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1.
Sustainable use of groundwater must ensure not only that the future resource is not threatened by overuse, but also that natural environments that depend on the resource, such as stream baseflows, riparian vegetation, aquatic ecosystems, and wetlands are protected. To properly manage groundwater resources, accurate information about the inputs (recharge) and outputs (pumpage and natural discharge) within each groundwater basin is needed so that the long-term behavior of the aquifer and its sustainable yield can be estimated or reassessed. As a first step towards this effort, this work highlights some key groundwater recharge studies in the Kansas High Plains at different scales, such as regional soil-water budget and groundwater modeling studies, county-scale groundwater recharge studies, as well as field-experimental local studies, including some original new findings, with an emphasis on assumptions and limitations as well as on environmental factors affecting recharge processes. The general impact of irrigation and cultivation on recharge is to appreciably increase the amount of recharge, and in many cases to exceed precipitation as the predominant source of recharge. The imbalance between the water input (recharge) to the High Plains aquifer and the output (pumpage and stream baseflows primarily) is shown to be severe, and responses to stabilize the system by reducing water use, increasing irrigation efficiency, adopting water-saving land-use practices, and other measures are outlined. Finally, the basic steps necessary to move towards sustainable use of groundwater in the High Plains are delineated, such as improving the knowledge base, reporting and providing access to information, furthering public education, as well as promoting better understanding of the publics attitudinal motivations; adopting the ecosystem and adaptive management approaches to managing groundwater; further improving water efficiency; exploiting the full potential of dryland and biosaline agriculture; and adopting a goal of long-term sustainable use.
Resumen El uso sostenible de aguas subterráneas debe garantizar tanto que el recurso futuro no esté amenazado por sobreutilización como que los ambientes naturales dependientes del recurso sean protegidos (ie el flujo base de los arroyos, la vegetación ripariana, los ecosistemas acuáticos y los pantanos). El manejo adecuado de los recursos de aguas subterráneas requiere información precisa con respecto a los influjos (recarga) y descargas (bombeo y descarga natural) en cada cuenca de aguas subterráneas de tal manera que se pueda estimar o reevaluar el comportamiento de largo plazo del acuífero y su tasa de sotenibilidad. En un primer paso hacia esta meta, este trabajo destaca algunos estudios claves de recarga de aguas subterráneas en las llanuras altas de Kansas. Dichos estudios se concentran en diferentes escalas: estudios regionales del presupuesto para aguas del suelo y modelos de aguas subterráneas, estudios de recarga de aguas subterráneas a nivel provincial y estudios locales experimentales de terrenos que incluyen algunos interesantes descubrimientos nuevos. Estas investigaciones comparten el énfasis en los presupuestos de partida y las limitaciones así como en los factores ambientales que afectan los procesos de recarga. El impacto general de las irrigaciones y cultivos sobre la recarga es un obvio incremento en el monto de recarga y en muchos casos excede a la precipitación como la fuente principal de recarga. Se puede observar que el desequilibrio entre el influjo de agua (recarga) del acuífero de las llanuras altas y la descarga (bombeo y flujos base de los arroyos principalmente) es severo. Asimismo, se describen las respuestas para estabilizar el sistema a través de la reducción del uso de agua por medio del incremento de la eficiencia de las irrigaciones y de la adopción de las prácticas de ahorro de agua y del uso de tierras así como otras medidas adicionales. Finalmente se describen los pasos básicos necesarios para evolucionar hacia el uso sostenible de las aguas subterráneas en las llanuras altas de Kansas. Estos pasos están constituidos por una mejora del conocimiento base, comunicar y proporcionar fácil acceso a la información, mejorar el conocimiento público general así como promover un mejor entendimiento de las motivaciones para las actitudes de la comunidad, adoptar los enfoques administrativos de ecosistemas y administración adaptable en el manejo de las aguas subterráneas, continuar las mejoras del uso eficiente del agua, explotar el potencial de la agricultura de terrenos áridos y biosalina y adoptar como meta el uso sostenible a largo plazo.
Résumé Lutilisation durable de leau souterraine doit permettre non seulement que la pérennité de leau ne soit pas menacée, mais aussi que les environnements naturels qui dépendent de cette ressource, tels que la végétation riveraine, les écosystemes aquatiques et les milieux humides, soient protégés. Afin dassurer une gestion appropriée des ressources en eau souterraine, une information précise concernant les entrées (recharge) et les sorties (décharge naturelle et pompage) deau dans chacun des bassins est nécessaire afin que le comportement à long terme de laquifère et le taux de pompage durable puissent être estimés. En guise dinitiative, ce travail illustre certaines études clé concernant la recharge de leau souterraine à plusieurs échelles dans les hautes plaines du Kansas. Ces études comprennent le bilan sol-eau et la modélisation numérique à léchelle régionale, létude de la recharge des nappes souterraines à léchelle du comté, des études expérimentales à petite échelle et certaines découvertes originales. Lors de la présentation de ces études, lemphase est portée sur les hypothèses et limitations ainsi que sur les facteurs environmentaux qui affectent les processus de recharge. En général, les effets de lirrigation et de lagriculture sur la recharge sont daugmenter considérablement le taux de recharge, et dans plusieurs cas, dexcéder les précipitations comme principale source de recharge. Le déséquilibre entre les intrants deau (recharge) et entrants (pompage et écoulement de base dans les rivières) dans laquifère des hautes plaines est très important. Les résultats des efforts de stabilisation du système aquifère en diminuant lutilisation deau, en améliorant lefficacité des techniques dirrigation, en adoptant des pratiques dutilisation du territoire qui réduisent lutilisation deau et en adoptant certaines autres mesures sont présentés. Enfin, les étapes de base nécessaires afin datteindre une utilisation durable de leau souterraine dans les hautes plaines sontexposées. Elles comprennent lamélioration des connaissance de base, lapromotion dune meilleure compréhension de la motivation et de lattitudedu public, ladoption dune approche de gestion de leau souterraineadaptable et basée sur les écosystèmes, lamélioration de lefficacitédutilisation de leau, lexploitation du plein potentiel de lagriculturebiosaline et en milieu aride, et ladoption dun objectif pourlutilisation durable à long terme.
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The use of groundwater as water supply has increased dramatically in Santiago, Chile, during the last decades, and there is a need for accurately estimating the actual groundwater supply capacity in the upper Santiago Valley aquifer. The behavior of this aquifer was studied in order to determine the availability of water and the long-range sustainable extraction rate.Water-table depths were simulated using a numerical model with information on recharge from the last 48 years under different extraction policies. With this series of groundwater level data, groundwater level probability distribution functions were determined and extraction statistics were estimated by fitting time series models and by using the crossing theory. With this information, it has been possible to calculate the risk of being unable to supply groundwater demand because the results verify that only 67% of the water rights granted are able to be extracted on a sustained basis with a 90% exceedance probability. Furthermore, the results obtained demonstrate that the method is adequate for determining exceedance probabilities of groundwater flow.
Resumen El uso de las aguas subterráneas como fuente de abastecimiento se ha incrementado enormemente en Santiago de Chile durante las últimas décadas, por lo que se necesita estimar de forma adecuada la capacidad actual de suministro del acuífero superior del Valle de Santiago. Se ha estudiado el comportamiento de este acuífero para determinar la disponibilidad de recursos y la tasa de extracción sustentable a largo plazo.Se ha simulado los niveles freáticos del acuífero utilizando un modelo numérico con información de la recarga en los últimos 48 años bajo diferentes regímenes de extracción. Con esta serie de datos de los niveles en el acuífero, se ha determinado la distribución de probabilidad de los niveles de las aguas subterráneas y se ha estimado las estadísticas de las extracciones mediante el ajuste de modelos de series temporales y la teoría de cruce. Con esta información, se ha podido calcular el riego de no satisfacer la demanda de abastecimiento, puesto que los resultados verifican que sólo se podría extraer el 67% de las concesiones de agua existentes de manera sustentable con un 90% de probabilidad de excedencia. Aún más, los resultados obtenidos demuestran que el método es adecuado para determinar las probabilidades de excedencia del flujo de las aguas subterráneas.
Resumé Lutilisation de leau souterraine pour leau potable sest considérablement accrue à Santiago (Chili) au cours des derniers lustres; cest pourquoi il est maintenant nécessaire destimer avec précision la capacité réelle dalimentation de la nappe de laquifère supérieur de la vallée de Santiago. Le fonctionnement de cet aquifère a été étudié afin de déterminer la disponibilité en eau et le taux dextraction durable à long terme.Les niveaux de la nappe ont été simulés avec un modèle numérique à partir dinformation sur la recharge au cours des 48 dernières années pour différentes politiques dextraction. A partir de cette série de données piézométriques, des fonctions de distribution de probabilité des niveaux de la nappe ont été déterminées et des statistiques dextraction ont été estimées par ajustement de modèles de séries chronologiques en utilisant la théorie du croisement. Avec ces informations, il a été possible de calculer le risque de ne pas pouvoir satisfaire la demande deau souterraine, puisque les résultats vérifient que seulement 67% des droits deau attribués peuvent être extraits sur une base durable avec une probabilité de dépassement de 90%. En outre, les résultats obtenus démontrent que la méthode est adaptée à la détermination des probabilités de dépassement de lécoulement souterrain.
