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1.
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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2.
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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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.
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.

Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.
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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5.
Trifa is the most productive agricultural plain of north-eastern Morocco. The development of agricultural activities during the last few decades has been mainly based on imported water for irrigation. However, irrigation requirements have become so large that groundwater is used as a secondary source to supply the agricultural and domestic water needs, causing a depletion of the groundwater resources, especially during dry periods. A hydrological and a hydrogeological model for the Trifa plain have been developed, which yield information on relevant parameters such as groundwater recharge, and estimate the amount of pumped groundwater needed to meet the irrigation needs. The models (MODFLOW and WetSpass) provide insight into the status and evolution of the groundwater reserves. The results of the study are useful to predict the sustainability of the groundwater resources in the Trifa plain and to evaluate possible management actions. A reduction in groundwater abstraction by at least 25% may be necessary to achieve sustainable conditions.
Resumen Trifa es la planicie agrícola más productiva del noreste de Marruecos. El desarrollo de las actividades agrícolas durante las últimas décadas se ha basado principalmente en agua importada para riego. Sin embargo, los requerimientos de riego han llegado a ser tan grandes ocasionando que se utilice el agua subterránea como una fuente secundaria para abastecer las necesidades de agua para uso doméstico y agrícola, lo que causa un agotamiento de los recursos de agua subterránea, especialmente durante periodos secos. Se ha desarrollado un modelo hidrogeológico e hidrológico para la planicie Trifa el cual aporta información de parámetros relevantes tal como recarga de agua subterránea y estima la cantidad de agua subterránea que necesita bombearse para satisfacer las necesidades de riego. Los modelos (MODFLOW y WetSpass) aportan una idea acerca del estado actual y la evolución de las reservas de agua subterránea. Los resultados de este estudio son útiles para predecir la sostenibilidad de los recursos de agua subterránea en la planicie Trifa y para evaluar posibles acciones de gestión. Puede ser necesario reducir la explotación de agua subterránea en por lo menos 25% para alcanzar condiciones sostenibles.
Résumé Trifa est la plaine agricole la plus productive du Nord-Est marocain. Le développement de l’activité agricole durant ces dernières décennies a essentiellement reposé sur l’irrigation. Néanmoins les besoins de l’irrigation sont devenus tels que l’eau souterraine est utilisée comme ressource secondaire, pour combler la demande en eau domestique et agricole, induisant un rabattement d’autant plus important durant les périodes sèches. Un modèle hydrologique et hydrogéologique de la plaine de Trifa a été développé sur base des paramètres les plus importants, tels la recharge, et permet d’estimer le pompage nécessaire des eaux souterraines pour combler les besoins de l’irrigation. Les modèles (MODFLOW et WetSpass) apportent une bonne connaissance de l’état et de l’évolution des réserves souterraines. Les résultats de l’étude sont utiles pour prédire la longévité des ressources et pour évaluer différents scénarios de gestion. Une réduction de l’extraction de 25% serait nécessaire pour atteindre un état durable.
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6.
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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7.
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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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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A method of identifying the dominant hydrodynamic sea-intrusion mechanism of brackish karst springs is presented. A karst spring becomes brackish when tubes, which bring the freshwater to the spring (freshwater discharge), intersect other tubes that come from the sea and bring saltwater to the freshwater tubes (saltwater discharge) when the saltwater pressure at the intersection is higher than the freshwater pressure. There are two potential seawater intrusion mechanisms. The first one is the difference between the freshwater density and the seawater density, and the second is the venturi effect. Both mechanisms are present but it is a matter of great significance to know which mechanism dominates. In order to find out the dominant mechanism, the seawater discharge versus the freshwater discharge was charted using the MODKARST model, which estimates these discharges. The model determines how the freshwater discharge affects the saltwater discharge estimating thereby the dominant seawater intrusion mechanism. Application was made to the “Almiros” and “Makaria” springs in Greece.
