayor interacción de roca-agua. En otros aspectos, los aguas termales definen dos grupos distintivos. Las aguas termales que ascienden en Buxton tienen mas Mg, Mn y 87Sr/86Sr y menos Ca and SO4, indicando flujo de acuíferos de areniscas profundas por un sendero de alta permeabilidad en la caliza.En contraste el tipo de agua - Matlock (97% del flujo termal) posee altas concentraciones de sulfato, derivado por interacción con evaporitas enterradas, sin evidencia química de flujo debajo de la caliza. Aproximadamente 5% del agua del área de la caliza se fluye al grupo de manantiales de Matlock a través de un flujo regional profundo y el resto fluye por senderos locales poco profundos a muchos de los manantiales no-termales. La disolución de yeso ha producido porosidad terciaria importante así como permeabilidad en el acuífero de carbonato y este es un precursor esencial del desarrollo de drenaje kárstico.
Résumé Les eaux thermales peuvent apporter des informations sur les processus géochimiques dans les aquifères profonds. De nouvelles données isotopiques sur les sulfates présents dans les eaux souterraines, le carbone inorganique et le strontium dans les eaux thermales et non thermales d'un système aquifère calcaire majeur dans le Derbyshire, Angleterre, Royaume Uni, sont utilisées pour comprendre les sources de sulfates et l'évolution des eaux souterraines. Les eaux souterraines phréatique s'enrichissent en sulfate via l'oxydation des minéraux sulfatés et ont un Carbone Inorganique Dissous (DIC) relativement appauvri en13C. Les eaux thermales ont un rapport Sr/Ca relativement plus élevé et un DIC plus enrichi en13C, du fait de l'interaction accrue des eaux avec les roches. En d'autres mots, les eaux thermales définissent deux groupes distincts. Les eaux thermales remontant à Buxton ont un Mg, un Mn et un rapport 87Sr/86Sr plus hauts, mais un Ca et SO4 plus faible, indiquant un écoulement à travers les zones perméables des aquifers gréseux. Par contraste, les eaux du type de Matlock (97% du flux thermique), possèdent des concentrations élevées en sulfates, provenant de l'interaction des eaux avec les évaporites enfouies, tandis qu'il n'existe aucune évidence chimique d'un écoulement sous les calcaires. Sur environ 5% de la surface des calcaires, les eaux souterraines alimentent des sources non-thermales. La dissolution du Gypse a produit une porosité tertiaire significative et une perméabilité dans les aquifères calcaires, et ceci est un précurseur essentiel au développement du drainage karstique.
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L. Lin  H. Jia  Y. Xu 《Hydrogeology Journal》2007,15(7):1419-1432
Core samples from an 800-m deep borehole at the Rietfontein Farm, 10 km west of Graafwater, Western Cape, South Africa, were examined and interpreted for the hydrogeological significance of the Table Mountain Group (TMG) in the area. A suite of fracture data was collected and analysed to characterize the aquifer and conceptualize flow in the vicinity of the hole. Based on these data, the hydraulic conductivity, and density and coating intensity (due to precipitation) of the fractures against depth were computed. The dependence of fracture density on depth is very weak, while the intensity of fracture coatings is closely linked to the distribution of hydraulically active fractures that represents the maximum number of fractures currently open to groundwater flow. Four scenarios of depth ranges reflecting the development of hydraulically active fractures are proposed as a depth model of groundwater flow, implying that the majority of groundwater exists above 400 m depth. The top of the hydraulically inactive fracture zone clearly indicates that no groundwater flow could take place below a depth of about 570 m. The depth model gives a better understanding of the properties of the aquifers in the area and improves conceptual models, considering the lower limit of aquifer depth in particular.