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3.
Watershed development programmes provide an opportunity for sustainable management strategies, although currently, they remain largely supply-side mechanisms of water resources development. Hydrogeological conditions, community participation and status of groundwater usage are important in evolving strategies on demand-side groundwater management.Neemkheda aquifer is a typical low-storage, low-hydraulic conductivity aquifer from a watershed in the dryland regions of Madhya Pradesh State of central India. A shallow unconfined aquifer, it consists of an upper coarse, calcareous sandstone unit underlain by a fine-grained sandstone unit. A well commune of seven wells is poised to test the concept of joint groundwater management, wherein wells are mechanisms of tapping a common water source, the Neemkheda aquifer.The strategy for systematic groundwater management in the Neemkheda well commune is based upon the relationship between Transmissivity (T) and Storage coefficient (S), i.e. aquifer diffusivity, and its variation within the aquifer. Wells within a high diffusivity domain tend to dewater more quickly than wells within a low diffusivity domain. A well-use schedule during the dry season, based upon aquifer diffusivity forms the basis of the groundwater management concept. The distribution of local aquifer diffusivities governs the relationship between local and regional aquifer depletion times and forms the basis of the groundwater management exercise being proposed for the Neemkheda aquifer.
Resumen Los programas de desarrollo de una cuenca hídrica son una oportunidad para el uso de estrategias de gestión sostenible, aunque hoy en día estas siguen siendo principalmente mecanismos para el desarrollo de recursos hídricos con énfasis en la oferta. Las condiciones hidrogeológicas, la participación comunitaria y la condición de utilización del agua subterránea, son importantes en el desarrollo de estrategias para la gestión del agua subterránea, desde el punto de vista de la demanda.El acuífero de Neemkheda es un acuífero típico de almacenamiento bajo y conductividad hidráulica baja, perteneciente a una cuenca hídrica ubicada en las regiones secas del Estado de Madhya Pradesh, en la parte central de India. Un acuífero de tipo libre, somero, formado por una unidad superior de arenisca calcárea de grano grueso, subyacida por una unidad de arenisca de grano fino.Un campo de pozos comunitario compuesto por siete pozos, pone a prueba el concepto de gestión conjunta del agua subterránea, dentro del cual los pozos son mecanismos para usar una fuente de agua común: El acuífero de Neemkheda.La estrategia usada para la gestión sistemática del agua subterránea, en el campo de pozos comunitario de Neemkheda, se basa en la relación existente entre Transmisividad (T) y Coeficiente de Almacenamiento (S), es decir en la Difusividad del Acuífero y en su variación observada dentro del mismo acuífero. Los pozos cuya difusividad esta dentro de un rango alto, tienden a experimentar un descenso en su nivel mas rápidamente que aquellos pozos con una difusividad baja. El concepto de gestión de agua subterránea se basa en un programa especial de operación para cada pozo durante la estación seca, el cual a su vez se basa en la difusividad del acuífero. La distribución de difusividades locales del acuífero rige las relaciones entre las épocas de descensos de nivel en el acuífero a escala regional y local, y además constituyen la base del ejercicio de la gestión del agua subterránea que se esta proponiendo para el acuífero de Neemkheda.
Résumé Les programmes de développement des bassins versants offrent une occasion de développer des stratégies pour une gestion durable, bien qu à présent elles restent en grande mesure le terme source dans le mécanisme de développement de la ressource en eau. Les conditions hydrogéologiques, la participation de la communauté et lusage des eaux souterraines sont importants pour le terme demande dans les stratégies de gestion des eaux souterraines. Laquifère de Neemkheda presents des caractéristiques typiques pour un bassin versant dans les régions arides de létat Madhya Pradesh de lInde centrale en ce qui concerne les faible valeurs de la conductivité hydraulique et du coéfficient demmagasinement. Il sagit dun aquifère phrèatique dont la partie supérieure est constitué par des grès calcaire qui restent sur des grés plus fins. Afin dessayer le concept de gestion integrée, on a réalisé dans laquifère de Neemkheda un captage ayant sept forages qui forment la ressource en eau communale. La stratégie de la gestion systématique du captage est basée sur la relation entre la transmissivité (T), le coéfficient demmagasinement (S), donc la diffusivité hydraulique ainsi que sa variation spatiale. Les puits forés dans les zones à grande diffusivité tendent à sassècher plus vite que ceux creusés dans des zones à faible diffusivité. Le concept de la gestion des eaux souterraines est donc basé sur la distribution spatiale des diffusivités. À partir de ce concept on a développé un programme dexploitation des forages pendant les saisons sèches. La relation entre les temps d épuissment locaux et régionaux est determiné par la distribution spatiale de la diffusivitée et forme la base de lexercice sur la gestion des eaux proposée pour laquifère de Neemkheda.
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4.
Seawater intrusion in coastal agricultural areas due to groundwater abstraction is a major environmental problem along the northeastern coast of Australia. Management options are being explored using numerical modelling, however, questions remain concerning the appropriate level of sophistication in models, choice of seaward boundary conditions, and how to accommodate heterogeneity and data uncertainty. The choice of seaward boundary condition is important since it affects the amount of salt transported into the aquifers and forms the focus of the present study. The impact of this boundary condition is illustrated for the seawater-intrusion problem in the Gooburrum aquifers, which occur within Tertiary sedimentary strata. A two-dimensional variable-density groundwater and solute-transport model was constructed using the computer code 2DFEMFAT (Cheng et al. 1998). The code was tested against an experiment for a steady-state freshwater-saltwater interface and against the Elder (Elder 1967) free-convection problem. Numerical simulations show that the imposition of the commonly-used equivalent hydrostatic freshwater heads, combined with a constant salt concentration at the seaward boundary, results in overestimated seawater intrusion in the lower Gooburrum aquifer. Since the imposition of this boundary condition allows water flow across the boundary, which subsequently takes salt into the aquifer, a careful check is essential to estimate whether too much mass of salt is introduced.
Resumen La intrusión de agua salada en áreas agrícolas costeras a causa de la abstracción de aguas subterráneas es un problema medioambiental mayor a lo largo de la costa noreste de Australia. Se están explorando opciones de manejo mediante el uso de modelos numéricos, sin embargo, quedan pendientes cuestionamientos con respecto al nivel apropiado de sofisticación de los modelos, la elección de condiciones de límites hacia el mar y cómo acomodar la heterogeneidad y la incertidumbre de los datos. La elección de límites hacia el mar es importante ya que afecta la cantidad de sal transportada a los acuíferos y forma el centro de interés del presente estudio. Se ilustra el impacto de esta condición de límites para el problema de la intrusión de agua de mar en los acuíferos de Gooburrum, Queensland, Australia. Se construyó un modelo de transporte de solutos y de densidad variable de aguas subterráneas de dos dimensiones mediante el uso del código de computación 2DFEMFAT. El código se probó contra un experimento para una interfase de agua salada-agua dulce de estado constante y contra el problema de Elder de convexión libre. Las simulaciónes numéricas muestran que las cimas de agua dulce hidrostáticas equivalentes utlizadas comúnmente combinadas con una concentración de sal constante en el límite hacia el mar resultan en una sobreestimación de la intrusión de agua de mar en el acuífero bajo de Gooburrum. Puesto que la imposición de esta condición de límites permite flujo de agua a través de los límites, el cual subsecuentemente transporta sal al acuífero, una verificación cuidadosa es esencial para estimar si se introduce demasiada masa de sal.
Résumé Investigations numériques de lintrusion deau de mer à Gooburrum, Bundaberg, Queensland. Lintrusion deau salée due au captage deau souterraine dans les régions agricoles situées le long de la côte Nord-Est de lAustralie est un grave problème environnemental. Des solutions à ce problème sont présentement étudiées à laide de la modélisation numérique. Cependant des questions subsistent concernant le niveau de sophistication du modèle, le choix des limites le long de lintrusion salée et la manière daccommoder lhétérogénéité et lincertitude des données. Le choix de la limite le long de lintrusion deau salée est important puisque cette limite détermine la quantité de sel transporté dans laquifère et constitue le sujet de la présente étude. Leffet du choix de cette limite est bien illustré par le problème dintrusion deau salée dans les aquifères de Gooburrum, Queensland, Australie. Un modèle bidimensionnel découlement à densité variable et de transport de solutés a été conçu en utilisant le code 2DFEMFAT. Ce code a été testé avec une expérimentation ayant pour objet lécoulement en régime permanent dune interface eau salée/eau douce. Il a aussi été mis à lépreuve par le problème de convection libre de Elder. Les simulations numériques révèlent que limposition de la limite communément utilisée, quon appelle la «charge hydrostatique équivalente deau douce», conduit, dans le cas o lon a une concentration constante en sels le long de lintrusion deau salée, à une surestimation de lintrusion deau salée dans laquifère inférieur de Gooburrum. Puisque que cest limposition de cette limite qui permet lécoulement de leau au-delà de la frontière de laquifère, ce qui introduit subséquemment du sel dans laquifère, une vérification minutieuse doit tre effectuée afin de contrôler la quantité de sel introduit.
