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1.
Geochemistry and the understanding of ground-water systems   总被引：12，自引：2，他引：10  
Geochemistry has contributed significantly to the understanding of ground-water systems over the last 50 years. Historic advances include development of the hydrochemical facies concept, application of equilibrium theory, investigation of redox processes, and radiocarbon dating. Other hydrochemical concepts, tools, and techniques have helped elucidate mechanisms of flow and transport in ground-water systems, and have helped unlock an archive of paleoenvironmental information. Hydrochemical and isotopic information can be used to interpret the origin and mode of ground-water recharge, refine estimates of time scales of recharge and ground-water flow, decipher reactive processes, provide paleohydrological information, and calibrate ground-water flow models. Progress needs to be made in obtaining representative samples. Improvements are needed in the interpretation of the information obtained, and in the construction and interpretation of numerical models utilizing hydrochemical data. The best approach will ensure an optimized iterative process between field data collection and analysis, interpretation, and the application of forward, inverse, and statistical modeling tools. Advances are anticipated from microbiological investigations, the characterization of natural organics, isotopic fingerprinting, applications of dissolved gas measurements, and the fields of reaction kinetics and coupled processes. A thermodynamic perspective is offered that could facilitate the comparison and understanding of the multiple physical, chemical, and biological processes affecting ground-water systems.
Resumen La geoquímica ha contribuido significativamente al entendimiento de los sistemas de aguas subterráneas durante los últimos 50 años. Entre los avances históricos puede incluirse el desarrollo del concento de facies hidroquímicas, la aplicación de la teoría de equilibrio, investigación de los procesos oxidación-reducción, y datación con radiocarbono. Otros conceptos, herramientas y técnicas hidroquímicas han ayudado a esclarecer los mecanismos de flujo y transporte en sistemas de agua subterránea, y han ayudado a descifrar un archivo de información paleoambiental. Información hidroquímica e isotópica puede utilizarse para interpretar el origen y modo de recarga de agua subterránea, descifrar procesos reactivos, aportar información paleohidrológica, y calibrar modelos de flujo de agua subterránea. Necesita avanzarse en la obtención de muestras representativas. Se necesitan mejoras en la interpretación de la información obtenida y en la construcción e interpretación de modelos numéricos que utilizan datos hidroquímicos. El mejor enfoque asegurará un proceso iterativo optimizado entre toma y análisis de datos de campo, interpretación, y la aplicación de herramientas de modelizado estadísticas, directas, e inversas. Se anticipan avances a partir de investigaciones microbiológicas, la caracterización de orgánicos naturales, caracterización isotópica, aplicaciones de mediciones de gas disuelto, y los campos de cinética de reacción y procesos acoplados. Se ofrece una perspectiva termodinámica que podría facilitar la comparación y entendimiento de los múltiples procesos físicos, químicos, y biológicos que afectan sistemas de aguas subterráneas.
Résumé La géochimie a contribué de façon importante à la compréhension des systèmes deaux souterraines pendant les 50 dernières années. Les avancées ont portées sur le développement du concept des faciès hydrochimiques, sur lapplication de la théorie des équilibres, létude des processus doxydoréduction, et sur la datation au radiocarbone. Dautres concepts, outils et techniques, ont aidé à l élucidation des élucider les mécanismes découlement et de transport dans les systèmes deaux souterraines, et à la compréhension des archives informations paléo-environnementales. Les informations hydrochimiques et isotopiques peuvent être utilisées pour interpréter lorigine et le mode de recharge des eaux souterraines, affiner lestimation des temps de recharge et d écoulements, déchiffrer les processus de réaction, apporter une meilleure information paléohydrogéologique et calibrer les modèles découlement des eaux souterraines. Beaucoup de progrès ont besoin dêtre réalisés pour obtenir des échantillons représentatifs. Des améliorations sont nécessaires dans linterprétation des informations obtenues, et dans la construction et linterprétation de modèles numériques utilisant des données hydrochimiques. La meilleure approches arsurément un processus itératif optimisé entre la collection de données de terrain et lanalyse, linterprétation, et lapplication doutils de modélisation statistique, inverse et direct. Des avancées sont anticipées par les dans le demeine des études microbiologiques, dans la caractérisation des matières organiques naturelles, le marquage isotopique, les mesures de gaz dissous, les réactions cinétiques la compréhension des couplages. Une perspectives thermodynamique pourraient faciliter la comparaison et la compréhension des multiples processus physiques, chimiques et biologiques qui affectent les systèmes hydrogéologiques.
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2.