Résumé Des carottes issues d’un forage profond de 800 m, situé à la ferme Rietfontein à 10 km à l’ouest de Graafwater au Cap Ouest en Afrique du Sud, ont été examinées et analysées dans le cadre de l’étude de l’importance hydrogéologique du Table Mountain Group (TMG) dans la zone. Un ensemble de données de fracture a été collecté et analysé afin de caractériser l’aquifère et de conceptualiser l’écoulement aux alentours du puits. A partir de ces données, la conductivité hydraulique, la densité et l’intensité du remplissage des fractures (causé par la précipitation) ont été calculées en fonction de la profondeur. La relation entre la densité de fracture et la profondeur est faible, alors que l’intensité du remplissage des fractures est intimement liée à la distribution des fractures hydrauliquement actives qui sont définies par le nombre maximum de fractures ouvertes à l’écoulement de l’eau souterraine. Quatre scenarii avec différentes profondeurs représentant le développement de fractures hydrauliquement actives sont proposés comme modèle de la profondeur de l’écoulement souterrain en supposant que la majorité de l’eau souterraine se situe au dessus de 400 m de profondeur. La partie supérieure de la zone de fractures hydrauliquement inactives montre clairement qu’aucun écoulement souterrain ne pourrait avoir lieu en dessous de 570 m de profondeur. Le modèle de profondeur permet une meilleure compréhension des propriétés aquifères dans la zone et améliore les modèles conceptuels en particulier du fait qu’il prenne en compte la limite inférieure de l’aquifère.
Resumen Se han examinado e interpretado testigos de un sondeo de 800 m realizado en la Granja Rietfontein, situada a 10 km al Oeste de Graafwater, Western Cape, Sudáfrica, para estudiar la importancia hidrogeológica del Grupo Table Mountain (TMG) en el área. Un conjunto de datos de fracturas fueron recogidos y analizados para caracterizar el acuífero y conceptualizar el flujo en las cercanías de la perforación. Basándose en estos datos, se computerizaron la conductividad hidráulica y la densidad y relleno de las fracturas (debida a precipitación) frente a su profundidad. La dependencia de la densidad de fracturación con la profundidad es muy débil, mientras que el relleno de la fractura está directamente ligada con la distribución de las fracturas hidráulicamente activas que representan el máximo número de fracturas abiertas actualmente al flujo de aguas subterráneas. Se propone cuatro escenarios de rangos de profundidad que reflejan el desarrollo de fracturas activas hidráulicamente, como un modelo de profundidad del flujo del agua subterránea que implica que la mayor parte del agua subterránea se encuentra por encima de los 400 m de profundidad. La parte superior de la zona de fracturas hidráulicamente inactivas indica claramente que el flujo del agua subterránea puede producirse por debajo de una profundidad de unos 570 m. El modelo de profundidades ofrece una mejor comprensión de las propiedades de los acuíferos en el área y mejora los modelos conceptuales considerando el límite inferior de la profundidad del acuífero en particular.
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15.
Quantifying the spatial and temporal distribution of natural groundwater recharge is usually a prerequisite for effective groundwater modeling and management. As flow models become increasingly utilized for management decisions, there is an increased need for simple, practical methods to delineate recharge zones and quantify recharge rates. Existing models for estimating recharge distributions are data intensive, require extensive parameterization, and take a significant investment of time in order to establish. The Wisconsin Geological and Natural History Survey (WGNHS) has developed a simple daily soil–water balance (SWB) model that uses readily available soil, land cover, topographic, and climatic data in conjunction with a geographic information system (GIS) to estimate the temporal and spatial distribution of groundwater recharge at the watershed scale for temperate humid areas. To demonstrate the methodology and the applicability and performance of the model, two case studies are presented: one for the forested Trout Lake watershed of north central Wisconsin, USA and the other for the urban-agricultural Pheasant Branch Creek watershed of south central Wisconsin, USA. Overall, the SWB model performs well and presents modelers and planners with a practical tool for providing recharge estimates for modeling and water resource planning purposes in humid areas.
Resumen La cuantificación de la distribución espacial y temporal de la recarga natural de agua subterránea es un requisito previo para una modelación y una gestión efectivas de las aguas subterráneas. Dado que se está incrementando el uso de los modelos de flujo para la toma de decisiones de gestión, existe una necesidad creciente de métodos simples y prácticos para delimitar las zonas de recarga y cuantificar los rangos de la misma. Los modelos existentes para la estimación de la distribución de la recarga requieren datos intensivos, una parametrización extensiva y una inversión de tiempo significativa para ser establecidos. El Servicio Geológico y de Historioa Natural de Wisconsin (WGNHS) ha desarrollado un modelo simple de balance diario de agua en el suelo (SWB) que usa de forma sencilla datos disponibles de suelo, de cobertera, topográficos y climáticos conjuntamente con un Sistema de Información Geográfica (GIS) para estimar la distribución espacial y temporal de la recarga de aguas subterráneas a escala de cuenca para zonas templadas húmedas. Para demostrar la metodología, aplicabilidad y el comportamiento del modelo, se presentan dos casos: uno en la cuenca boscosa de Trout Lake, en la zona Norte-Central de Wisconsin, USA y el otro en la Cuenca urbano-agrícola de Pheasant Branch Creek, Sur-Centro de Winconsin, USA. En conjunto, el modelo SWB funciona bien y presenta a los modeladores y planificadores una herramienta práctica para llevar a cabo una estimación de la recarga para propósitos de modelación y planificación de los recursos de agua en zonas húmedas.