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Groundwater use and policy in community water supply in Finland   总被引：2，自引：2，他引：0  
Selection between ground and surface water in community water supply has been one of the key strategic questions in Finland since the early 1900s. After some cities failed to find reliable groundwater sources, many turned to surface waters. Since the 1950s the use of groundwater and artificial recharged groundwater have continuously increased. Presently their use is promoted by the government and European water policy through technical advice and financial support. It is obvious that the share of groundwater and artificial recharged groundwater will increase in the future. This requires active public response and transparency in decision-making.
Resumen Desde el principio de 1900 una de las preguntas estratégicas clave en Finlandia es la selección entre agua subterranea y de superficie para el suministro de agua de la comunidad. Muchas ciudades renunciaron al agua de superficie luego de haber fracesado en encontrar fuentes de agua subterránea confiables. Desde 1950 el uso de agua subterránea y de agua subterránea recargada artificialmente ha aumentado continuamente. Actualmente los políticas de agua del gobierno y de Europa promueven su uso por medio de asesoría técnica y apoyo financiero. Es obvio que la participación del agua subterránea y del agua subterránea recargada artificialmente va a aumentar en el futuro. Esto requiere una respuesta activa pública y transparencia en el proceso de toma de decisiones.
Resumé Le choix parmi lutilisation de leau de surface ou de leau souterraine comme source dapprovisionnement en eau potable est, depuis le début des années 1900, une question stratégique en Finlande. Suite à léchec de certaines villes à sapprovisionner en eau souterraine, plusieurs se sont tournées vers leau de surface. Depuis les années 1950, lutilisation de leau souterraine et la recharge artificielle des aquifères est en constante croissance. Actuellement, leur utilisation est encouragée par le Gouvernement ainsi que par la politique européenne de leau qui fournit une expertise technique et un soutient financier. Il est évident que les proportions occupées par lapprovisionnement en eau souterraine et la recharge artificielle vont augmenter avec le temps. Ceci requiert une participation active du public ainsi que de la transparence lors du processus décisionnel.
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A survey of the quality of groundwater across a broad area of the North China Plain, undertaken in 1998 to 2000, indicates that nitrate pollution is a serious problem affecting the drinking water for a vast population. The use of nitrogen (N)-fertilizer in agriculture has greatly increased over the past 20 years to meet the food needs of the rapidly expanding population. During the study, 295 water samples were collected from wells and springs to determine the water chemistry and the extent of nitrate pollution. High concentrations of nitrate, especially in a recharge area along the western side, but also in the vicinity of Beijing and locally in other parts of the plain, pose a serious problem for the drinking water supply. In places, the nitrate concentration exceeds the maximum for safe drinking water of 45 mg/L. The intense use of N-fertilizer and the widespread use of untreated groundwater for crop irrigation contribute greatly to the problem, but no doubt the disposal of industrial and municipal waste into streams and infiltrating the aquifer also contribute to the problem; however, the lack of data prevents evaluation of those sources. In the recharge area, nitrate is found at depths of as much as 50 m. Near Beijing, relatively high concentrations of nitrate occur at depths of as much as 80 m. In the discharge area, in the vicinity of the Yellow River, high concentrations of nitrate occur at depths of <8 m.

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Resumen Contaminacíon de nitratos a causa de prácticas agrícolas en diferentes zonas hidrogeológicas del sistema de flujo regional de aguas subterráneas en la planice del norte de China. Un estudio de la calidad del agua subterránea en una zona amplia de la planice del norte de China se llevó a cabo entre 1998 y el año 2000. Este estudio indica que la contaminación de nitratos es un problema grave que afecta el agua potable de una vasta población. El uso de fertilizantes a base de nitratos en la agricultura ha aumentado considerablemente durante los últimos 20 años para satisfacer las necesidades alimentices de la creciente población. Durante el estudio, se tomaron 295 muestras de pozos de agua y manantiales para determinar la química de las aguas y el grado de contaminación por nitratos. Altas concentraciones de nitratos, especialmente en una zona de recarga a lo largo del lado oeste, asì como en la cercanía a Pekín y en zonas locales en otras partes de la planicie, presentan un problema serio al sumunistro de agua potable. En ciertos lugares, la concentracióon de nitratos excede el nivel máximo de seguridad para el agua potable 45 mg NO3/L. El intenso uso de fertilizantes de nitratos y el abundante uso de agua subterránea sin tratamiento para la irrigación de cultivos contribuyen sustancialmente al problema. Sin embargo, sin lugar a dudas, la descarga de deshechos industriales y municipales en arroyos y en el acuífero también contribuyen al problema. La falta de datos impide la evalución de dichas fuentes. En la zona de recarga se encuentran nitratos hasta los 50 m de profundidad. Cerca a Pekín, concentraciones relativamente altas de nitrato ocurren hasta los 80 m de profunidad. En las zonas de descarga afectadas por el Río Amarillo las concentraciones altas de nitrato se encuentran solamente a menos de 8m de profundidad.
Resumé Une campagne dévaluation de la qualité de leau souterraine entreprise entre 1998 et 2000 à travers une vaste étendue de la plaine du nord en Chine indique que la pollution par les nitrates est un problème sérieux qui affecte la qualité de leau souterraine pour une abondante population. Lutilisation de fertilisants azotés pour lagriculture a augmenté considérablement durant les 20 dernières années afin de rencontrer les besoins alimentaires dune population à forte croissance. Lors de cette étude, 295 échantillons deau ont été prélevés dans des puits et sources naturelles afin de déterminer la composition chimique de leau souterraine ainsi que létendue de la pollution par les nitrates. Des concentrations élevées de nitrates, en particulier dans une zone de recharge le long de la limite ouest de la plaine, mais aussi dans la région de Beijing et sporadiquement dans la plaine, posent de sérieux problèmes à la consommation de leau souterraine. A certains endroits, la concentration en nitrates excède la valeur maximale acceptée pour la consommation qui est de 45 mg NO3/L. Lutilisation intensive de fertilisants azotés ainsi que lutilisation répandue deau souterraine non traitée pour lirrigation contribuent pour beaucoup au problème, mais il ne fait pas de doute que le rejet des déchets municipaux et industriels dans les rivières et aquifères y est aussi pour quelque chose. Par contre, le manque de donnés ne permet pas dévaluer la contribution de chacune de ces sources. Dans la zone de recharge, les nitrates se retrouvent à des profondeurs allant jusquà 50 m. Près de Beijing, des concentrations relativement élevées de nitrate ont été mesurées à des profondeurs allant jusquà 80 m. Enfin, dans la zone démergence affectée par la rivière Jaune, les fortes concentrations se retrouvent à une profondeur maximale de 8 m.
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Continuous records of discharge, specific conductance, and temperature were collected through a series of storm pulses on two limestone springs at Fort Campbell, western Kentucky/Tennessee, USA. Water samples, collected at short time intervals across the same storm pulses, were analyzed for calcium, magnesium, bicarbonate, total organic carbon, and pH. Chemographs of calcium, calcite saturation index, and carbon dioxide partial pressure were superimposed on the storm hydrographs. Calcium concentration and specific conductance track together and dip to a minimum either coincident with the peak of the hydrograph or lag slightly behind it. The CO2 pressure continues to rise on the recession limb of the hydrograph and, as a result, the saturation index decreases on the recession limb of the hydrograph. These results are interpreted as being due to dispersed infiltration through CO2-rich soils lagging the arrival of quickflow from sinkhole recharge in the transport of storm flow to the springs. Karst spring hydrographs reflect not only the changing mix of base flow and storm flow but also a shift in source of recharge water over the course of the storm.
Resumen Se ha registrado en continuo la descarga, conductancia específica y temperatura de una serie de episodios de tormenta en dos manantiales en calizas ubicados en Fort Campbell, en el oeste de Kentucky/Tennessee (Estados Unidos de América). Se ha analizado muestras de agua recogidas en breves intervalos de tiempo durante los episodios de tormenta, determinando el calcio, magnesio, bicarbonato, carbono orgánico total y pH. Se ha superpuesto quimiogramas de calcio, índice de saturación en calcita y presión parcial de dióxido de carbono en los hidrogramas de las tormentas. La concentración de calcio y la conductancia específica se comportan de forma similar y presentan un mínimo que coincide también con un pico del hidrograma o que se retrasa ligeramente con respecto a él. La presión de dióxido de carbono sigue aumentando en la rama de recesión del hidrograma y, como consecuencia, disminuye el índice de saturación de la rama de recesión del hidrograma. Se interpreta que estos resultados son debidos a la infiltración dispersa a través de suelos enriquecidos en dióxido de carbono que retrasan el flujo rápido desde la recarga en los sumideros hasta su afloramiento en los manantiales. Los hidrogramas en manantiales kársticos reflejan no sólo la mezcla cambiante del flujo de base y el de tormenta, sino también el cambio en el origen del agua de recarga durante el curso de la tormenta.