Resumen Se presenta un método para identificar el mecanismo hidrodinámico dominante de la intrusión marina en manantiales salobres cársticos. Un manantial cárstico se vuelve salobre cuando los conductos, que suministran agua dulce al manantial (caudal de agua dulce), interceptan a otros conductos provenientes del mar que traen agua salada a este (caudal de agua salada), bajo la condición que la presión del agua salada en la intersección es mayor que la del agua dulce. Hay dos mecanismos potenciales de intrusión salina. El primero es la diferencia de densidades entre agua salada y agua dulce, mientras que el segundo es el efecto venturi. Ambos mecanismos están presentes en cualquier caso, sin embargo es de gran importancia establecer cual de ellos predomina. Con el fin de hallar el mecanismo dominante se tabularon los valores de caudal de agua salada versus el de agua dulce. Lo anterior fue posible mediante el uso del modelo MODKARST, el cual estima estos caudales. A partir de esta tabla se puede examinar como el caudal de agua dulce afecta al de agua salada, estimando como resultado de lo anterior el mecanismo dominante en la intrusión marina. Esto se aplicó a los manantiales “Almiros” y “Makaria” en Grecia.
Résumé On présente une méthode pour déterminer le mécanisme hydraulique dominant de l’intrusion de l’eau salée marine dans le cas des émergences karstiques saumatres. Une émergence karstique devienne saumatre á l’intersection des conduites de l’eau douce avec des autres conduits qui apportent l’eau salée de la mer. Ce processus est possible si la pression de l’eau salée dépasse la pression de l’eau douce. Il y a deux mécanismes potentiels de l’intrusion de l’eau salée. A la base du premier mécanisme se trouve la différence entre les densités de l’eau douce et de l’eau salée pendant que dans le deuxième mécanisme il s’agit de phénomène Venturi. Afin de trouver le mécanisme dominant on a cartographié avec le modèle MODKARST le rapport entre les décharges de l’eau douces et respectivement de l’eau salée. A partir de la carte résultée on peut estimer comment la décharge de l’eau douce influence celle de l’eau salée en estimant en même temps le mécanisme dominat de l’eau salée. On a appliqué la méthode dans le cas des émergences d’Almiros et Makaria de la Grèce.
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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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The assessment of groundwater vulnerability to pollution has proved to be an effective tool for the delineation of protection zones in areas affected by groundwater contamination due to intensive fertilizer applications. By modifying and optimizing the well known and widely used DRASTIC model it was possible to predict the intrinsic vulnerability to pollution as well as the groundwater pollution risk more accurately. This method incorporated the use of simple statistical and geostatistical techniques for the revision of the factor ratings and weightings of all the DRASTIC parameters under a GIS environment. The criterion for these modifications was the correlation coefficient of each parameter with the nitrates concentration in groundwater. On the basis of their statistical significance, some parameters were subtracted from the DRASTIC equation, while land use was considered as an additional DRASTIC parameter. Following the above-mentioned modifications, the correlation coefficient between groundwater pollution risk and nitrates concentration was considerably improved and rose to 33% higher than the original method. The model was applied to a part of Trifilia province, Greece, which is considered to be a typical Mediterranean region with readily available hydrogeological and hydrochemical data.
Resumen La evaluación de vulnerabilidad del agua subterránea a la contaminación ha demostrado ser una herramienta efectiva para la delimitación de zonas de protección en áreas afectadas por contaminación de aguas subterráneas debido a aplicaciones intensivas de fertilizantes. Mediante la modificación y optimización del bien conocido y ampliamente utilizado modelo DRASTIC fue posible predecir la vulnerabilidad intrínseca a la contaminación así como el riesgo a la contaminación del agua subterránea con mayor precisión. Este método incorporó el uso de técnicas estadísticas y geoestadísticas simples para la revisión del pesaje y establecimiento de rangos de factores de todos los parámetros DRASTIC bajo un ambiente SIG. El criterio para estas modificaciones fue el coeficiente de correlación de cada parámetro con las concentraciones de nitraros en agua subterránea. En base al grado significativo estadístico algunos parámetros fueros sustraídos de la ecuación DRASTIC, mientras que se consideró el uso de la tierra como un parámetro adicional de DRASTIC. Siguiendo las modificaciones antes mencionadas se mejoró considerablemente el coeficiente de correlación entre el riesgo a la contaminación del agua subterránea y las concentraciones de nitratos incrementando en 33% su valor en relación al método original. El modelo se aplicó en una parte de la provincia Trifilia, Grecia, la cual se considera ser una región Mediterránea típica con datos hidroquímicos e hidrogeológicos fácilmente disponibles.