Résumé Quantifier les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation naturelle des eaux souterraines est en règle générale un préalable à une modélisation et une gestion efficaces des eaux souterraines. Etant donné que les modèles numériques sont utilisés de manière croissante dans les prises de décisions en matière de gestion, il existe un besoin accru pour des méthodes simples et pratiques, afin de délimiter les zones d’alimentation et de quantifier les recharges associées. Les modèles existants, destinés à l’estimation de la répartition des réalimentations, demandent énormément de données, un paramétrage long, et un investissement conséquent en temps de mise en œuvre. Le Wisconsin Geologic and Natural History Survey (WGNHS) a développé un modèle simple basé sur un bilan en eau quotidien dans les sols (SWB); il utilise les données directement disponibles sur les sols, l’occupation des sols, la topographie et le climat, en conjonction avec un Système d’Information Géographique, afin d’estimer les distributions temporelle et spatiale de la réalimentation des eaux souterraines à l’échelle du bassin versant, pour les zones humides tempérées. Afin de démontrer la méthodologie, l’applicabilité et les performances du modèle, deux applications sont présentées: la première sur le bassin versant boisé de Trout Lake au centre-nord du Wisconsin (Etats-Unis), et le second sur le bassin versant agricole et urbanisé de Pheasant Branch Creek au centre-sud du Wisconsin. Le modèle SWB se comporte globalement bien, et offre aux modélisateurs un outil fonctionnel pour estimer les réalimentations, dans le cadre de modélisations et de plans de gestion des ressources en eau souterraine dans les zones humides.
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Natural samples were run in three parallel flow-through cells in the laboratory in order to study the difficulties of obtaining stable redox potential readings, especially in gneiss groundwater and mine water with little redox buffer capacity. Redox potentials were recorded every 2 min for up to 5 days. Measured redox potentials were compared to means of partial potentials, modeled based on species-selective determinations of the most predominant redox-sensitive elements iron and nitrogen. Redox potentials stabilized reproducibly within minutes for a synthetic redox buffer solution and two well-buffered acid mine water samples at pH 2.3 and 3.5. For waters in redox disequilibrium, species-selective analytics might still be the better alternative compared to measuring the redox potential as summary parameter for modeling species distribution. In cases where the redox potential is the only readily available parameter, filtration and possibly acidification is recommended for quicker stabilization of redox potential readings and less deviations between measured and modeled values. A minimum of 2% was achieved in the samples investigated, however, often after measuring significantly longer than the previously suggested 30 min. Final stabilization could take up to several hours in waters with low buffer capacity.

Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.
Résumé Afin d’étudier les difficultés à obtenir des lectures stables des potentiels redox, notamment sur les eaux souterraines présentes dans des gneiss et dans les mines, qui présentent un faible pouvoir tampon, des échantillons ont été prélevés régulièrement en laboratoire, dans trois cellules d’écoulement parallèles. Les potentiels redox ont été enregistrés toutes les deux minutes durant cinq jours. Ces potentiels redox mesurés ont été comparés aux moyennes des potentiels partiels, modélisés à partir des déterminations sélectives des espèces chimiques des éléments sensibles aux conditions redox les plus prédominants, le fer et l’azote. Les potentiels redox se sont systématiquement stabilisés en quelques minutes pour une solution tampon synthétique et pour deux échantillons d’eaux de mines acides bien tamponnées à pH 2.3 à 3.5. Pour les eaux en déséquilibre redox, des analyses sélectives des espèces chimiques seraient toujours la meilleure alternative aux mesures sommaires du potentiel redox, pour modéliser la distribution des espèces. Dans les cas où le potentiel redox est le seul paramètre directement disponible, une filtration et éventuellement une acidification sont recommandées pour obtenir une stabilisation plus rapide des lectures des potentiels redox, et pour réduire les écarts entre les valeurs mesurées et modélisées. Un minimum de 2% a été atteint parmi les échantillons étudiés, mais en prolongeant souvent les mesures au-delà des 30 minutes suggérées initialement. La stabilisation finale pourrait prendre jusqu’à plusieurs heures dans des eaux à faible pouvoir tampon.