The main task of studies on salt-water intrusion into coastal confined aquifers is to predict the position of the fresh- salt-water interface, which can be determined from the length of the aquifer roof extending under the sea. Records of groundwater level affected by tides can be used to infer hydrological conditions and determine hydraulic parameters of an aquifer extending under the sea. In this paper, a three-dimensional, variable-density groundwater flow model has been developed to determine the equivalent roof length of an aquifer extending under the sea from the tidal-effected data of groundwater level in the Jahe River Basin, Shandong Province, China. The seaward boundary is obtained by converging hydraulic head fluctuations observed in drill holes with calculated values, and the aquifer parameters in the extending zone are estimated. The impacts of aquifer roof length and aquifer parameters on the fluctuation of tidal groundwater are studied. It is concluded that the length of the aquifer roof extending under the sea should correspond with certain aquifer parameters in the extrapolation zone. Therefore, the seaward boundary determined from tidal-effect information is the equivalent boundary in hydrodynamic characteristics rather than the true boundary of the confined aquifer
Resumen El principal objetivo de los estudios sobre intrusiones de agua salada en acuíferos costeros confinados es predecir la posición de la interfase agua dulce-agua salada, la cual puede determinarse a partir de la longitud del techo del acuífero que se extiende por debajo del mar. Los registros de niveles de agua subterránea afectados por las mareas puede utilizarse para inferir las condiciones hidrológicas y determinar los parámetros hidráulicos de un acuífero que se extiende por debajo del mar. En este artículo se ha desarrollado un modelo de flujo tri-dimensional de agua subterránea de densidad variable para determinar la longitud del techo equivalente de un acuífero que se extiende por debajo del mar a partir de datos, afectados por la marea, de niveles de agua subterránea en la Cuenca del Río Jahe, Provincia Shandong, China. El límite hacia el océano se obtiene por convergencia de fluctuaciones de presiones hidráulicas observadas en pozos con valores calculados, y se estiman los parámetros del acuífero en la zona extendida. Se estudian los impactos de la longitud del techo del acuífero y los parámetros del acuífero en la fluctuación del agua subterránea afectada por las mareas. Se concluye que la longitud del techo del acuífero que se extiende por debajo del mar debería corresponder con ciertos parámetros del acuífero en la zona de extrapolación. Por lo tanto, el límite hacia el océano determinado a partir de información de efectos de marea es el límite equivalente en características hidrodinámicas más que el límite real del acuífero confinado.
Résumé Les sujets principaux des études dinstrusion saline dans les aquifères confinés en zone côtière sont la prédiction de la position de linterface entre leau salée et leau fraîche, qui peut être déterminée à partir de lextention du toit de laquifère sous la mer. Les enregistrements des niveaux des eaux souterraines influencés par les marées peuvent être utilisés pour préciser les conditions hydrologiques et déterminer les paramètres hydrauliques dun aquifère possédant une extension sous la mer. Dans cet article, un modèle tridimensionnel comprenant des eaux souterraines de densité variable a été développé pour déterminer la longueur équivalente du toit dun aquifère qui sétend sous la mer à partir des données concernant les effets de marée sur les eaux souterraines dans le bassin de la rivière Jahe, dans la province de Shandong, Chine. La limite de salinité est déterminée en faisant converger les fluctuations des hauteurs piézométriques avec les valeurs calculées, et les paramètres de laquifère sont estimés dans la zone sétendant sous la mer. Lincidence de la longueur de laquifère sous la mer sur les fluctuations des niveaux est étudiée. On en conclut que la longueur du toit de laquifère sous la mer peut correspondre à certains aquifères paramètres dans la zone dextrapolation. Par conséquent, la limite de salinité déterminée à partir des effets de marée est léquivalent dune limite hydrodynamique plutôt que la véritable limite de laquifère.
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3.
Mexico City relies significantly on groundwater resources drawn from the Sistema Lerma well field located in the Toluca Basin, Mexico. Enhanced infiltration caused by groundwater extraction is suspected to be both a prime factor in the disappearance of a lagoon system at the Toluca Basin and a potential risk to long-term groundwater quality. A combined approach of field investigation and numerical modeling was adopted to assess the groundwater-surface water interactions within the lagoon system. Potentiometric data indicate that current downward vertical hydraulic gradients below the lagoon and surrounding wetland area are extremely low suggesting very slow infiltration rates. Geochemical and isotope data from surface water and groundwater sampling also indicate that very little surface water infiltration has occurred. Numerical simulations demonstrate that enhanced surface water infiltration is unlikely to be the primary cause in the significant reduction in size of the lagoon system. Other factors such as modifications to the surface water drainage system and capture of spring flow from the surrounding mountainous regions are likely more significant. Simulations also suggest that contaminants originating in the lagoon system are currently entering nearby production wells although the total contaminant mass flux to the wells is still very low and significantly diluted.
Resumen La Ciudad de México depende significativamente de los recursos de aguas subterráneas obtenidos del campo de pozos Sistema Lerma ubicado en la Cuenca Toluca, oeste de la Cuenca de México. Se sospecha que la infiltración estimulada causada por extracción intensiva de aguas subterráneas es un factor principal en la desaparición de un sistema de lagunas en la cabeceras del Río Lerma en el centro de México y un riesgo potencial para la calidad de aguas subterráneas a largo plazo en la región. Se adoptó un enfoque combinado de investigación de campo y modelizado numérico para evaluar las interacciones de agua superficial-agua subterránea dentro del sistema de lagunas. Datos potenciométricos indican que los gradientes hidráulicos verticales descendentes actuales, ubicados por debajo de la laguna y vecina área de humedales, son extremadamente bajos sugiriendo ritmos de infiltración muy lentos. Datos geoquímicos e isotópicos provenientes del muestreo de agua superficial y subterránea también indican que ha ocurrido muy poca infiltración de agua superficial. Las simulaciones numéricas demuestran cuantitativamente que no es probable que la infiltración estimulada de agua superficial sea la causa principal en la reducción significativa del tamaño del sistema de lagunas en la cabecera. Otros factores tal como modificaciones al sistema superficial de drenaje de agua y captura de flujo de manantial en las regiones montañosas vecinas son probablemente más significativos. Las simulaciones también sugieren que los contaminantes que se originan en el sistema de lagunas están actualmente ingresando a pozos de producción cercanos aunque el flujo de masa contaminante total a los pozos es aún muy bajo y diluido significativamente en los volúmenes grandes de extracción. La magnitud de la amenaza a largo plazo a la calidad del agua subterránea en los pozos de producción Sistema Lerma proveniente de contaminantes infiltrados es una preocupación y amerita estudios futuros.