Résumé L’évaluation de la vulnérabilité des eaux souterraines à la pollution a montré qu’elle est un outil efficace pour délimiter les zones de protection dans les zones affectées par la contamination des eaux souterraines due à l’utilisation intensive de fertilisants. En modifiant et optimisant le modèle DRASTIC, bien connu et souvent utilisé, il a été possible de prédire la vulnérabilité intrinsèque à la pollution, et de définir plus précisément le risque de pollution. Cette méthode incorpore l’utilisation de simples techniques statistiques et géostatistiques, pour la révision des facteurs d’estimation et de pondération de tous les paramètres de DRASTIC sous S.I.G. Le critère de ces modifications était le coefficient de corrélation de chaque paramètre avec la concentration en nitrates dans les eaux souterraines. Sur la base de leur signification statistique, certains paramètres ont été soustraits de l’équation DRASTIC. Suivant les modifications mentionnées ci-dessus, le coefficient de corrélation entre les concentrations en nitrate et le risque de pollution des eaux souterraines a été considérablement amélioré de 33% par rapport à la méthode originale. Le modèle a été appliqué sur une partie de la province de Trifilia en Grèce, qui est considérée comme une région typiquement méditerranéenne avec des données hydrogéologiques et hydrochimiques aisément accessibles.
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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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Recharge rates determined at diverse study sites in a shallow, unconfined aquifer differed from one another depending on the analytical method used and on each method’s applicability and limitations. Total recharge was quantified with saturated-zone methods using water-table fluctuations at seven sites in North Carolina, USA and using groundwater-age dating at three of the seven sites; at two of the sites, potential recharge was quantified with an unsaturated-zone method using Darcy’s law; and at five of the sites, net recharge was quantified with a stream hydrograph-separation method using streamflow-recession curves. Historical mean net recharge was 25 to 69% of the historical total recharge rates. The large disparity is attributed to groundwater losses between recharge and discharge areas, primarily by evapotranspiration and seepage to underlying aquifers. The spatial distribution of historical mean annual total recharge did not vary between landscape units, as suggested in a previous study. Similarly, total recharge did not correlate significantly with mean annual rainfall, mean annual water table depth, or the surficial soil properties of percent clay and bulk density. Total recharge did correlate significantly with the surficial soil properties of percent sand and percent silt.
Résumé Les taux de recharge déterminés sur divers sites d’études dans un aquifère phréatique libre, varient les uns par rapport aux autres selon la méthode analytique utilisée et les limites et l’applicabilité de chaque méthode. La recharge totale a été quantifiée avec des méthodes en zone saturée utilisant les fluctuations des nappes sur sept sites de la Caroline du Nord, USA, et en utilisant les datations des eaux souterraines sur trois des sept sites ; sur deux des sites, la recharge potentielle a été quantifiée avec une méthode en zone non-saturée utilisant la loi de Darcy, et sur deux sites, la recharge nette a été quantifiée suivant une méthode de séparation des hydrographes de cours d’eau utilisant les courbes de récession du débit. La moyenne historique de la recharge nette est comprise entre 25 et 69% des taux historiques de recharge totale. L’importante disparité est attribuée aux pertes en eaux souterraines entre les zones de recharge et les zones d’exutoire, d’abord par évapotranspiration et ensuite par infiltration vers les aquifères sous-jacents. La distribution spatiale de la recharge historique moyenne annuelle et totale ne varie pas selon les unités paysagères, comme cela était suggéré dans une étude antérieure. De même, la recharge totale n’est pas corrélée significativement avec la moyenne annuelle des précipitations, la moyenne annuelle de la profondeur de la nappe, ou les propriétés de surface des sols que sont le pourcentage d’argile ou la densité apparente. La recharge totale est corrélée significativement avec les propriétés de surface du sol et les teneurs en sable et en silt.