Resumen Se han llevado a cabo experimentos en laboratorio sobre tres muestras naturales en tres células de flujo paralelas, para estudiar las dificultades en la obtención de medidas de potencial redox estables, especialmente en aguas subterráneas procedentes de gneisses y en agua de minas con capacidades tampón redox bajas. Los potenciales redox fueron medidos cada dos minutos durante más de cinco días. Los potenciales redox medidos fueron comparados con medias de potenciales parciales, modelizados en base a determinaciones selectivas de especies de hierro y nitrógeno, los elementos predominantes redox-sensitivos. Los potenciales redox se estabilizaron de forma reproducible en minutos en una solución redox tampón y dos muestras de agua ácida de pozos de mina a pH 2.3 y 3.5. Para aguas en desequilibrio redox los análisis selectivos por especies deberían ser todavía la mejor alternativa comparados con la medida del potencial redox como una suma de parámetros para modelizar la distribución de especies. En casos en los que el potencial redox sea el único parámetro fácilmente obtenible, se recomienda una filtración y una posible acidificación para una estabilización más rápida de las medidas de potencial redox y que haya menos desviaciones entre los valores medidos y los del modelo. En las muestras investigadas se consiguió un mínimo de un 2%, sin embargo, a menudo incluso después de medidas significativamente más largas que las previamente sugeridas de 30 minutos. La estabilización final tuvo lugar después de más de varias horas en aguas con capacidad tampón baja.
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Groundwater in the Hang-Jia-Hu Plain, eastern China, is a drinking water source for local residents. Groundwater samples were collected from large-diameter hand-dug wells and boreholes for comparison of their iron and manganese concentrations, as well as other ions. The results show that iron and manganese concentrations are relatively high, exceeding drinking water standards by several times. Aquifer sediment samples contain abundant iron (30,790 mg kg−1) and manganese (602 mg kg−1). The results of correspondence factor analysis of the hydrochemistry data and the liberation experiments (using seawater and rainwater as leachants) suggest that iron and manganese in shallow groundwater come from the sediment in the Holocene aquifer. A reductive environment involving relatively high total dissolved solids and organic carbon in the aquifer system is favorable to iron and manganese transferring from the sediment to groundwater and stabilizes these ions. Shallow, large-diameter hand-dug wells provide oxic conditions that decrease the concentrations of dissolved iron and manganese in the well water.
Résumé Dans la Plaine de Hang-Jia-Hu, à l’Est de la Chine, les eaux souterraines constituent une ressource en eau potable pour les autochtones. Des échantillons d’eau souterraine ont été prélevés dans des puits de large diamètre creusés manuellement et dans des forages, afin de confronter leurs concentrations en fer, manganèse et autres ions. Les résultats montrent des concentrations en fer et manganèse relativement hautes, souvent au-delà des limites de potabilité. Les échantillons de sédiments de l’aquifère contiennent des quantités abondantes de fer (30,790 mg kg−1) et de manganèse (602 mg kg−1). Les résultats de l’analyse factorielle de correspondance des données hydrochimiques et des tests de libération (utilisant l’eau de mer et l’eau de pluie comme vecteurs) suggèrent que le fer et le manganèse contenus dans les aquifères superficiels proviennent des sédiments de l’aquifère holocène. Un environnement réducteur, impliquant une quantité élevée de solides dissous et de carbone organique dans le système aquifère, est favorable à un transfert du fer et du manganèse depuis les sédiments vers les eaux souterraines, et stabilise les ions considérés. Les puits peu profonds, de large diamètre et creusés à la main créent des conditions oxydantes qui abaissent les concentrations en fer et manganèse dissous dans l’eau du puits.