Résumé La Cité de Mexico dépend significativement des ressources en eau souterraine pompées au site de captages de Sistema Lerma, dans le Bassin de Toluca, à lOuest du Bassin de Mexico. Laugmentation de linfiltration, causée par lextraction extensive des eaux souterraines, est suspectée dêtre à la fois un facteur primaire de la disparition dun système de lagons en amont de la rivière Lerma au centre de Mexico, et un risque potentiel à long-terme pour la qualité de leau souterraine dans la région. Uen approche combinée détudes de terrain et de modélisation numérique a été adoptée pour estimer les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines, au sein du système de lagons. Les données potentiométriques indiquent que les gradients hydrauliques verticaux descendants sont très bas au niveau des lagons, ce qui suppose un taux dinfiltration faible. Les données géochimiques et isotopiques provenant des eaux de surface et souterraines, indiquent également que peu deau de surface sinfiltrent. La simulation numérique démontre quantitativement que laugmentation de linfiltration des eaux de surface nest probablement pas la première cause de réduction des lagons. Dautres facteurs, tels que les modifications du drainage des eaux de surface, laménagement en captage des sources situées aux pieds des montagnes environnantes, sont probablement plus importants. Les simulations suggèrent également que les contaminants provenant des lagons se retrouvent également dans les captages les plus proches, bien que le flux total de contaminants entrant dans les captages reste faible. Les volumes dextraction étant très important ils diluent effectivement les contaminants. Les effets à long-terme de lextraction critique au niveau des forages de Sistema Lerma et de la dégradation de la qualité des eaux souterraines par les contaminants, nécessite une grande attention pour le futur.
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4.
Various human activities threaten the groundwater quality and resource under urban areas, and yet residents increasingly depend on it for their livelihood. The anticipated expansion of the worlds urban population from 3 to 6 billion in the coming 50 years does not only pose a large water management threat but also provides an opportunity to conserve groundwater in a better way than up to now. The authors argue for a new way to manage urban activities in order to conserve the precious groundwater resource. The focus is on the quality of the discharged water after use in households. Restrictions on what is added to water while using it, e.g. detergents, excreta, paint residues, oils, and pharmaceuticals, are important to simplify the treatment and reuse of used water. Avoiding mixing different wastewater flows has the same positive effect. If increased volumes of wastewater can be treated and reused, the demand on the groundwater resource is reduced, as also occurs with demand management measures. Reduced discharge of polluted water to the environment from households and utilities also conserves the quality of groundwater and reduces sophisticated treatment costs.
Resumen La urbanización lleva a una demanda elevada y concentrada de agua de calidad adecuada, acompañada por el vertido de volúmenes análogamente mayores de aguas residuales. Los alimentos se importan a ciudades donde los microorganismos y nutrientes de los excrementos humanos son descargados a ríos, lagos y, también, aguas subterráneas. Más aún, gran número de los bienes de consumo son eliminados vía las tuberías de las cloacas. Las deudas medioambientales, es decir, el empobrecimiento de las condiciones medioambientales, que requerirán de aportaciones humanas y económicas para rehabilitarlas, son comunes a todas las ciudades, sobretodo en el Hemisferio Sur, donde, según la Valoración Global de Suministro de Agua y Saneamiento (OMS y UNICEF), la mayor parte de las aguas residuales urbanas no son tratadas (65% en Asia, 86% en Latinoamérica, 100% en África). La tarea pendiente consiste en proteger los recursos de aguas subterráneas para que estén disponibles de forma rápida para los habitantes urbanos también el futuro. En los próximos 50 años, se espera que la población urbana aumente de 3,000 a 6,000 millones de personas, según estimaciones de las Naciones Unidas, por lo que es imperativo dejar de contaminar las aguas subterráneas existentes bajo las nuevas áreas urbanas en construcción. En este artículo, se escudriña la calidad de las aguas subterráneas y su protección a la luz de los cambios recientemente introducidos en las políticas del agua, esto es, desde la gestión de los abastecimientos de agua a la gestión de la demanda y, eventualmente, hastaa la gestión de la reutilitzación.
Résumé Lurbanisation conduit à une demande élevée et concentrée deau de qualité adéquate, accompagnée du rejet dimportants volumes correspondants deaux usées. La nourriture est importée dans les villes tandis que les micro-organismes et les nutriments provenant des excrétas humains sont rejetés dans les rivières, les lacs et aussi les eaux souterraines. De plus, une large gamme de biens de consommation est évacuée par les égouts. Les créances environnementales, cest-à-dire lappauvrissement des conditions environnementales qui demandera des apports humains et économiques pour la réhabilitation, sont habituelles dans toutes les villes, et pas seulement dans lhémisphère sud, comme cela est indiqué dans le rapport sur lalimentation en eau et la santé publique du monde (publié par lOMS et UNICEF), établissant que la plupart des eaux résiduaires des zones urbaines reste non traitée (65% en Asie, 86% en Amérique latine et 100% en Afrique). La tâche à réaliser pour lhomme est de protéger les ressources en eau souterraine en sorte quelle reste disponible pour les habitants des villes dans le futur. Dans les prochaines 50 années, il faut sattendre à ce que la population urbaine saccroisse de 3 à 6 milliards de personnes selon les estimations des Nations Unies; aussi il est impératif de ne pas continuer à polluer les eaux souterraines sous les nouvelles zones urbaines en cours de construction. Dans cet article, nous analyserons la qualité des eaux souterraines et leur protection à la lumière des récents changements de politique de leau, cest-à-dire de la gestion de lalimentation en eau jusquà une gestion de la demande et en abordant éventuellement la période de gestion du recyclage.
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5.