Resumen Las tasas de recarga determinadas en diversos sitios de estudio en un acuífero somero no confinado difieren entre sí dependiendo del método analítico usado y de las limitaciones y aplicabilidad de cada método. Se cuantificó la recarga total con métodos de zona saturada usando fluctuaciones del nivel freático en siete sitios en Carolina del Norte, Estados Unidos, y usando datación de edades de agua subterránea en tres de los siete sitios; en dos de los sitios se cuantificó la recarga potencial con un método de zona no saturada usando la Ley de Darcy y en cinco de los sitios se cuantificó la recarga neta con el método de separación hidrográfica usando curvas de recesión de flujo en arroyos. La recarga neta media histórica varió entre 25 y 69% de las tasas de recarga total histórica. La diferencia tan grande se atribuye a pérdidas de agua subterránea entre áreas de descarga y recarga, principalmente por evapotranspiración y escurrimiento hacia acuíferos subyacentes. La distribución espacial de la recarga total anual media histórica no varió entre las unidades de paisaje, como ya se había sugerido en un estudio previo. De modo similar, la recarga total no guarda correlación significativa con la lluvia media anual, la profundidad media anual del nivel freático, o las propiedades superficiales del suelo, particularmente porcentaje de arcilla y densidad volumétrica. La recarga total si tuvo una correlación significativa con las propiedades superficiales del suelo tal como porcentaje de arena y porcentaje de limo.
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Hydraulic flow and transport (heat and solute) within crystalline rocks is dominated by the fracture systems found within them. In situ stress conditions have a significant impact on the hydraulic, mechanical and thermal coupled processes, and quantification of these processes provides a key to understanding the often transient time-dependent behaviour of crystalline rocks. In this paper, a geomechanical model is presented which describes fracture closure as a function of effective stress and the changes in parameters such as storage, permeability, porosity and aperture. Allowing the fracture closure to be defined by the change in normal effective stress provides a link to the numerical consideration of parametrical changes due to rock stress alterations caused for example by changes in fracture fluid pressure, stress release, tectonic stress, thermal stress, orientation of the natural fracture in the pervasive stress system and local changes in a rock mass due to stress alteration. The model uses geometrical considerations based on a fractal distribution of apertures on the fracture surface, and applies well-established analytical elastic deformation solutions to calculate the deformation response to changes in effective stress. Analysis of the fractal generation method allows a standard normal distribution of fracture apertures to be predicted for all common fractal dimensions relating to a 2D surface. Changes in the fracture aperture are related to hydraulic functions such as permeability, storage and porosity of the fracture. The geomechanical model is experimentally validated against laboratory scale experimental data gained from the closure of a fractured sample recovered at a depth of 3,800 m from the KTB pilot borehole. Parameters for matching the experimental data were established externally, the only fitting parameters applied were the minimum and maximum contact area between the surfaces and the number of allowable contacts. The model provides an insight into the key processes determining the closure of a fracture, and can act as a material input function for numerical models linking the effects of changes in the stress field, hydraulic or thermal conditions, to the flow and transport parameters of a fractured system.