Résumé Lenregistrement en continu du débit, de la conductivité et de la température de leau a été réalisé au cours dune série de crues à deux sources émergeant de calcaires, à Fort Campbell (Kentucky occidental, Tennessee, États-Unis). Des échantillons deau, prélevés à de courts pas de temps lors de ces crues, ont été analysés pour le calcium, le magnésium, les bicarbonates, le carbone organique total et le pH. Les chimiogrammes de calcium, dindice de saturation de la calcite et de la pression partielle en CO2 ont été superposés aux hydrogrammes de crue. La concentration en calcium et la conductivité de leau se suivent bien et passent par un minimum correspondant au pic de lhydrogramme ou légèrement retardé. La pression partielle en CO2 continue de croître au cours de la récession de lhydrogramme de même que lindice de saturation de la calcite décroît. Ces résultats sont interprétés comme étant dus à linfiltration dispersée au travers de sols riches en CO2, décalée par rapport à larrivée de lécoulement rapide provenant de la recharge, à partir dune perte, de lécoulement de crue vers les sources. Les hydrogrammes de sources karstiques ne reflètent pas seulement le mélange variable de lécoulement de base et de lécoulement de crue, mais également un changement dorigine de leau de la recharge au cours de lépisode de crue.
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A reactive flow model of the geothermal reservoir Waiwera, New Zealand   总被引：2，自引：2，他引：0  
A numerical model of the complex interaction between fluid flow, heat transfer, and chemical reactions of the shallow, coastal, hydrothermal system of Waiwera (New Zealand) is used to test the proposed conceptual model of the field.Due to declining water levels, resulting from over-exploitation during the 1970s, the objective here was to set up a coupled fluid flow and heat transfer model to help in enabling a predictive and sustainable use of the resource. The presented conceptual model of the area is based on hydraulic, thermal, and chemical field observations, which date back as far as 1863. The numerical simulations were carried out with the reactive transport code SHEMAT.The inflow of geothermal water at the bottom of the reservoir prevents seawater from entering the aquifer. If seawater intrusion occurs, it is due to over-exploitation and happens in the upper parts of the aquifer. This is in contrast to common seawater-freshwater interfaces where seawater intrudes at the bottom. The numerical investigations emphasize that, after modifications of the production regime in the late 1980s, the system is recovering again.Additionally, geochemical calculations have been conducted to answer the question if dissolution or precipitation reactions might change the hydraulic properties of the geothermal aquifer. Mixing of fresh, geothermal, and seawater, although each of them in thermodynamic equilibrium with calcite, lead to calcite precipitation or dissolution. Nevertheless, the simulations show that the hydraulic properties of the aquifer are not significantly affected by dissolution or precipitation.
Resumen Se ha utilizado un modelo numérico de la interacción compleja entre el flujo de fluidos, la transferencia de calor y las reacciones químicas del sistema hidrotermal costero poco profundo de Waiwera (Nueva Zelanda) con el objeto de probar el modelo conceptual del área propuesto. Debido a los niveles de agua decrecientes, el objetivo de este trabajo es establecer un modelo pareado del flujo de aguas y de la transferencia de calor para colaborar en el uso predecible y sostenible del recurso. El modelo conceptual del área presentado está basado en observaciones de terreno hidráulicas, termales y químicas que datan de 1863. Las simulaciones se llevaron a cabo con el código de transporte reactivo SHEMAT. El influjo de agua geotermal al fondo del reservorio impide que el agua de mar entre en el acuífero. Si la intrusión de agua de mar se presenta, esto sucede a causa de la sobreexplotación y ocurre en las partes superiores del acuífero. Esto contrasta con las interfaces comunes de agua de mar-agua dulce donde la intrusión del agua de mar se da al fondo. Las investigaciones numéricas enfatizan que el sistema se está recuperando de nuevo luego de las modificaciones al regimen de producción a fines de los 80. Adicionalmente, los cálculos geoquímicos están dirigidos a contestar si las reacciones de disolución o precipitación pueden cambiar las propiedades hidráulicas del acuífero geotérmico. La mezcla de agua dulce, geotermal y de mar causa precipitación o disolución de calcita a pesar de que cada una de ellas se encuentra en equilibrio termodinámicao con la calcita. Sin embargo, las simulaciones muestran que las propiedades hidráulicas del acuífero no son afectadas siginificativamente por la disolución o precipitación.
Résumé Un modèle numérique de linteraction complexe entre lécoulement de leau, le transfert de chaleur et les réactions chimiques du système hydrothermal côtier peu profond de Waiwera (Nouvelle-Zélande) est utilisé afin de tester le modèle conceptuel. Lobjectif est de bâtir un modèle couplé découlement et de transfert de chaleur afin dencourager une approche prévisioniste et une utilisation durable de la ressource en réponse à des niveaux deau en déclin qui résultent dune surexploitation depuis les années 1970. Le modèle conceptuel présenté est basé sur des observations de terrain concernant lhydraulique, la température et la composition chimique de laquifère, des observations qui peuvent dater daussi loin que 1863. Les simulations numériques ont été réalisées avec le modèle de transport SHEMAT. Lentrée deau géothermale à la base du réservoir préviens lintrusion deau de mer dans laquifère. Si lintrusion deau de mer a lieu, elle est due à la surexploitation qui a lieu dans la partie supérieure de laquifère. Cette situation est lopposée des interfaces eau de mer - eau douce traditionnelles où leau de mer pénètre par la base. Les simulations numériques suggèrent que suite aux modifications du régime de production à la fin des années 1980, le système récupère. De plus, des calculs géochimiques ont été effectués afin de répondre à la question à savoir si les réactions de dissolution et de précipitation changent les propriétés hydrauliques de laquifère géothermal. Le mélange de leau douce, leau géothermale et leau de mer, même si elle sont tous en équilibre thermodynamique avec la calcite, provoque la dissolution ou précipitation de la calcite. Néanmoins, les simulations montrent que les propriétés hydrauliques de laquifère ne sont pas significativement affectées par la dissolution ou la précipitation.
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Groundwater conditions in a 75- km2 coastal area around the town of Telde in eastern Gran Canaria island have been studied. Pliocene to Recent volcanic materials are found, with an intercalated detrital formation (LPDF), which is a characteristic of the area. Groundwater development has become intensive since the 1950s, mostly for intensive agricultural irrigation and municipal water supply. The LPDF is one order of magnitude more transmissive and permeable than the underlying Phonolitic Formation when median values are compared (150 and 15 m2 day–1; 5 and 0.5 m day–1, respectively). These two formations are highly heterogeneous and the ranges of expected well productivities partly overlap. The overlying recent basalts constituted a good aquifer several decades ago but now are mostly drained, except in the southern areas. Average values of drainable porosity (specific yield) seem to be about 0.03 to 0.04, or higher. Groundwater development has produced a conspicuous strip where the watertable has been drawn down as much as 40 m in 20 years, although the inland watertable elevation is much less affected. Groundwater reserve depletion contributes only about 5% of abstracted water, and more than 60% of this is transmitted from inland areas. Groundwater discharge into the sea may still be significant, perhaps 30% of total inflow to the area is discharged to the sea although this value is very uncertain.
Resumen Se ha llevado a cabo un estudio detallado de una zona costera de 75 km2 situada en la costa del Municipio de Telde, al Este de la isla de Gran Canaria, en el Archipiélago Canario. En ella se encuentran materiales volcánicos de edad Pliocena a Reciente, con una formación detrítica intercalada (FDLP), que constituye la máxima singularidad del área. La explotación de las aguas subterráneas ha sido intensiva a partir de la década de 1950, fundamentalmente para el riego de cultivos intensivos y para el suministro a la población. Comparando las medianas de los valores de transmisividad y permeabilidad entre la FDLP y la Formación Fonolítica que está debajo (140 a 15 m2/día y 5 a 0,5 m/día respectivamente) se comprueba que la primera es un orden de magnitud más transmisiva y permeable que la segunda, aunque ambas formaciones son muy heterogéneas y los rangos de productividad esperables en los pozos se solapan entre sí. Los Basaltos Recientes que están encima fueron un buen acuífero hace algunas décadas, pero en la actualidad han sido drenados casi en su totalidad, excepto en el sector Sur. Los valores medios de la porosidad drenable (eficaz) parecen estar alrededor de 0,03 a 0,04, o más. La explotación de las aguas subterráneas ha producido una franja con un destacado descenso de los niveles piezométricos, que alcanza los 40 m en 20 años, aunque la superficie piezométrica hacia el centro de la isla está menos afectada. El descenso calculado en la reserva de aguas subterráneas alcanza solamente un 5% del agua extraída y más de un 60% se transmite desde las cumbres de la isla. La descarga al mar puede ser aún significativa, quizás el 30% de las entradas totales, aunque esta cifra es muy incierta.
Résumé Les conditions de gisement de leau souterraine dune région de 75 km2 de la côte Est de lîle de la Grande Canarie (archipel des Canaries), dans le secteur de Telde, ont été étudiées, en utilisant seulement les données fournies par les puits dexploitation existants. Les matériaux volcaniques, dâge Pliocène à sub-actuel, sont séparés par une formation détritique (FDLP), qui constitue la principale singularité de cette région. Lexploitation de leau souterraine est devenue intensive à partir de 1950, principalement pour des besoins dirrigation (agriculture intensive) et dalimentation en eau des zones urbaines. La comparaison des valeurs médianes montre que la FDLP est dun ordre de grandeur plus transmissive et perméable que les formations volcaniques phonolitiques au-dessous (respectivement 150 et 15 m2/jour ; 5 et 0,5 m/jour). Néanmoins, ces deux formations sont très hétérogènes et les deux gammes de valeurs de productivité des puits se recouvrent. Les Basaltes récents au-dessus qui constituaient, il y a encore quelques décades, un bon aquifère, sont presque entièrement desaturés à lheure actuelle, a exception faite de la partie sud. Les valeurs moyennes de porosité drainable (efficace) sont de lordre de 0,03 à 0,04, voire localement plus élevées. Lexploitation des eaux souterraines a induit de forts rebattements au long dune zone littorale (denviron 40 m au cours des 20 dernières années), alors que la surface piézométrique est moins affectée en amont vers le centre de lîle. La diminution de la réserve des eaux souterraines dans la zone étudiée représente seulement 5% des volumes deau extraits. Plus de 60% proviennent du centre de lîle. Les écoulements vers la mer peuvent être significatifs, (environ 30% des entrées totales) bien que cette estimation soit sujeté à une très forte incertitude.