An example of groundwater resources evaluation methodology by numerical modeling in the complex, unconsolidated, multi-aquifer system of the Swidnica area (~627 km2) is presented. In this study Groundwater Modeling System (GMS) was used to develop a conceptual model on the basis of data from several hundred boreholes and to calibrate a numerical, multi-aquifer model. A steady state calibration was performed using historical natural groundwater table (quasi-natural simulation) data and abundant pumping test transmissivity data. The calibrated recharge was first spatially distributed based on surface lithology and then adjusted until a good match between calculated and measured heads was obtained. The quasi-natural simulation budget input of ~165,000 m3/day consisted of 40.5% of lateral inflow from the SW fault model boundary, 34.5% of average net recharge from precipitation, 13% of infiltration from the Mietkowskie Lake and 12% of river infiltration. The budget output (the same as input) consisted of ~ 88% of river drainage and ~ 12% of lateral outflow. The final, abstraction-influenced simulation representing the current stationary condition was used to verify the model by cross referencing present well drawdowns with well abstractions and by comparison of the groundwater discharge to the rivers with the field baseflow measurements. In this simulation, the total well abstraction of ~53,000 m3/d resulted in 9% increase in overall water balance up to ~180,000 m3/day, 38% increased river infiltration, 24% reduced river drainage, 17% reduced lateral outflow and ~3 times increased downward leakage to the deepest, productive aquifer. The Swidnica study case shows an example, which analyzes an impact of well abstractions on the decline of groundwater table and river discharges, concluding that reserves of renewable water resources are still available. It shows also, that by setting up a conceptual model within the numerical model environment and by applying a quasi-3D solution, complex multi-aquifer systems can be well and efficiently modeled.
Resumen Se presenta un ejemplo de metodología de evaluación de recursos de aguas aubterráneas por medio de modelación numérica en el sistema multi-acuífero, complejo, no consolidado del área de Swidnica (~627 km2). Em este estudio se utilizó un sistema de modelamiento de aguas subterráneas (GMS) para desarrollar un modelo conceptual sobre la base de datos de varios cientos de pozos y para calibrar un modelo multi-acuífero numérico. Se llevó a cabo calibración de un estado constante mediante el uso de datos históricos del manto de aguas subterráneas (simulación casi natural) y de abundantes datos de transmisividad de las pruebas de bombeo. En primer lugar se distribuyó la recarga calibrada en base a la litología de superficie y luego se ajustó hasta obtener una buena correlación entre las cimas calculadas y las medidas. El casi natural presupuesto en la simulación de ~165,000 m3/día consistió de 40.5 % de influjo lateral del límite del modelo de la falla SO, 34.5% de recarga neta promedio de precipitación, 13 % de infiltración del lago Mietkowskie y 12% de infiltración de los ríos. El presupuesto de los productos (output) (igual que el input)consistió de ~ 88 % de drenaje de los ríos y ~ 12 % de flujo lateral. La simulación final, influida por la abstracción, que representa la condición estacionaria actual se utilizó para verificar el modelo mediante la verificación cruzada de los conos de abstracción actuales con abstracciones de los pozos y mediante la comparación de la descarga de aguas subterráneas a los ríos con las medidas de flujo de base de terreno. En esta simulación, la abstracción total de los pozos de ~53,000 m3/d dio como resultado un incremento de 9 % en el balance de gua total de hasta ~180,000 m3/día, un incremento de 38 % infiltración de los ríos, una reducción de 24 % del drenaje a los ríos, una reducción de 17 % del eflujo lateral y un incremento de ~3 veces de filtración hacia abajo al acuífero má profundo productivo. El caso de estudio Swidnica muestra un ejemplo que analiza el impacto de las instalaciones de abstraccion de pozos sobre el decrecimiento del mato de aguas subterráneas y descargas de ríos. Sin embargo, la conclusión es que las reservas de recursos aguas renovables están disponibles todavía. También muestra que los sistemas multi-acuíferos complejos se puede modelar eficientemente y satisfactoriamente al establecer un modelo conceptual dentro del ambiente de un modelo numérico y mediante la aplicación de soluciones casi 3D.
Resumé Un exemple méthodologique dévaluation des ressources en eau souterraine par modélisation numérique dun système aquifère multiple complexe et non-consolidé de la région de Swidnica (~627 km2) est présenté. Le système de modélisation de leau souterraine GMS (Groundwater Modeling System) est utilisé afin de développer un modèle conceptuel basé sur les données provenant de plusieurs centaines de puits, ainsi que pour caler le modèle numérique daquifère multiple. Une calibration en régime permanent a été effectuée en utilisant les données historiques du niveau naturel de la nappe phréatique (simulation quasi-naturelle) et les données de transmissivité provenant de nombreux essais de pompage. La recharge calibrée a été obtenue en utilisant dabord des valeurs spatiallement distribuées en fonction de la lithologie de surface qui ont par la suite été ajustées jusquà ce quune bonne correspondance entre les charges mesurées et simulées soit obtenue. Le bilan des intrants deau pour la simulation quasi-naturelle de ~165,000 m3/j est réparti comme suit: 40.5% provenant dentrée deau latérale le long de la limite sud-ouest du modèle qui représente une faille, 34.5% de recharge moyenne nette provenant des précipitations, 13% dinfiltration provenant du lac Mietkowskie et 12% dinfiltration provenant de rivières. Le bilan des extrants deau qui forme le même volume que les intrants est réparti entre ~88% de drainage par les rivières et ~12% découlement latéral. La simulation finale influencée par le captage qui représente les conditions actuelles a été utilisée afin de vérifier le modèle en comparant le rabattement actuel avec le captage des puits et en comparant lécoulement deau vers les rivières avec les valeurs découlement de base des rivières mesurées sur le terrain. Dans cette simulation, le total deau pompé (~53,000 m3/j) produit une augmentation de 9% dans le bilan deau total qui devient ~180,000 m3/j, une augmentation de 38% dinfiltration par les rivières, une réduction de 24% du drainage par les rivières, une réduction de 17% de lécoulement de sortie latéral et une augmentation denviron 3 fois du drainage vers le bas vers laquifère le plus productif. Létude de cas de Swidnica montre un exemple qui analyse limpact dinstallation de puits de captage sur le déclin de la nappe phréatique et sur la décharge dans les rivières, en concluant par contre, que les réserves en eau renouvelable sont toujours disponibles. Cet exemple montre également quen construisant un modèle conceptuel avec un environnement de modèle numérique et quen appliquant une solution quasi 3D, les systèmes multiaquifères complexes peuvent être bien et efficacement modélisés.