Résumé L’écoulement et le transport (chaleur et soluté) dans les roches cristallines sont dominés par les systèmes de fracture. Les conditions de stress in-situ ont un impact significatif sur l’hydraulique, les processus couplés de mécanique et thermique et la quantification de ces processus apportent une clé pour comprendre le comportement transitoire des roches cristallines. Dans cet article un modèle géomécanique est présenté, modèle qui décrit la fermeture des fractures comme une fonction de la contrainte effective et des changements de paramètres tels le coefficient d’emmagasinement, la perméabilité, la porosité et l’ouverture. En s’accordant que la fermeture des fractures est définit par les changements de la contrainte effective normale, on apporte le lien avec la considération numérique des changements paramétriques dus aux altérations de la contrainte des roches, causés par exemple par des variations de la pression des fluides dans les fractures, du dégagement de la contrainte, des contraintes tectoniques et thermiques, des orientations des fractures naturelles dans le système de contraintes pénétrantes, et des changements locaux dans un massif de roches dus à l’altération des contraintes. Le modèle utilise des considérations géométriques basées sur une distribution fractale des ouvertures à la surface des fractures, et permet d’établir des solutions analytiques de la déformation élastique pour calculer la réponse de la déformation à la contrainte effective. L’analyse de la méthode par génération fractale permet de prédire une distribution normale standard de l’ouverture des fractures, pour toutes les dimensions fractales en relation avec les surfaces 2D. Les changements dans l’ouverture des fractures sont mis en relation avec les fonctions hydrauliques tels la perméabilité, l’emmagasinement et la porosité de la fracture. Le modèle géoméchanique est expérimentalement validé à l’échelle du laboratoire sur un échantillon fracturé récupéré à une profondeur de 3,800 mètres sur le puits du site pilote KTB. Les paramètres du calibrage des données expérimentales ont été établies extérieurement, les seuls paramètres utilisés étant les surfaces de contact minimum et maximum, et le nombre de contacts permis. Le modèle apporte une connaissance perspicace sur le processus clé déterminant la fermeture des fractures, et peut servir de fonction input dans les modèles numériques reliant les effets des variations de la contrainte du terrain, les conditions hydrauliques ou thermales, les paramètres de l’écoulement et du transport et les systèmes de fracture.
Resumen El flujo hidráulico y transporte (de calor y solutos) dentro de rocas cristalinas está dominado por los sistemas de fracturas que se encuentran en ellas. Las condiciones de esfuerzos in-situ tienen un impacto significativo en los procesos aparejados termales, mecánicos e hidráulicos y la cuantificación de estos procesos aporta una clave para entender el frecuente comportamiento transitorio dependiente de las rocas cristalinas. En este artículo se presenta un modelo geomecánico que describe el cierre de fracturas en función del esfuerzo efectivo y los cambios en parámetros tal como almacenamiento, permeabilidad, porosidad y apertura. El definir el cierre de fractura mediante el cambio en esfuerzo normal efectivo aporta un vínculo con la consideración numérica de cambios paramétricos ocasionados por alteraciones de esfuerzos en la roca causadas, por ejemplo, por cambios en presión de fluidos en fractura, liberación de esfuerzo, esfuerzo tectónico, esfuerzo termal, orientación de fracturas naturales en el sistema de esfuerzos penetrante, y cambios locales en una masa rocosa ocasionados por alteración de esfuerzos. El modelo utiliza consideraciones geométricas basadas en la distribución fractal de aperturas en la superficie de fractura y aplica soluciones analíticas bien establecidas de deformación elástica para calcular la respuesta de deformación a cambios en el esfuerzo efectivo. Los análisis del método de generación fractal permiten predecir una distribución normal standard para la distribución de aperturas de fracturas para todas las dimensiones fractales comunes que se relacionan con una superficie 2D. Los cambios en la apertura de fractura se relacionan con funciones hidráulicas tal como permeabilidad, almacenamiento y porosidad de la fractura. El modelo geomecánico se ha validado experimentalmente en contra de datos experimentales a escala de laboratorio obtenidos a partir del cierre de una muestra fracturada recuperada a una profundidad de 3,800 m en el pozo piloto KTB. Se establecieron externamente parámetros que se ajustan a los datos experimentales, con los parámetros de ajuste aplicados que fueron el área máxima y mínima de contacto entre las superficies y el número de contactos permisibles. El modelo arroja luz sobre los procesos clave que determinan el cierre de una fractura y puede actuar como un material de función de entrada para modelos numéricos que vinculan los efectos de cambios en el campo de esfuerzos, condiciones termales o hidráulicas, con los parámetros de flujo y transporte de un sistema fracturado.