Resumen El agua subterránea en la Llanura de Hang-Jia-Hu, al este de China, es una fuente de agua potable para los residentes locales. Las muestras de agua subterránea fueron recogidas en pozos de gran diámetro excavados a mano y en pozos barrenados con el objeto de comparar las concentraciones de hierro y manganeso, y también las de otros iones. Los resultados muestran que las concentraciones de hierro y manganeso son relativamente altas, excediendo varias veces los límites para agua potable. Las muestras de sedimentos tomadas del acuífero contienen abundante hierro (30,790 mg kg−1) y manganeso (602 mg kg−1). Los resultados del análisis de correspondencia de los datos hidroquímicos y experimentos de liberación (usando agua de mar y agua de lluvia como lixiviantes) sugieren que los iones hierro y manganeso en las aguas subterráneas someras provienen de los sedimentos acuíferos del Holoceno. Un ambiente reductor que contiene relativamente alta cantidad de sólidos totales disueltos y carbono orgánico en el sistema acuífero es favorable para la transferencia de hierro y manganeso desde los sedimentos al agua subterránea y para estabilizar estos iones. Los pozos poco profundos, de gran diámetro, excavados a mano, suministran condiciones de oxidación que disminuyen las concentraciones de hierro y manganeso disueltos en el agua del pozo.
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A hydrogeological and hydrochemical study was conducted on a shallow alluvial aquifer, Wadi Wajj, in western Saudi Arabia to assess the influence of protection measures on groundwater quality. The hydrochemistry was assessed up-gradient and down-gradient from potential contamination sources in the main city in dry and wet seasons prior to and after the installation of major drainage and wastewater facilities. Wadi Wajj is an unconfined aquifer where water is stored and transmitted through fractured and weathered bedrock and the overlying alluvial sediments. Natural recharge to the aquifer is about 5% of rainfall-runoff. Hydrochemistry of the aquifer shows temporal and seasonal changes as influenced by protection measures and rainfall runoff. Both groundwater and runoff showed similar chemical signature, which is mostly of chloride-sulfate-bicarbonate and sodium-calcium type. Groundwater downstream of the city, though of poorer quality than upstream, showed significant improvement after the installation of a concrete runoff tunnel and a wastewater treatment plant. Concentrations of many of the groundwater quality indicators (e.g., TDS, coliform bacteria, and nitrate) exceed US Environmental Protection Agency drinking-water standards. Heavy metal content is, however, within allowable limits by local and international standards. The chemical analyses also suggest the strong influence of stream runoff and sewage water on the groundwater quality.

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Résumé Une étude hydrogéologique et géochimique a été menée sur l’aquifère phréatique alluviale Wadi Wajj dans l’Ouest de l’Arabie Saoudite afin d’évaluer l’influence de mesures de protection sur la qualité de l’eau souterraine. L’hydrogéochimie de l’eau a été étudiée en amont et en aval de sources potentielles de contamination dans la ville principale, pendant les saisons sèches et humides, avant et après l’installation de réseaux majeurs de drainage et d’eaux usées. L’aquifère Wadi Wajj est libre, l’eau est stockée et s’écoule dans les sédiments alluviaux et dans le socle fracturé et altéré sous-jacent. La recharge naturelle de l’aquifère représente 5% des eaux de pluie et de ruissellement. L’hydrogéochimie de l’eau de l’aquifère montre que les changements saisonniers et temporaires sont influencés par les mesures de protection et par le ruissellement des eaux pluviales. L’eau souterraine et l’eau de ruissellement ont présenté le même faciès chimique, de type bicarbonatée-sulfatée-chlorée et calco-sodique. En aval de la ville, l’eau souterraine, bien que de moins bonne qualité qu’en amont, a présenté une nette amélioration après l’installation d’un système de récupération et d’une station de traitement des eaux usées. Les concentrations de plusieurs paramètres indicateurs de la qualité de l’eau (tels que la charge totale dissoute, les coliformes, et les nitrates) dépassent les normes de potabilité de l’eau de consommation de l’agence américaine de la protection de l’environnement. Les teneurs en métaux lourds en revanche n’excèdent pas les normes locales et internationales. Les analyses chimiques indiquent aussi l’influence importante de l’écoulement par ruissellement et des eaux usées sur la qualité de l’eau souterraine.