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6.
The Quaternary Aquifer of the North China Plain is one of the worlds largest aquifer systems and supports an enormous exploitation of groundwater, which has reaped large socio-economic benefits in terms of grain production, farming employment and rural poverty alleviation, together with urban and industrial water-supply provision. Both population and economic activity have grown markedly in the past 25 years. Much of this has been heavily dependent upon groundwater resource development, which has encountered increasing difficulties in recent years primarily as a result of aquifer depletion and related phenomena. This paper focuses upon the hydrogeologic and socio-economic diagnosis of these groundwater resource issues, and identifies strategies to improve groundwater resource sustainability.
Resumen El acuífero cuaternario de la Llanura Septentrional de China es uno de los mayores sistemas acuíferos del mundo y soporta una enorme explotación de su agua subterránea, las cuales han originado grandes beneficios socioeconómicos en términos de producción de grano, empleo en agricultura y mitigación de la pobreza rural, además de proveer agua para abastecimiento urbano e industria. Tanto la población como la actividad económica han crecido mucho en los últimos 25 años con una gran dependencia de las aguas subterráneas, que ha encontrado dificultades recientes por la explotación intensiva del acuífero y fenómenos relacionados. Este artículo se centra en la diagnosis hidrogeológica y socioeconómica de los problemas relacionados con las aguas subterráneas e identifica estrategias para mejorar la sustentabilidad de este recurco.
Résumé Laquifère Quaternaire de la Plaine du Nord de la Chine est lun des plus grands systèmes aquifères du monde; il permet une exploitation énorme deau souterraine, qui a permis des très importants bénéfices socio-économiques en terme de production de céréales, demplois ruraux et de réduction de la pauvreté rurale, en même temps que lapprovisionnement en eau potable et pour lindustrie. La population comme lactivité économique ont remarquablement augmenté au cours de ces 25 dernières années. Elles ont été sous la forte dépendance du développement de la ressource en eau souterraine, qui a rencontré des difficultés croissantes ces dernières années, du fait du rabattement de laquifère et des phénomènes associés. Cet article est consacré aux diagnostiques hydrogéologique et socio-économique des retombées de cette ressource en eau souterraine; il identifie les stratégies pour améliorer la pérennité des ressources en eau souterraine.
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A number of specific factors must be considered when dealing with groundwater in urban areas. Urbanization significantly affects the natural water cycle, both in terms of quantity and quality. In particular, the main contributors to recharge and discharge clearly differ from those in natural systems. Moreover, water can affect underground structures and infrastructure characteristics of cities such as basements, public transport services (trains, underground railways, etc.), and utility conduits. As a result, urban groundwater is emerging as a distinct branch of hydrogeology. The objective of this paper is to review some of the topics that are specific to urban groundwater. These include (1) fluctuations in groundwater levels caused by changes in land and water uses; (2) pollution problems caused by point or non-point sources in urban areas; (3) characterization and quantification of the components contributing to groundwater recharge and discharge; (4) specific characteristics of groundwater flow and solute transport models in urban areas; and (5) integration of data for sustainable urban water management. Some of these issues are illustrated for the particular case of Barcelona, where a comprehensive hydrogeological study has been carried out during the last few years by both the public and the private sectors.
Resumen Se debe considerar una serie de factores específicos al tratar las aguas subterráneas en áreas urbanas. El proceso de urbanización afecta el ciclo natural del agua de manera significativa tanto en lo que se refiere a cantidad como a calidad. En particular, los contribuyentes principales a la recarga y descarga claramente difieren de aquellos aplicables a los sistemas naturales. Es más, el agua puede afectar los estructuras subterráneas de las ciudades tales como sótanos, servicios de transporte público (trenes, trenes subterráneos) y los servicios básicos. Como resultado de esto, la hidrogeologia urbana está emergiendo como una rama específica de la hidrogeología. El objectivo de este artículo es revisar algunos de los temas que son específicos al agua subterránea urbana. Estos incluyen: 1) Fluctuaciones en los niveles de agua subterránea causados por cambios en los usos de terreno y del agua; 2) Problemas de contaminación causados por fuentes puntuales o no puntuales en áreas urbanas; 3) Caracterización y cuantificación de los componentes que contribuyen a la recarga y descarga de agua subterránea; 4) Características especificas de flujo de agua subterránea y modelos de transporte de solutos en áreas urbanas; y 5) Integración de datos para el manejo sostenible de agua urbana. Algunos de estos puntos se han ilustrados para el caso particular de Barcelona en donde se ha llevado a cabo un estudio hidrogeológico amplio durante los últimos años tanto por el sector privado como el público.