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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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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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Roughness control on hydraulic conductivity in fractured rocks   总被引：1，自引：0，他引：1  
The influence of joint roughness on the typologies of fluid flow inside fractures is well known and, thanks to experiences in the field of hydraulics, it has been studied from both a physical and mathematical point of view. Nevertheless, the formulations adopted by traditional hydraulic models are hardly applicable in the geological field, because of the difficulty encountered in the roughness parameter estimation. Normally this parameter can be estimated using the joint roughness coefficient (JRC), which considers both the asperity height and its regularity and directional trend. The main advantage in using the JRC arises from the fact that it can easily be obtained from geological-technical surveys and from comparison with the standard Barton profiles. Some relationships have been built up that allow for the estimation of the hydraulic conductivity tensor (an essential parameter for understanding water flow in fractured rock masses), not only as a function of traditional parameters like aperture, spacing, dip and dip direction, etc., but also of joint roughness, precisely expressed in terms of the roughness coefficient. These relationships have been studied initially from a theoretical point of view and then practically, through laboratory investigations.
Resumen  Se conoce muy bien la influencia de la rugosidad de las grietas en las tipologías del flujo de fluidos a lo interior de las fracturas y gracias a las experiencias en el campo de hidráulica ha sido posible estudiarla desde puntos de vista matemáticos y físicos. Sin embargo, las formulaciones adoptadas por los modelos hidráulicos tradicionales tienen poca aplicabilidad en el campo geológico debido a la dificultad relacionada con la estimación del parámetro de rugosidad. Normalmente este parámetro puede estimarse usando el coeficiente de rugosidad de grieta (JRC) el cual considera tanto la altura de la aspereza como su regularidad y tendencia direccional. La principal ventaja de utilizar el JRC se deriva del hecho que puede obtenerse fácilmente de levantamientos técnico-geológicos y de la comparación con los perfiles Standard Barton. Se han construido algunas relaciones que permiten la estimación del tensor de conductividad hidráulica (un parámetro esencial para el entendimiento del flujo de agua en masas de roca fracturadas), no solo en función de parámetros tradicionales como apertura, espaciado, buzamiento y dirección de buzamiento, etc., sino también en función de la rugosidad de la grieta estimada con precisión en términos del coeficiente de rugosidad. Estas relaciones se han estudiado inicialmente desde un punto de vista teórico y luego de modo práctico a través de investigaciones de laboratorio.
Résumé  L’influence de la rugosité des joints sur les types d’écoulement de fluide dans les fractures est bien connue et a été étudiée aussi bien du point de vue physique que mathématique grace à des expériences menées dans le domaine de l’hydraulique. Cependant les formulations adoptées dans les modèles hydrauliques traditionnels sont difficilement applicables dans le domaine de la géologie à cause de la difficulté rencontrée pour estimer la rugosité. Ce paramètre peut normalement être apprécié grace au coefficient de rugosité du joint (JRC), lequel prend en compte à la fois la hauteur de l’aspérité ainsi que sa régularité et sa direction. Le principal avantage dans l’utilisation du JRC réside dans le fait qu’il peut facilement être obtenu à partir d’études techniques-géologiques et par comparaison avec la classification de Barton. Des relations qui permettent une estimation du tenseur de conductivité hydraulique (un paramètre essentiel pour comprendre l’écoulement de l’eau dans les masses rocheuses fracturées) ont été élaborées, pas seulement en fonction de paramètres traditionnels tels que l’ouverture, l’espacement, l’inclinaison et la direction d’inclinaison, etc , mais aussi en prenant en compte la rugosité des joints à travers le coefficient de rugosité. Ces relations ont initialement été étudiées d’un point de vue théorique puis expérimentalement à travers des recherches en laboratoire.