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A mobile downhole fluorometer was used to detect zones of preferential groundwater tracer transport into an observation well. Identification of such zones is not possible if individual samples are collected over the wells entire screened interval. Laboratory-based tests using the fluorometer, and a purpose-built apparatus demonstrated that the fluorometer could be used with tracers to characterise well water flow regimes. During field investigations in a porous aquifer, the fluorometer monitored tracer concentrations in an observation well with a 12-m-long screen, 10 m down the hydraulic gradient from a fully penetrating injection well. Test results showed that the tracer occurred in the observation well over a discrete 2.5-m-thick interval. Single-well dilution test and vertical-flow data indicated that water entered the well at additional depths, but no tracer was detected at these levels. A numerical model reproducing dilution test concentration profiles indicated that water entered the well in many of these horizons at comparable velocities to those in the tracer-bearing zone. These data suggest that groundwater flow direction varied with depth in the aquifer under investigation. Moreover, simulations of tracer arrival indicated that the tracer distribution observed in the observation well was derived from a horizon that may be no thicker than 0.5 m.
Resumen Se utilizó un fluorómetro móvil descendente para detectar zonas de transporte preferencial de trazadores de agua subterránea en un pozo de observación. La identificación de tales zonas no es posible si se colectan muestras individuales en todo el intervalo enmallado del pozo. En base a pruebas de laboratorio utilizando el fluorómetro y un aparato especial construido se demostró que el fluorómetro podría utilizarse con trazadores para caracterizar ambientes de flujo de agua en los pozos. Durante investigaciones de campo en un acuífero poroso, el fluorómetro monitoreó concentraciones de trazadores en un pozo de observación con una malla de 12 m de largo, 10 m abajo del gradiente hidráulico de un pozo de inyección que penetra totalmente el acuífero. Los resultados de las pruebas muestran que el trazador se presentó en el pozo de observación en un intervalo discreto de 2.5 m de espesor. Pruebas de dilución en un solo pozo y datos de flujo vertical indicaron que el agua entró al. pozo en profundidades adicionales, pero que no se detectó el trazador en esos niveles. Un modelo numérico que reproduce los perfiles de concentración de las pruebas de dilución indica que el agua entró al. pozo en muchos de estos horizontes en velocidades comparables a las existentes en la zona portadora de trazadores. Estos datos sugieren que la dirección de flujo de agua subterránea varió con la profundidad en el acuífero bajo investigación. Por otra parte, las simulaciones de llegada del trazador indicaron que la distribución del trazador observada en el pozo de observación se derivó de un horizonte cuyo espesor puede no ser mayor de 0.5 m.
Résumé Un fluorimètre a été utilisé pour détecter les zones découlement préférentiel dun traceur dans un puits dobservation. Les identifications de telles zones nest pas possible si les échantillons individuels sont collectés sur toute les longueurs des parties crépinées du puits. Les tests de laboratoire utilisant un fluorimètre et un dispositif adéquat ont montré que les fluorimètres pouvaient servir à définir les régimes découlement de leau dans les puits. Durant les investigations de terrain dans un aquifère poreux, le fluorimètre a enregistré les concentrations du traceur dans un puits dobservation avec une crépine de 12 m. de long, 10 m sous le gradient hydraulique dans un puits à pénétration totale. Les résultats des tests ont montré que le traceur apparaissait dans un interval discret de 2.5 m de long. Un test de dilution en puits unique et des données découlement vertical ont indiqué que leau rentrait dans le puits à dautres profondeurs, mais le traceur na pas été détecté à ces niveaux. Un modèle numérique reproduisant le test de dilution et le profil de concentration a indiqué que leau entrait dans le puits à ces niveaux à des vitesses comparables de celle du traceur. Ces données suggèrent que lécoulement des eaux souterraines varie avec la profondeur dans laquifère sous la zone dinvestigation. Dailleurs, les simulations de larrivée du traceur ont montré que la distribution des concentrations du traceur dans le puits ne pouvaient pas être dues à une couche plus fine que 0.5 m.
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This paper presents the result of an investigation of underground conduits, which connect the swallow holes and the resurgence of a blind river in the tropical, highly karstified limestone Nam La catchment in the NW of Vietnam. The Nam La River disappears underground in several swallow holes near the outlet of the catchment. In the rainy season this results in flooding upstream of the sinkholes. A hypothesis is that the Nam La River resurges at a large cavern spring 4.5 km east of the catchment outlet. A multi-thematic study of the possible connections between the swallow holes and the resurgence was carried out to investigate the geological structure, tectonics, cave structure analysis and discharge time series. The existence of the underground conduits was also tested and proven by tracer experiments. On the basis of a lineament analysis the location of the underground conduits were predicted. A remote sensing derived lineament-length density map was used to track routes from the swallow holes to the resurgence, having the shortest length but highest lineament density. This resulted in a plan-view prediction of underground conduits that matches with the cave and fault development. The functioning of the conduits was further explained by analysing flooding records of a nearby doline, which turns out to act as a temporary storage reservoir mitigating flooding of the catchment outlet area.
Resumen Este artículo presenta el resultado de una investigación de conductos subterráneos, los cuales conectan dolinas y la resurgencia de un río ciego en la cuenca tropical Nam La, compuesta por calizas altamente karstificadas, en el noroeste de Vietnam. El Río Nam La desaparece en el subsuelo por medio de varias dolinas cerca de la salida de la cuenca. Durante la estación lluviosa esto resulta en inundaciones aguas arriba de las dolinas. Una hipótesis es que el Río Nam La resurge en un manantial de caverna grande a 4.5 km al oriente de la salida de la cuenca. Se llevó a cabo un estudio multi-temático de las conexiones posibles entre las dolinas y la resurgencia para investigar la estructura geológica, tectónica, análisis estructural de cavernas, y series de tiempo de descarga. Se evalúa y se demuestra también la existencia de conductos subterráneos por medio de experimentos con trazadores. En base a análisis de lineamientos se predice la localización de los conductos subterráneos. Se utiliza un mapa de densidad de longitudes de lineamientos construido a partir de sensores remotos para seguir las rutas de las dolinas a la resurgencia, teniendo longitudes más cortas pero densidad de lineamientos más altas. Esto da por resultado una predicción en vista de planta de conductos subterráneos que se ajustan con el desarrollo de cavernas y fallas. El funcionamiento de los conductos se explica posteriormente mediante el análisis de registro de inundaciones de una dolina cercana la cual actúa como un reservorio de almacenamiento temporal que mitiga inundaciones en el área de salida de la cuenca.
Résumé Cet article présente les résultats de linvestigation de conduits souterrains, qui mettent en connexion les pertes et les résurgences dune rivière souterraine dans le bassin versant de Nam La, dans une région tropicale fortement karstique du NW du Vietnam. La rivière Nam La disparaît dans le sous-sol via plusieurs pertes à proximité de lexutoire du bassin. Durant la saison des pluies, les pertes se mettent en charge et des inondations apparaissent. Une hypothèse serait que la rivière ressort 4.5 km à lEst de lexutoire du bassin, dans une grande caverne. Une étude multi-thématique visant les connexions possibles entre les pertes et les résurgences a été réalisée. Elle comprend létude de la structure géologique, la tectonique, lanalyse de la structure karstique et des chroniques de débits. Lexistence des conduits souterrains est également testée et prouvée par des essais de traçages. Sur base de lanalyse des linéaments, la localisation des conduits souterrains est prédite. Grâce à la télédétection et une cartographie de la densité et de la longueur des linéaments, on peut deviner le cheminement de leau entre les pertes et la résurgence (via le chemin le plus court et la densité de fracturation la plus importante). Il en résulte une vue en plan prédisant la localisation des conduits, qui correspond par ailleurs avec le développement des cavités et des failles. Le fonctionnement des conduits est ensuite expliqué sur base de lanalyse des chroniques de débits enregistrés à proximité dune doline, qui joue le rôle dun réservoir temporaire, mitigeant les inondations à la zone de lexutoire du bassin-versant.