Résumé Une série de facteurs spécifiques doit être considérée lorsque leau souterraine en région urbaine est étudiée. Lurbanisation affecte significativement le cycle naturel de leau, autant du point de vue quantitatif que qualitatif. Plus particulièrement, les zones de recharge et de décharge diffèrent considérablement des systèmes naturels. Leau souterraine peut affecter les structures souterraines ainsi que les infrastructures municipales telles que les sous-sols, les systèmes de transport publique (trains, métros, ...) et les conduits de service. De ce fait, lhydrogéologie en milieu urbain émerge comme une branche distincte de lhydrogéologie classique. Lobjectif de cet article est de revoir certaines notions qui sont spécifiques à létude de leau souterraine en milieu urbain. Parmi ces notions : 1) les fluctuations de la nappe phréatique causées par des changements dans lutilisation du territoire et de leau, 2) les problèmes de pollution causés par des sources ponctuelles ou diffuses en milieu urbain, 3) la caractérisation et quantification des composants qui contribuent à la recharge et décharge des aquifères, 4) les caractéristiques spécifiques des modèles découlement de leau souterraine et de transport de solutés en milieux urbain, et 5) lintégration des données pour la gestion durable de leau en milieu urbain. Certaines de ces questions sont étudiées pour le cas particulier de la ville de Barcelone où une étude hydrogéologique complète a été menée au cours des dernières années par les secteurs privé et public.
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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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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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Subsurface water processes are common for planetary bodies in the solar system and are highly probable for exoplanets (planets outside the solar system). For many solar system objects, the subsurface water exists as ice. For Earth and Mars, subsurface saturated zones have occurred throughout their planetary histories. Earth is mostly clement with the recharge of most groundwater reservoirs from ample precipitation during transient ice- and hot-house conditions, as recorded through the geologic and fossilized records. On the other hand, Mars is mostly in an ice-house stage, which is interrupted by endogenic-driven activity. This activity catastrophically drives short-lived hydrological cycling and associated climatic perturbations. Regional aquifers in the Martian highlands that developed during past, more Earth-like conditions delivered water to the northern plains. Water was also cycled to the South Polar Region during changes in climate induced by endogenic activity and/or by changes in Mars orbital parameters. Venus very likely had a warm hydrosphere for hundreds of millions of years, before the development of its current extremely hot atmosphere and surface. Subsequently, Venus lost its hydrosphere as solar luminosity increased and a run-away moist greenhouse took effect. Subsurface oceans of water or ammonia-water composition, induced by tidal forces and radiogenic heating, probably occur on the larger satellites Europa, Ganymede, Callisto, Titan, and Triton. Tidal forces operating between some of the small bodies of the outer solar system could also promote the fusion of ice and the stability of inner liquid-water oceans.
Resumen Los procesos hídricos subsuperficiales son comunes en cuerpos planetarios del sistema solar y son altamente probables para exoplanetas (planetas fuera del sistema solar). Para muchos cuerpos del sistema solar, el agua subsuperficial existe como hielo. Para la Tierra y Marte han ocurrido zonas saturadas subsuperficiales a través de sus historias planetarias. La Tierra es principalmente generosa con la recarga de la mayoría de reservorios de aguas subterráneas a partir de amplia precipitación reconocida en condiciones transitorias calientes y heladas, tal y como aparece en los registros fósiles y geológicos. Por otro lado, Marte se encuentra principalmente en una etapa de cámara de hielo la cual es interrumpida por actividad de tipo endogénico. Esta actividad pone en funcionamiento catastróficamente ciclos hidrológicos de vida corta y perturbaciones climáticas asociadas. Acuíferos regionales en las montañas de Marte que se desarrollaron en el pasado en condiciones similares a la Tierra distribuyen agua a las planicies del norte. El agua ha sido transportada hacia el sur de la región polar durante cambios en el clima inducidos por actividad endogénica y/o cambios en los parámetros orbitales de Marte. Venus muy probablemente tuvo una hidrósfera caliente durante cientos de millones de años, antes de que se desarrollara su atmósfera y superficie actual extremadamente caliente. Subsecuentemente, Venus perdió su hidrósfera a medida que la luminosidad solar aumentó y un efecto de invernadero húmedo escapatorio se llevó a cabo. Océanos subsuperficiales de composición agua o amoniaco-agua, inducidos por fuerzas de marea y calentamiento radiogénico, probablemente ocurren en los satélites más grandes como Europa, Ganimeda, Callisto, Titan y Triton. Las fuerzas de marea que operan entre los cuerpos pequeños del sistema solar externo podrían también promover la fusión de hielo y la estabilidad de líquido interno-aguas de los océanos.
Résumé Les processus de subsurface impliquant leau sont communs pour les corps planétaires du système solaire et sont très probables sur les exoplanètes (planètes en dehors du système solaire). Pour plusieurs objets du systèmes solaire, leau de subsurface est présente sous forme de glace. Pour la Terre et Mars, les zones saturées de subsurface apparaissent à travers toute leur histoire planétaire. La Terre est particulièrement clémente avec la recharge des réservoirs, avec de amples précipitations, des conditions glaciaires et de fortes chaleurs, comme latteste les enregistrements géologiques et paléontologiques. Dun autre côté, Mars se trouve dans une phase essentiellement glaciaire, qui est interrompue par des activités contraintes par les phénomènes endogéniques. Cette activité conduit de manière catastrophique à des cycles hydrologiques et à des perturbations climatiques brutaux. Les aquifères régionaux dans les haute terres martiennes qui se sont formés dans des conditions similaires aux conditions terrestres, alimentent les plaines du Nord. Leau a également été déplacée vers le Pôle Sud martien durant des changements marqués par une forte activité endogénique et une modification des paramètres de lorbite de Mars. Venus possèdait vraisemblablement une hydrosphère chaude durant des millions dannée, avant le développement de son atmosphère et sa surface particulièrement chaude. Par après Venus a perdit son hydrosphère alors que la luminosité solaire augmentait et quune humidité liée à un effet de serre sinstallait. Les océans de subsurface deau ou deau ammoniacale, induits par les forces de marée et le chauffage radiogénique, apparaissent probablement sur les satellites les plus importants (Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Les forces de marée entre les petits corps externes du système solaire peuvent également occasionner la fusion de glace et la stabilité des océans internes deau liquide.