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Boron, chloride, sulfate, δD, δ18O, and 3H concentrations in surface water and groundwater samples from the Sulphur Bank Mercury Mine (SBMM), California, USA were used to examine geochemical processes and provide constraints on evaporation and groundwater flow. SBMM is an abandoned sulfur and mercury mine with an underlying hydrothermal system, adjacent to Clear Lake, California. Results for non-3H tracers (i.e., boron, chloride, sulfate, δD, and δ18O) identify contributions from six water types at SBMM. Processes including evaporation, mixing, hydrothermal water input and possible isotopic exchange with hydrothermal gases are also discerned. Tritium data indicate that hydrothermal waters and other deep groundwaters are likely pre-bomb (before ~1952) in age while most other waters were recharged after ~1990. A boron-based steady-state reservoir model of the Herman Impoundment pit lake indicates that 71–79% of its input is from meteoric water with the remainder from hydrothermal contributions. Results for groundwater samples from six shallow wells over a 6–month period for δD and δ18O suggests that water from Herman Impoundment is diluted another 3% to more than 40% by infiltrating meteoric water, as it leaves the site. Results for this investigation show that environmental tracers are an effective tool to understand the SBMM hydrogeologic regime.

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Résumé Les concentrations en bore, chlorure, sulfate, δD, δ18O, et 3H d’échantillons d’eaux de surface et souterraine prélevés dans le banc de soufre de la mine de mercure (SBMM en anglais) en Californie, USA, ont été utilisées pour étudier les processus géochimiques et pour fournir des contraintes à l’évaporation et à l’écoulement des eaux souterraines. La SBMM est une mine de soufre et de mercure abandonnée, adjacente au lac Clear en Californie et sous laquelle se trouve un système hydrothermal.Les résultats des traceurs autres que le tritium (bore, chlorure, sulfate, δD, et δ18O) ont permis d’identifier des contributions de six types d’eaux à SBMM. Des processus tels que l’évaporation, le mélange, l’entrée d’eau hydrothermale et de possibles échanges isotopiques avec des gaz hydrothermaux ont également été identifiés. Les données de tritium montrent que les eaux hydrothermales et d’autres eaux profondes sont probablement d’age antérieure à la bombe (avant ~1952), alors que la plupart des autres eaux sont issues de la recharge après ~1990. Un modèle de réservoir représentant le lac situé dans la partie Herman Impoundment de l’ancienne mine, en régime permanent et basé sur le bore, montre que 71–79% de l’eau provient des précipitations, le reste provenant de contributions hydrothermales. Les résultats de δD et δ18O pour des échantillons d’eau souterraine de six puits peu profonds sur une période de 6 mois suggèrent que l’eau de Hermann Impoundment est encore diluée entre 3% jusqu’à plus de 40% lorsqu’elle quitte le site du fait de l’infiltration d’eau météorique. Les résultats de cette étude montrent que les traceurs environnementaux constituent un outil efficace pour comprendre le régime hydrogéologique de la SBMM.
Resumen Se han utilizado datos de concentraciones de boro, cloruros, sulfatos, δD, δ18O, y 3H en muestras de aguas superficiales y subterráneas procedentes de la Mina de Mercurio Sulphur Bank (SBMM), California, USA, para estudiar los procesos geoquímicos y caracterizar la evaporación y el flujo del agua subterránea. SBMM es una mina abandonada de azufre y mercurio con un sistema hidrotermal subyacente, cercano al Lago Clear, California.Los resultados de los trazadores que no son 3H (por ejemplo, boro, cloruros, sulfatos δD, y δ18O) identifican las contribuciones de seis tipos de agua en la SBMM. Se han identificado diversos procesos, como evaporación, mezcla, entrada de agua hidrotermal y la posibilidad de intercambios isotópicos con gases hidrotermales. Los datos de tritio indican que las aguas hidrotermales y otras aguas subterráneas profundas son probablemente pre-bombas (previas a ~1952) en edad mientras que la mayoría de las otras aguas se han recargado después de ~1990. Un modelo estacionario basado en el boro de la fosa del lago Herman Impoundment indica que el 71–79% de su entrada procede de agua meteórica con restos de contribución hidrotermal. Los resultados para las muestras de aguas subterráneas procedentes de seis pozos superficiales en un periodo de 6 meses para δD y δ18O sugieren que el agua procedente de Herman Impoundment se diluye en otro 3% hasta más del 40% debido a la infiltración de agua meteórica., que sale del sitio. Los resultados de esta investigación muestran que los trazadores ambientales son una herramienta efectiva para entender el régimen hidrogeológico de la SBMM.