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Advective mass transfer is a pore scale mass-transfer process that affects fluid and solute movement between pore domains such as fracture and matrix in a structured porous medium. Mechanistically similar to advection in the advection-dispersion of solutes in non-structured porous medium, it redistributes solutes by moving solute and solvent simultaneously between pore domains. While there is much research on diffusive mass transfer that is often referred to as matrix diffusion, there is a lack of information and study for advective mass transfer in the literature. The objective of this research is to study the effects of advective mass transfer on fluid and solute movement between pore domains. First, field hydraulic measurements at a waste disposal site in fractured rock at Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennessee, USA, are used to calibrate a fracture-matrix, two-pore-domain groundwater flow model. Latin-hypercube sensitivity analysis suggests that the uncertainty of the calibrated model parameters is small and the calibrated flow model is nearly the optimal. Fracture spacing thus obtained is used to calculate diffusive mass transfer coefficients. The individual effects of advective and diffusive mass transfer on solute movement are then quantitatively evaluated. The calculations indicate that pore structure conceptual models may significantly affect the role of advective mass transfer in field and pore-scale mass transfer. In the particular ORNL field site and with a fracture-matrix pore structure model, contribution of advective mass transfer to solute mass movement is about three to eight orders of magnitude smaller than that of diffusive mass transfer.
Resumen La transferencia de masa advectiva es un proceso de transferencia de masa en escala intersticial que afecta el movimiento de fluido y soluto entre ámbitos porosos tal como fractura y matriz en un medio estructurado poroso. Este proceso, mecánicamente similar a la advección en la dispersión-advección de solutos de medios porosos no estructurados, redistribuye los solutos mediante el movimiento simultáneo de soluto y solvente entre ámbitos porosos. Mientras que existe bastante investigación en transferencia difusiva de masa que frecuentemente se conoce como difusión en matriz, existe falta de información y estudio de transferencia advectiva de masa en la literatura. El objetivo de esta investigación es estudiar los efectos de la transferencia advectiva de masa en el movimiento de fluido y soluto entre ámbitos porosos. Primero se utilizaron mediciones hidráulicas de campo en un sitio de depósito de residuos en roca fracturada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), Tennessee, USA, para calibrar un modelo de flujo de agua subterránea de ámbito de dos poros fractura-matriz. Análisis de sensitividad hipercúbico-latino sugieren que la incertidumbre de los parámetros del modelo calibrado es pequeña y que el modelo de flujo calibrado es aproximadamente el óptimo. El espaciamiento de fracturas así obtenido se utiliza para calcular los coeficientes de transferencia de masa difusiva. Luego se evalúa cuantitativamente los efectos individuales de transferencia de masa advectiva y difusiva en el movimiento de soluto. Los cálculos indican que los modelos conceptuales de estructura porosa pueden afectar significativamente el papel de transferencia de masa advectiva en escalas de campo e intersticial de transferencia de masa. En el sitio de campo específico ORNL y con un modelo de estructura porosa de matriz-fractura, la contribución de transferencia de masa advectiva al movimiento de masa soluto es aproximadamente tres a ocho órdenes de magnitud más pequeño que la contribución por transferencia de masa difusiva.
Résumé Résumé Le transfert advectif de masse est un processus de transfert de masse à léchelle du pore qui affecte les mouvements du fluide et du soluté entre les différents domaines de pores, tel les fractures et la matrice dans un milieu poreux structuré. Mécaniquement similaire à ladvection dans le concept advection-dispersion de solutés dans les milieux non structurés, ce transfert redistribue les solutés simultanément avec le fluide entre les différents domaines poreux. Alors que de nombreuses recherches portent sur les transferts de masse par diffusion, se référant généralement à une diffusion par la matrice, il y a un grand manquement dinformations et détudes sur les transferts de masse par advection dans la littérature. Lobjectif de cette recherche est détudier leffet du transfert advectif de masse de fluide et de soluté entre les différents domaines poreux. Premièrement, les mesures hydrauliques de terrain sur la décharge en milieu fracturé du laboratoire national dOak Ridge ORNL, Tennessee, USA, sont utilisées pour calibrer un modèle hydrogéologique à double porosité fracture-matrice. Lanalyse de sensibilité latin-hypercube suggère que lincertitude sur les paramètres du modèle est faible et que le calibrage est pratiquement optimal. Lespace de fracture résultant permet de calculer les coefficients de transfert de masse par diffusion. Les effets individuels de ladvection et de la diffusion sur les mouvements de solutés sont dés lors évalués. Les calculs indiquent que le modèle conceptuel de la structure des pores peuvent significativement affectés le rôle du transfert advectif de masse à léchelle du pore et du terrain. Dans le cas du site de lORNL et avec un modèle structuré fracture-matrice, la contribution de ladvection au transfert de masse est de lordre de trois-huitième du transfert de masse par diffusion.
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Patterns of evolution of research strands in the hydrologic sciences   总被引：1，自引：0，他引：1  
This paper examines issues of impact and innovation in groundwater research by using bibliometric data and citation analysis.The analysis is based on 3120 papers from the journal Water Resources Research with full contents and their citation data from the ISI Web of Science. The research is designed to develop a better understanding of the way citation numbers can be interpreted by scientists. Not surprisingly, the most highly cited papers appear to be pioneers in the field with papers departing significantly from what has come before and to be effective in creating similar, follow-on papers. Papers that are early contributions to a new research strand that is highly influential will be on average highly cited. However, the importance of a research strand as measured by citations seems to fall with time. The citation patterns of some classic papers show that the activity in the topical area and impact of follow-on papers gradually decline with time, which has similarities with Kuhns ideas of revolutionary and normal science. The results of this study reinforce the importance of being a pioneer in a research strand, strategically shifting research strands, adopting strategies that can facilitate really major research breakthroughs.
Resumen Este artículo examina los temas de impacto e innovación en la investigación de las aguas subterráneas, mediante el uso de datos bibliométricos y del análisis de las referencias bibliográficas. El análisis se basó en 3120 artículos de la revista Water Resources Research, con el contenido completo y sus datos de referencias bibliográficas obtenidos de la Red de Ciencia ISI. La investigación se diseñó para desarrollar un entendimiento mayor de la forma en que la cantidad de citas bibliográficas puede ser interpretada por los científicos. No es sorprendente que los artículos más citados, parecen ser los pioneros en el campo, siendo artículos que divergen significativamente de lo que se ha hecho anteriormente, los cuales son efectivos creando de manera similar otros artículos seguidores. Los artículos que son contribuciones iniciales en una línea de investigación nueva, la cual es de alta influencia, serán en promedio citados muy frecuentemente. Sin embargo, la importancia de una línea de investigación, de acuerdo a su medida por las veces que es citada, parece disminuir con el tiempo. Las tendencias en cuanto a hacer citas bibliográficas de algunos artículos clásicos, muestran que la actividad en el área de actualidad, lo mismo que el impacto de los artículos seguidores, declinan con el tiempo gradualmente, lo cual muestra parecidos con las ideas de Kuhn acerca de la ciencia revolucionaria y la ciencia normal. Los resultados de este estudio refuerzan la importancia de ser un pionero en una línea de investigación, cambiando estratégicamente de líneas de investigación y adoptando estrategias que puedan facilitar verdaderos avances en investigaciones de trascendencia.
Résumé Larticle examine les problèmes dimpact et dinnovation dans la recherche des eaux souterraines en utilisant les données bibliométriques et lanalyse des citations. Lanalyse a été faite sur 3120 articles parus dans Water Resources Research en tenant compte de leur texte complet et de toutes citations parues dans lISI Web de la Science. Le but de la recherche a été de mieux comprendre comment le nombre des citations peut être interprété par les scientifiques. Ce nest pas une surprise que les plus cités articles soient les articles-pionniers dans leurs domaines, qui sécartent dune manière significative de ce qui a été écrit auparavant et qui ont été suivi par des nouveaux articles. Les articles qui présentent une première contribution dans leur domaine et qui ont beaucoup influencé la recherche sont en général les plus cités. Il semble que la diminution de limportance dun domaine de recherche est aussi reflétée par le nombre de citations. Le modèle des citations des quelques articles classiques montre que lactivité dans le domaine ainsi que limpact sur les articles suivantes déclinent progressivement pendant le temps ce qui présente une analogie avec les idées de Kuhn sur la science normale et révolutionnaire. Le résultat de létude renforce une fois de plus limportance dêtre un pionnier dans un domaine, en faisant avancer la recherche dans le domaine respectif, en adoptant des stratégies qui peuvent créer des percées majeures dans la recherche.
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During a regional hydrogeologic survey in the St. Lawrence Lowlands, Canada, a computer-based 3D Geologic Framework Model (GFM) was constructed to obtain a consistent representation of this typical Quaternary glaciated basin over a 1,400 km2 area. Such a detailed stratigraphic reconstruction was needed because the Quaternary sediments control the recharge to the underlying regional fractured rock aquifer and also because buried granular aquifers are partly connected to the regional system. The objectives of this geomodeling effort are 1) to improve understanding of subsurface conditions above the regional aquifer and; 2) to provide a common stratigraphic framework for hydrogeologic applications. The method draws on knowledge-driven discrete modeling using gOcad, as well as standardization and quality control procedures to maximize the use of a multisource database. The resulting model represents the bedrock topography and the complex stratigraphic architecture of overlying sediments. The regional till aquitard, the marine clay aquiclude and the buried granular aquifers have been modeled with unprecedented details thus providing a well-constrained 3D hydrostratigraphic framework. The recharge zones of the rock aquifer represent about 35% of the study area. Buried granular aquifers are directly connected to the regional aquifer system over about 10% of the area. The model allows several applications such as assessing aquifer vulnerability and areal groundwater recharge rates; improving the GFM inter-operability with groundwater modeling systems would be the next logical step.