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Abstract The freshwater lens morphologies of the barrier islands Dog Island and St. George Island on the panhandle coast of Florida (FL), USA, are controlled to varying degrees by both natural and anthropogenic factors. Variable-density groundwater flow models confirm that spatial variability of recharge values can account for the observed lens asymmetry on these islands. The depth to the base of the lens does not vary significantly seasonally. Human development has altered recharge patterns in some areas, locally thinning the freshwater lens. Aqueduct water supply to St. George Island represents 7–25% of natural recharge; higher recharge rates are required to simulate the lens on St. George Island than on Dog Island. On both islands, coastal erosion rates are sufficiently rapid that the freshwater lens may not be in equilibrium with current boundary conditions.
Resumen Las morfologías de los lentes de agua dulce en las islas de barrera: Islas Dog y St. George, en la costa alargada y estrecha de Florida, EUA, están controladas en diferentes grados por factores antropogénicos y naturales. Los modelos de flujo con densidad variable del agua subterránea, confirman que la variabilidad espacial de los valores de recarga, pueden ser la causa de la asimetría observada en los lentes de estas islas. La profundidad hasta la base de los lentes no varía significativamente con las estaciones climáticas. El desarrollo humano ha alterado las tendencias de recarga en algunas áreas, causando adelgazamiento local de los lentes de agua dulce. El abastecimiento de agua del acueducto en la Isla St. George, representa entre 7% y 25% de la recarga natural; por otro lado se necesitan cantidades mayores de recarga para simular los lentes en la Isla St. George que en la Isla Dog. En ambas islas, las tasas de erosión costera son tan rápidas, que las lentes de agua dulce podrían no estar en equilibrio con las condiciones actuales de frontera.
Résumé La morphologie des lentilles deau douce des îles de Dog et de St. George, situés dans le district côtier de Florida-Etats Unis est contrôlé dans une mesure variable par des facteurs naturelles et humaines. Les modèles découlement à densité variable des eaux souterraines confirment que la variation spatiale de la recharge peut expliquer les asymétries observées des lentilles des cettes îles. La profondeur des lentilles ne présente pas des variations saisonnières importantes. Les activités humaines ont modifié la recharge dans certaines zones en amincissant localement les lentilles deau douce. Lalimentation en eaux de lîle de St. George représente 7–25% de la recharge naturelle; pour simuler les lentilles de lîle de Dog il a été nécessaire dintroduire des valeurs plus élevées de la recharge par rapport aux ceux utilisés pour lîle de St. George. Pour les deux îles lérosion côtière est assez rapide ainsi que les lentilles de eau douce ne sont pas en équilibre avec les conditions à la frontière.
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The Valle de Toluca aquifer, located in the Highlands of Mexico, is subject to intensive exploitation to meet the water demand in the valley, as well as for part of Mexico City. This intensive exploitation has produced a decline in groundwater level, land subsidence problems and a decrease in river and spring flows. This study is aimed at determining the extent to which the intensive groundwater abstraction is able to affect and modify the chemical characteristics of the water, using statistical techniques and historical data on the main physico-chemical parameters. Some changes in the chemical characteristics have been verified; initial water abstractions were mainly derived from a local flow zone (rainwater recharge and lateral flows from other aquifers), but currently the chemical characteristics are those of a regional flow zone, revealed by waters of sodium bicarbonate type. An increase in nitrate content has also occurred, although only occasionally is the limit for potable water (50 mg NO3- L-1) exceeded.
Resumen El acuífero del Valle de Toluca, localizado en el Altiplano Mexicano, se encuentra sometido a una intensa explotación para cubrir las necesidades de agua en el propio valle, así como parte de las de Ciudad de México. Los altos niveles de explotación han provocado el descenso del nivel piezométrico, problemas de subsidencia, disminución de caudales en ríos y desecación de manantiales. Este estudio pretender determinar en qué grado esta intensiva extracción del agua subterránea es capaz de afectar y modificar el quimismo del agua. Para ello se han empleado técnicas estadísticas y datos históricos de los principales parámetros físico-químicos. Se ha podido comprobar que existen algunos cambios en el quimismo, ya que, inicialmente, el agua extraída del acuífero estaba ligada en gran medida a un flujo local (recarga por agua de lluvia y por alimentación lateral desde otros acuíferos) mientras que ahora el quimismo es característico de un flujo regional, puesto de manifiesto por aguas de tipo bicarbonatado sódico. Adicionalmente, también se ha producido un aumento del contenido de nitratos, aunque sólo de forma ocasional se sobrepasa el límite para agua potable (50 mg NO3– L–1).
Résumé Laquifère Valle de Toluca, localisé dans les Hautes Terres du Mexique, est sujet à lexploitation intensive pour combler la demande importante en eau dans la vallée et dans une partie de Mexico. Cette exploitation intensive a causé une baisse importante des niveaux piézométriques, des problèmes daffaissement et de baisse de débits des sources et des rivières. Cette étude a pour objectif de déterminé la limite jusquà laquelle lexploitation intensive pourra affecté et modifié les caractéristiques chimiques de leau, en utilisant des techniques statistiques et des données historiques des principaux paramètres physico-chimiques. Certains changements des caractéristiques chimiques ont été vérifiés ; les premières eaux captées ont été compensées par dautres zones dalimentation (recharge par les eaux de pluie et écoulements latéraux venant dautres aquifères), mais couramment les caractéristiques chimiques sont bien ceux de la zone découlement régional, à faciès sodi bicarbonaté. Une augmentation des concentrations en nitrate est également mis en valeur, néanmoins la limite de potabilité (50 mg/l) est rarement dépassée.