Resumen Un estudio hidrogeológico e hidroquímico fue hecho en un acuífero somero de Wadi Wajj, en Arabia Saudi oeste para evaluar la influecia de medidas de protección en la calidad del agua subterránea. La hidroquímica fue evaluada gradiente-arriba y gradiente-abajo de las fuentes potenciales de contaminación de la ciudad principal durante las estaciones seca y lluviosa, antes y después de la instalación de sistemas principales de drenaje y aguas servidas. Wadi Wajj es un acuífero no-confinado donde el agua es almacenada y transmitida a través de roca fracturada y meteorizada, y los sedimentos aluviales que le sobreyacen. La recarga natural del acuífero es de cerca del 5% de la precipitación-escorrentía. La hidroquímica del acuífero muestra cambios temporales y estacionales influenciados por las medidas de protección y la escorrentía de precipitación. Ambas, agua subterránea y escorrentía mostraron composición química similar, siendo mayoritariamente de tipos cloruro-sulfato-bicarbonato y sodio-calcio. El agua subterránea aguas arriba de la ciudad, aunque de calidad más pobre que aguas abajo, mostró significante mejoría después de la instalación de un tunel de concreto para escorrentía y una planta de tratamiento de aguas servidas. Las concentraciones de muchos de los indicadores de calidad de agua subterránea (e.g., STD, coliformes, y nitrato) exceden los estándares de la Agencia de Protección Ambiental USA para agua potable. El contenido de metales pesados está, sin embargo, dentro de los límites permisibles de los estándares locales e internacionales. Los análisis químicos también sugieren la fuerte influencia de la escorrentía y aguas residuales en la calidad del agua subterránea.
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19.
Regional brines that underlie the potable groundwater appear to be responsible for the increase in dissolved solids in the Wadi Al Bih aquifer in the Ras Al Khaimah Emirate, United Arab Emirates. In this karstic carbonate aquifer, groundwater extraction exceeds recharge and the reduced heads can induce transport of underlying brines into the potable water aquifer. Increasing dissolved solids with time threatens the continued use of groundwater for agricultural and domestic uses. The potential of intrusion of seawater, dissolution of minerals, or intrusion of regional brines as a source of these solutes were evaluated based on groundwater samples collected in April and September 1996 from the Wadi Al Bih well field and isotope data from previously collected samples. Hydrogeologic conditions and solute modeling suggest the dominant source of solutes in the Wadi Al Bih aquifer is most likely an underlying regional brine. The pervasive presence of tritium is consistent with recent (since 1960s) recharge in the drainage basin, thus, the solutes and water appear to be from different sources. The chemical and isotopic data are also consistent with enhanced groundwater recharge associated with dams constructed to reduce flooding.
Résumé Dans l’aquifère de Wadi Al Bih, dans l’Emirat de Ras Al Khaimah (Emirats Arabes Unis), les eaux sursalées présentes sous les eaux souterraines potables paraissent responsables de l’augmentation en solides dissous. Dans cet aquifère carbonaté karstique, l’exploitation des eaux souterraines est supérieure à la recharge, et la baisse des niveaux piézométriques peut engendrer une remontée des eau sursalées vers la ressource en eau potable. L’augmentation des solides dissous dans le temps met en danger la pérennité de l’utilisation des eaux souterraines pour l’agriculture et les besoins domestiques. Les potentiels de l’intrusion d’eau de mer, de la dissolution des minéraux et de l’intrusion d’eaux sursalées régionales en tant que sources de ces solutés ont été évalués sur la base d’échantillons prélevés en avril 1996 sur le champ captant de Wadi Al Bih, et de données isotopiques acquises antérieurement. Les conditions hydrogéologiques et les modélisations de solutés suggèrent que la source majeure des solutés la plus vraisemblable est une eau sursalée sous-jacente à l’échelle régionale, dans le cas de l’aquifère de Wadi Al Bih. L’omniprésence du tritium concorde avec une réalimentation récente (depuis les années 1960) sur le bassin versant, c’est pourquoi l’eau et les solutés paraissent provenir de sources différentes. Les données chimiques et isotopiques concordent également avec une réalimentation accrue des eaux souterraines, liée à la construction récente de digues pour réduire les inondations.