Resumen Se construyó un Modelo del Marco Geológico (GFM) 3D basado en computadora durante un levantamiento hidrogeológico regional en las Tierras Bajas de St. Lawrence, Canada para obtener una representación consistente de esta cuenca glaciar Cuaternaria típica en un área de 1,400 km2. Se necesitó tal grado de reconstrucción estratigráfica debido a que los sedimentos Cuaternarios controlan la recarga del acuífero rocoso fracturado regional subyacente y también porque los acuíferos granulares enterrados están parcialmente conectados con el sistema regional. Los objetivos de este esfuerzo de modelizado geológico son: 1) mejorar el entendimiento de las condiciones subsuperficiales por encima del acuífero regional y; 2) aportar un marco estratigráfico común para aplicaciones hidrogeológicas. El método se basa en el conocimiento de modelizado discreto utilizando gOcad, así como también en estandarización y procedimientos de control de calidad para maximizar el uso de bancos de datos de fuentes múltiples. El modelo obtenido representa la topografía del macizo rocoso y la arquitectura de la compleja estratigrafía de los sedimentos sobreyacentes. El acuitardo regional de tillita, el acuicludo arcilloso marino y los acuíferos granulares enterrados se han modelizado con detalles sin precedentes aportando de este modo un marco hidroestratigráfico 3D bien definido. Las zonas de recarga del acuífero rocoso representan casi el 35% del área de estudio. Los acuíferos granulares enterrados están conectados directamente al sistema acuífero regional sobre aproximadamente el 10% del área. El modelo permite varias aplicaciones tal como evaluar la vulnerabilidad de acuíferos y ritmos de recarga areales de agua subterránea; el paso lógico siguiente sería mejorar la inter-operabilidad del GFM con los sistemas de modelizado de agua subterránea.
Résumé Dans le cadre dune étude dhydrogéologie régionale dans les basses terres du Saint-Laurent (Canada), un Modèle surfacique géologique en 3D (MSG) a été développé pour obtenir une représentation cohérente par ordinateur de ce bassin quaternaire sur une superficie de plus de 1,400 km2. Une telle reconstitution stratigraphique était nécessaire en raison du contrôle quexercent les sédiments quaternaires sur la recharge de laquifère régional fracturé sous-jacent et aussi parce que les aquifères granulaires enfouis sont partiellement connectés au système régional. Les objectifs de cet effort de géomodélisation sont: 1) daméliorer la compréhension des conditions de sous-surface au-dessus de laquifère régional et; 2) de fournir un cadre stratigraphique commun à des fins de caractérisation hydrogéologique. La méthode repose sur lintégration de linterprétation géologique dans la modélisation discrète effectuée à laide du logiciel gOcad, ainsi que sur des procédures duniformisation et de contrôle de la qualité des données afin doptimiser lutilisation dune base de données multisources. Le MSG représente la topographie du roc et larchitecture stratigraphique des sédiments sus-jacents. Laquitard régional (till), laquiclude dargile marine et les aquifères granulaires ont été modélisés à un niveau de détail sans précédent, fournissant ainsi un cadre hydrostratigraphique solidement établi. Les zones de recharge de laquifère rocheux représentent environ 35% de la zone détude. Les aquifères granulaires enfouis sont connectés directement au système aquifère régional sur au moins 10% du territoire. Le MSG permet de multiples usages tels lévaluation de la vulnérabilité des aquifères et lestimation de la distribution de la recharge; la prochaine étape logique serait lamélioration de linteropérabilité avec les systèmes de modélisation numérique de lécoulement.
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Water pumped from 25 shallow wells (<31 m) in the Maneadero unconfined coastal aquifer was studied geochemically in order to determine the short-term compositional variability of the aquifer due to seawater intrusion during a drier than normal year (Fall 2001 to Fall 2002). The groundwater was commonly found to be mixed with seawater, with TDS concentrations in November 2002 ranging from 0.99 to 9.46 g l–1, having an intermediate Na+Cl– to Ca2+Cl– water-type. Rapid recharge events of short duration, after low and short rainfall events during the study period, are suggested from short-term fluctuations in water quality. Seawater intrusion is progressing faster in the central and southern coastal sections of the aquifer and has recently affected the quality of the sites pumping water to the nearby city of Ensenada. Only one of the wells used for the Ensenada water supply had a TDS concentration lower than the 1.0 g l–1 official limit. Low flow rates and high residence times of water are inferred to be the cause for high alkalinity in the east-central section of the aquifer. High NO3 in the east-central aquifer indicates that any NO3 infiltration due to fertilizer use was only slightly dispersed. After a short rainfall season during winter 2001, a significant decrease was seen for the previously most enriched site. However, concentrations above the 10 mg l–1 official limit persisted in 2002, affecting one well for urban supply (15.9 mg l–1). The water from this well is nevertheless mixed with better-quality water from other wells before being distributed through the citys piping system.
Resumen Se estudió la geoquímica de aguas bombeadas por medio de 25 pozos no muy profundos (<31 m) en el acuifero costero no confinado de Maneadero con el objetivo de determinar la variación de la composición en el corto plazo en el acuifero por la intrusión de agua de mar durante un año más seco de lo normal (otoño 2001 a otoño 2002). Se observó que comúnmente las aguas subterráneas estaban mezcladas con agua de mar, con concentraciones de sólidos totales disveltos (STD) de entre 0.99--9.46 g l–1 y un tipo de agua intermedia Na+Cl– to Ca2+Cl–. A partir de las fluctuaciones en la calidad del agua en el corto plazo se puede inferir que se dan eventos de recarga rápida de poca duración después de eventos de poca lluvia de poca duración y poco volumen durante el periodo de estudio. La intrusión de agua de mar está progresando más rápido en el centro y sur del acuifero costero y ha afectado recientemente la calidad de los sitios de bombeo de agua para la ciudad de Ensenada. Solamente uno de los pozos usados para el abastamiento de Ensenada tiene un STD por debajo del límite oficial de 1.0 g l–1. Se presume que las razones lentas de flujo y los tiempos de residencia largos del agua son la causa de la alta alcalinidad en el centro-este del acuifero. Una concentración alta de NO3 en el este-centro del acuifero indica que cualquier infiltración de NO3 por aplicación de fertilizantes ha sido poco dispersad. Después de poca lluvia en el invierno de 2001, se observó una disminución importante en la zona previamente más enriquecida. Sin embargo, concentraciones sobre el límite oficial de 10 mg l–1 continuaron en 2002, afectando a un pozo para suministro de agua urbana (15.9 mg l–1). El agua extraída de este pozo es mezclada con agua de mejor calidad y se distribuye por el sistema urbano de suministro de agua.
Résumé Leau de pompage de 25 puits peu profonds (<31 m) situés dans laquifère côtier non-confiné de Maneadero a été étudiée dans le but de déterminer la variation géochimique à court terme qui résulte de lintrusion deau de mer lors dune année plus sèche quà lhabitude (automne 2001 à automne 2002). Leau souterraine est souvent retrouvée mélangée avec de leau de mer, avec des concentrations en résidus solides dissous (RSD) qui sétalent entre 0.99 et 9.46 g l–1 pour novembre 2002, avec un type intermédiaire en Na+Cl– jusquà Ca2+Cl–. Les processus suggérés pour les fluctuations rapides de la qualité de leau sont des événements de recharge de courte duré suite à de faibles et brèves périodes de précipitations. Lintrusion deau de mer progresse plus rapidement dans les parties centrales et sud de laquifère côtier où la qualité de leau pompée vers la ville de Ensenada a récemment été affectée. Un seul des puits utilisés par la ville de Ensenada pour lapprovisionnement en eau potable a une concentration en RSD sous la limite officielle permise de 1.0 g l–1. Le temps de résidence élevé et le faible taux découlement de leau souterraine sont présumés être la cause de lalcalinité élevée dans la partie centrale-est de laquifère. La concentration élevée en NO3 dans cette partie de laquifère indique que la totalité de linfiltration de NO3 dû à lutilisation de fertilisants ne sest que très peu dispersée. Suite à une courte saison des pluies à lhiver 2001, une diminution substantielle a été notée au site qui était le plus enrichi avant la saison des pluies. Malgré tout, des concentrations dépassant la limite officielle permise de 10 mg l–1 ont persisté, affectant un puits utilisé pour lapprovisionnement urbain (15.9 mg l–1). Leau provenant de ce puits est toutefois mélangée avec de leau de meilleure qualité provenant dautres puits avant dêtre distribuée par laqueduc municipal.
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Hydrogeology in North America: past and future   总被引：4，自引：2，他引：2  
This paper is a retrospective on the evolution of hydrogeology in North America over the past two centuries, and a brief speculation of its future. The history of hydrogeology is marked by developments in many different fields such as groundwater hydrology, soil mechanics, soil science, economic geology, petroleum engineering, structural geology, geochemistry, geophysics, marine geology, and more recently, ecology. The field has been enriched by the contributions of distinguished researchers from all these fields. At present, hydrogeology is in transition from a state of discovering new resources and exploiting them efficiently for maximum benefit, to one of judicious management of finite, interconnected resources that are vital for the sustenance of humans and other living things. The future of hydrogeology is likely to be dictated by the subtle balance with which the hydrological, erosional, and nutritional cycles function, and the decision of a technological society to either adapt to the constraints imposed by the balance, or to continue to exploit hydrogeological systems for maximum benefit. Although there is now a trend towards ecological and environmental awareness, human attitudes could change should large parts of the populated world be subjected to the stresses of droughts that last for many decades.