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19.
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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20.
Nicaragua’s León-Chinandega aquifer has seen extensive contamination by persistent organochlorine pesticides applied over decades of intensive agricultural activity. Models of flow and transport of a 330 km2 sub-region of the aquifer were developed to test conceptual models of contaminant transport, to constrain the value of certain key transport parameters, and to investigate contamination-related concerns raised in past studies. To support these models, a variety of hydrogeologic and geochemical data were collected. It was concluded that the organochlorine pesticides seen in groundwater originate in soils, and are transported to the water table through widespread preferential flow, through shortcutting around wells, or through wind-blown particles delivered to poorly protected hand-dug wells. The distribution coefficient (K d) of these pesticides is estimated to be between 0.1 and 100 ml/g and the concentration of pesticides being delivered to the water table is estimated to be between 102 and 105 ng/L. It was found that the distribution and concentration of pesticides in the aquifer would be affected by an increase in groundwater abstraction within the region.
Résumé L’aquifère du León-Chinandega au Nicaragua a été soumis à des contaminations étendues par des pesticides organochlorés persistants qui ont été répandus pendant des dizaines d’années d’agriculture intensive. Des modèles d’écoulement et de transport d’une sous-région de 330 km2 de l’aquifère ont été construits pour tester des modèles conceptuels du transport de contaminants, pour contraindre la valeur de certains paramètres de transport clefs, et pour étudier les problèmes liés au transport de contaminations qui avaient été rencontrés lors d’études précédentes. Différents types de données hydrogéologiques et géochimiques ont été collectés pour réaliser ces modèles. La conclusion montre que les pesticides organochlorés rencontrés dans les eaux souterraines proviennent des sols et qu’ils sont transportés jusqu’à l’aquifère via de grandes zones d’écoulement préférentiel, via des raccourcis hydrauliques autour des puits, ou encore via des particules emportées par le vent et tombées dans des puits creusés à la main et mal protégés. Le coefficient de distribution (K d) de ces pesticides est estimé entre 0.1 et 100 ml/g et la concentration de pesticides arrivant dans la nappe est estimée entre 102 et 105 ng/L. L’étude a montré qu’une augmentation des prélèvements d’eau souterraine dans la région aurait un impact sur la distribution et la concentration des pesticides dans l’aquifère.
Resumen El acuifero León-Chinandega (Nicaragua) presenta una contaminación extensiva por la aplicación de plaguicidas organoclorados en la agricultura intensiva durante décadas. Se han desarrollado modelos de flujo y transporte de una subregión del acuífero de 330 km2 para comprobar los modelos conceptuales del transporte de contaminantes, estimar los valores de ciertos parámetros clave de transporte e investigar los temas relacionados con la contaminación en estudios anteriores. Para elaborar estos modelos, se recogió una variedad de datos hidrogeológicos y geoquímicos. Se ha concluido que los plaguicidas organoclorados presentes en el agua subterránea se originan en el suelo y son transportados hacia el nivel freático a través de flujos preferentes generalizados, a través de cortes alrededor de los pozos o a través de partículas transportadas por el viento depositadas en pozos excavados a mano con poca protección. El coeficiente de distribución (K d) de estos plaguicidas se ha estimado entre 0.1 y 100 ml/g y la concentración de plaguicidas que sale hacia el nivel freático se estima que puede estar entre 102 y 105 ng/L. Se ha concluido que el incremento de la extracción de aguas subterráneas dentro de la región afectaría la distribución y concentración de plaguicidas en el acuífero.
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