Resumen El incremento de sólidos disueltos en el acuífero Wadi Al Bih, en el Emirato Ras Al Khaimah, Emiratos árabes Unidos, parece deberse a la existencia de salmueras regionales, subyacentes a las aguas subterráneas potables. En este acuífero carbonatado kárstico, la extracción de agua subterránea supera la recarga y el descenso de niveles puede provocar el transporte de las salmueras hacia las aguas potables del acuífero. El incremento temporal en sólidos disueltos amenaza el uso continuo de agua subterránea para usos agrícolas y domésticos. Se ha evaluado el potencial de intrusión marina, disolución de minerales o intrusión de salmueras regionales como una fuente de estos solutos, a partir de muestras de agua subterránea recogidas en abril y septiembre de 1996 en el campo de pozos de Wadi Al Bih y de datos isotópicos de muestreos anteriores. Las condiciones hidrogeológicas y el modelo de solutos sugiere que la fuente dominante de solutos en el acuífero Wadi Al Bih son probablemente las salmueras subyacentes. Los datos químicos e isotópicos son también consistentes con un aumento de la recarga de agua subterránea asociado con la construcción de presas para reducir inundaciones.
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A Geographical Information System (GIS) has been used for the integration of the results of 70 vertical electrical soundings and hydrogeological data in the piedmont zone of the Himalayan foothills region of Uttaranchal, India. Indian remote sensing (IRS) LISS-III data has been used to prepare thematic maps for the geomorphology and slope maps of the area. The ranges of electrical resistivity values have been assigned to the different formations by calibrating electrical resistivity values with the borehole data. Electrical resistivity, groundwater level monitoring, and borehole and remote sensing data have been integrated in the GIS analysis to delineate the hydrogeological zoning in the study area. Suitable weights were assigned to the different features affecting the groundwater potential. The total score for a particular location is translated in terms of groundwater potential of the area. The results indicate that the southern part of the study area has a very good groundwater potential for meeting the demand of water for irrigation and domestic purposes whereas the steeply sloping area in the northern part, having high relief, has a poor groundwater potential. The resulting delineation of groundwater potential zones are in general agreement with the available yield data of the tube wells.
Resumen Se ha utilizado un Sistema de Información Geográfica (SIG) para la integración de los resultados de 70 sondeos eléctricos verticales y datos hidrogeológicos en la zona piamonte de la región al pie de los Himalaya de Uttaranchal, India. Se han utilizados datos de sensores remotos Indios (IRS) LISS-III para elaborar mapas temáticos de la geomorfología y mapas de pendientes del área. Se han asignado los rangos de valores de resistividad eléctrica a diferentes formaciones mediante la calibración de valores de resistividad eléctrica con datos de barrenos. Se han integrado datos de resistividad eléctrica, monitoreo de niveles de agua subterránea, y barrenos, y datos de sensores remotos mediante un análisis SIG para delimitar la zonificación hidrogeológica del área de estudio. Se asignaron pesos apropiados a las diferentes características que afectan el potencial del agua subterránea. El puntaje total de un lugar particular se ha transformado en términos de potencial de agua subterránea del área. Los resultados indican que la parte sur del área de estudio tiene muy buen potencial de agua subterránea para satisfacer la demanda de agua por riego y uso doméstico mientras que el área de pendientes pronunciadas en la parte norte, de alto relieve, tiene potencial pobre de agua subterránea. La delimitación de zonas potenciales de agua subterránea encaja muy bien con los datos disponibles de rendimiento de pozos entubados.
Résumé Un système d’information géographique (SIG) a été utilisé pour l’intégration de résultats en provenance de 70 sondages électriques et données hydrogéologiques dans la zone de piedmont, au pied de l’Himalaya dans la région de Uttaranchal en Inde. Des données du satellite IRS LISS-III ont été utilisées pour préparer des cartes thématiques sur la géomorphologie et les pentes de la zone d’étude. Les valeurs de résistivités électriques ont été assignées aux différentes formations en les calibrant sur les données de sondages. La résistivité électrique, la piézométrie, et les données de sondages et de télédétection ont été intégrées dans une analyse par SIG pour délimiter les zones hydrogéologiques de l’aire d’étude. Des poids ont été assignés aux différents éléments affectant le potentiel en eau souterraine. Le résultat final pour une localisation particulière est traduit en terme de potentiel en eau souterraine. Les résultats indiquent que la partie Sud a un potentiel très bon pour la demande en eau domestique et eau d’irrigation, tandis que les zones plus pentues dans la partie Nord, caractérisée par un relief élevé, présente un potentiel assez pauvre. La délinéation globale des zones à différents potentiels s’accorde assez bien avec les données disponibles concernant la capacité des puits.
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