Resumen Este articulo es una retrospectiva sobre la evolución de la hidrogeología en Norte América en los pasados dos siglos, y una breve especulación de su futuro. La historia de la hidrogeología está marcada por desarrollos en muchos campos diferentes tal como hidrología de aguas subterráneas, mecánica de suelos, ciencia del suelo, geología económica, ingeniería del petróleo, geología estructural, geoquímica, geofísica, geología marina, y más recientemente, ecología. El campo se ha enriquecido por las contribuciones de investigadores distinguidos en todos esos campos. Actualmente, la hidrogeología se encuentra en transición de un estado de descubrir nuevos recursos y explotarlos eficientemente para un beneficio máximo, a un estado de gestión juiciosa de recursos finitos, interconectados, que son vitales para el sustento de humanos y otras cosas vivientes. El futuro de la hidrogeología posiblemente esté determinado por el balance sutil con el cual funcionan los ciclos nutricionales, erosionales e hidrológicos, y la decisión de una sociedad tecnológica para ya sea adaptarse a las restricciones impuestas por el balance o para continuar con la explotación de los sistemas hidrogeológicos para un beneficio máximo. Aunque existe actualmente una tendencia hacia la conciencia ambiental y ecológica, las actitudes humanas podrían cambiar en caso de que grandes partes del mundo poblado estén sujetas a las presiones de sequías que duran por muchas décadas.
Résumé Cet article est une rétrospective de lévolution de lhydrogéologie en Amérique du Nord sur les deux derniers siècles, et une brève évaluation de son futur. Lhistoire de lhydrogéologie est marquée par le développement de plusieurs techniques de terrain telles, lhydrologie des eaux souterraines, la mécanique des sols, les sciences du sol, la géologie économique, l ingénierie pétrolière, la géologie structurale, la géochimie, la géophysique, la géologie marine et plus récemment lécologie. La science a été enrichie par la contribution de plusieurs chercheurs distingués, provenant de toutes ces branches. A présent, lhydrogéologie est à la transition entre la volonté de découvrir de nouvelles ressources et l exploitation la plus bénéfique au possible, et un management judicieux des ressources finies, interconnectées, qui sont vitales pour l approvisionnement des hommes et autres formes de vie. Le futur de l hydrogéologie sera dicté par la balance subtile dans laquelle intervient les cycles de lhydrologie, de lérosion, de la nutrition, et la décision dune société technologique qui sadapterait aux contraintes de la balance, ou qui continuerait dexploiter les systèmes hydrologiques pour un bénéfice maximum. Par ailleurs il y a une nette tendance à inclure les aspects écologiques, les aspects environnementaux, et les changements humains qui pourraient être influencés par les modifications hydrogéologiques observées depuis une dizaine dannées.
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19.
Analysis of base flow trends in urban streams, northeastern Illinois, USA   总被引：2，自引：1，他引：1  
Statistical analysis shows that mean annual base flows in three unregulated urban streams in northeastern Illinois do not display significant trends during periods of substantial watershed urbanization. However, statistically-significant upward trends in median annual base flow (probably emblematic of overall changes in the time-distribution of the base flow), characterized by increases in lower base flow rates, affected the flows in all three streams. The analysis reveals no trends in annual and monthly precipitation during these periods. These results are in contrast to results from studies of other urban streams that have shown decreases in base flow, but these results may be partially explained by the low permeability of the near-surface materials in the watersheds investigated. This study employs formal hypothesis-testing of Kendall tau-a trend statistics computed for monthly and annual base flow and precipitation rates to assess the impact of urban development on base flow rates.
Resumen El análisis estadístico muestra que el flujo base anual medio en tres arroyos urbanos no regulados en el noreste de Illinois no ostenta tendencias significativas durante los periodos de urbanización sustancial de la cuenca. Sin embargo, el flujo en los tres arroyos fue afectado por tendencias al incremento en el flujo base annual medio. Esto es probablemente emblemático en cambios globales en el tiempo-distribución del flujo base caracterizado por incrementos en las tasas de flujo base bajo y afecta a los tres arroyos. El análisis no revela ninguna tendencia en la precipitación annual y mensual durante estos periodos. Estos resultados contrastan con los resultados de estudios de otros arroyos urbanos que muestran un decrecimiento en el fujo base. Sin embargo, estos resultados pueden explicarse parcialmente por la baja permeabilidad de los materiales cercanos a la superficie en las cuencas investigadas. Este estudio emplea las estadísticas de tendencia tau-a de la hipótesis de prueba formal de Kendall - calculadas según los flujos base mensuales y anuales y las tasas de precipitación. El objetivo es evaluar los impactos del desarrollo urbano sobre las tasas de flujo base.
Résumé Une analyse statistique démontre que la moyenne annuelle de lécoulement de base dans trois rivières urbaines non réglementées du nord est de lIllinois ne montre pas de tendance significative lors de périodes durbanisation massive du bassin versant. Par contre, une tendance statistiquement significative à la hausse de lécoulement de base médian, probablement représentatif de lensemble des changements dans la distribution temporelle de lécoulement de base caractérisé par une augmentation des faibles taux découlement de base, affecte lécoulement dans les trois rivières. Lanalyse ne révèle pas de tendance dans les précipitations annuelles et mensuelles lors de ces périodes. Ces résultats contrastent avec les résultats dautres études de rivières en milieu urbain qui ont montré une diminution de lécoulement de base. Les résultats obtenus lors de cette étude peuvent partiellement être expliqués par la faible perméabilité des dépôts de surface dans le bassin versant étudié. Cette étude utilise le test dhypothèse tau de Kandall, une tendance statistique calculée pour lécoulement de base annuel et mensuel et des taux de précipitation dans le but de déterminer limpact du développement urbain sur les taux découlement de base.
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20.
Transmissivity estimates derived from non-steady-state, single well, constant discharge, aquifer tests in laterally heterogeneous environments generally are questioned relative to their representativeness of aquifer conditions. Drawdown in pumping wells reflects the removal of water from storage in the aquifer and transient refraction of groundwater path-lines during the evolution of a non-symmetrical cone of depression. Simulations of single-well aquifer tests in aquifers with simple, arbitrary distributions of block heterogeneities suggest that transmissivity (T) values derived by the Cooper–Jacob (1946) method generally reflect volumetric, weighted mean T values of all of the heterogeneities contacted by the cone of depression at a particular time. This finding suggests that early-time drawdown data for single well aquifer tests reflect rapidly changing, volumetric, weighted mean T values proximal to the pumping well while late-time drawdown data reflect stabilized conditions and spatially averaged, volumetric weighted mean T out to a considerable distance from the pumping well.
Resume Los estimados de transmisividad derivados de estados no estables, pozos individuales, descarga constante, pruebas de acuíferos en ambientes heterogéneos laterales generalmente se cuestionan en cuanto a su representatividad de las conidiones de los acuíferos. La extracción de agua en pozos de bombeo refleja la extracción de agua del depósito en el acuífero y la refracción transitoria de líneas de trayectoria del agua subterránea durante la evolución de un cono no simétrico de depresión. Las simulaciones de pozos individuales, pruebas de acuíferos en acuíferos con distribuciones simples, arbitrarias de heterogeneidades de bloque sugieren que los valores de transmisividad (T) derivados por el método Cooper–Jacob (1946) generalmente reflejan valores medios volumétricos potenciales (weighted) de todas las heterogeneidades en contaco con el cono de la depresión en un momento particular. Este descubrimiento sugiere que los datos de extracción tempranos de pruebas de pozos individuales reflejan valores medios potenciales volumétricos que cambian rápidamente en la proximidad del pozo de bombeo mientras que los valores de extracción tardíos reflejan condiciones estabilizadas y medias potenciales volumétricas a una distancia considerable del pozo de bombeo.
Resumé Les estimés de transmissivité dérivés dessais de pompage en régime transitoire dans un seul puits contenu dans une formation latéralement hétérogène sont généralement questionable en ce qui concerne la représentativité des conditions de laquifère. Le rabattement dans les puits de pompage reflète lextraction deau provenant de lemmagasinement de laquifère et la réfraction en régime transitoire des lignes découlement durant lévolution dun cone de dépression non symétrique. Des simulations dessai de pompage dans un seul puits contenu dans un domaine avec des blocs hétérogènes distribués arbitrairement suggèrent que les valeurs de transmissivité obtenus avec la méthode dinterprétation de Cooper–Jacob (1946) sont généralement représentatifs du volume moyen pondéré de toutes les hétérogénéités en contact avec le cone de dépression à un temps particulier. Cette découverte suggère que les données de rabattement au début dun essai pour un seul puits reflètent un changement rapide des valeurs moyennes proximales pondérées tandis que le rabattement à un temps tardif reflète les conditions stabilisées et la moyenne spatiale jusquà une distance considérable du puits de pompage.
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