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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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The relationship between the stable isotopic and chemical composition of precipitation and groundwater was studied in the Nuaimeh area of the Ajloun Highlands in Jordan. The isotopic composition values of precipitation and groundwater are almost identical. The spatial variation of stable isotopes in precipitation is mainly due to the effect of seasonal temperature, altitude and amount. The groundwater reveals identical variation in isotopic composition to the precipitation due to direct recharge and the karstic nature of the outcropping Turonian aquifer. Tritium levels in wells are high and their content is similar to the weighted mean value of tritium content in precipitation, indicating local recharge and low residence time. The 14C activity in the tritiated groundwater is found to be about half of the 14C activity of precipitation in the region. A geochemical evolution through dissolution of carbonate by water–carbonate rock interactions reduced the atmospheric 14C activity from 114 to 61 pmc in the groundwater. A 14C of around 61 pmc and 7.6 TU values are considered the initial concentration for the recharge in the shallow carbonate aquifer in the Yarmouk Basin. The large fluctuation of water level in observation wells during the rainy season indicates the sensitivity and direct response of the aquifer to the recharge. The chemical composition of the groundwater (Ca2+–HCO3–) gives emphasis to the short duration of water–rock interaction and indicates dissolution of the carbonate aquifer. The elevated concentrations of Cl– and NO3– in groundwater are attributed to anthropogenic sources.
Resumen Fue estudiada la relación entre la composición isotópica estable y la composición química, tanto de la precipitación como del agua subterránea, en el área de Nuaimeh en las montañas de Ajloun, en Jordania. Los valores de la composición isotópica de la precipitación y del agua subterránea son casi idénticos. La variación espacial de los isótopos estables en la precipitación, es debida principalmente al efecto de la temperatura estacional, a la altura y a la cantidad. El agua subterránea muestra una variación idéntica a la precipitación en cuanto a la composición isotópica, debido a la recarga directa y a la naturaleza cársica del acuífero Turoniano aflorante. Los niveles de tritio en los pozos son altos y su contenido es similar al valor medio ponderado del contenido de tritio en la precipitación, indicando una recarga local y un tiempo de residencia corto. Se ha encontrado que la actividad de 14C en el agua subterránea tritiada, es alrededor de la mitad de la actividad del 14C en la precipitación para la región. La evolución geoquímica ocurrida a partir de la disolución del carbonato, por las interacciones roca carbonatada–agua, redujeron la actividad atmosférica del 14C desde 114 en porcentaje de carbono moderno (pcm) hasta 61 pcm en el agua subterránea. Los valores del 14C cercanos a 61 pcm y de 7.6 unidades de tritio, se han considerado como las concentraciones originales para la recarga en el acuífero carbonatado somero de la Cuenca de Yarmouk. Una gran fluctuación en el nivel de agua de los pozos de observación, durante la estación lluviosa, indica la sensibilidad y la respuesta directa del acuífero frente a la recarga. La composición química del agua subterránea (Ca2+–HCO3–), enfatiza en la corta duración de la interacción de agua–roca, e indica disolución del acuífero carbonatado. La concentración elevada de Cl– y NO3– en el agua subterránea, se atribuye a fuentes antropogénicas.
Résumé Dans la région montagneuse dAjloun de Jordanie on a étudié la relation entre la composition chimique et isotopique des précipitations et des eaux souterraines. La composition isotopique est presque identique dans précipitations et les eaux souterraines. La variation spatiale de la teneur en isotopes stables dans les précipitations est déterminée en principal par les variations saisonnière de la température, laltitude ainsi que par la quantité des précipitations. A cause de la recharge directe et de la nature karstique des affleurements de laquifère dage touronienne, les eaux souterraines présentent la même composition isotopique que les précipitations. La teneur en 3H mesurée dans les forages présente des valeurs élevées, proches de la valeur moyenne des précipitations, ce quindique une recharge locale et un temps court de résidence. On a déterminé pour lactivité de 14C une valeur proche de la moitié trouvée dans les précipitations. Lévolution géochimique par dissolution des carbonates pendant linteraction entre leau et les roche a diminué lactivité du 14C, de la valeur de 114 pcm en atmosphère à 61 pcm dans les eaux souterraines. Dans laquifère calcaire de surface de bassin Yarmouk, on a considéré comme de concentrations initiales, les valeurs de 61 pcm pour 14C et 7.2 UT pour 3H. Les grandes fluctuations des niveaux des eaux souterraines observées dans les forages pendant les saisons pluvieux montrent la sensibilité ainsi que la réponse directe de laquifère au recharge. La composition chimique des eaux souterraines (Ca2+–HCO3–) montre de plus le temps court de linteraction entre leau et la roche, en indiquant aussi la dissolution de laquifère calcaire. Les taux élevées de la concentration en Cl– et NO3– dans les eaux souterraines ont été attribuées aux sources humaines.
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An integrated interpretation of field experimental cross-hole radar, tracer, and hydraulic data demonstrates the value of combining time-lapse geophysical monitoring with conventional hydrologic measurements for improved characterization of a fractured-rock aquifer. Time-lapse difference-attenuation radar tomography was conducted during saline tracer experiments at the US Geological Survey Fractured Rock Hydrology Research Site near Mirror Lake, Grafton County, New Hampshire, USA. The presence of electrically conductive saline tracer effectively illuminates permeable fractures or pathways for geophysical imaging. The geophysical results guide the construction of three-dimensional numerical models of ground-water flow and solute transport. In an effort to explore alternative explanations for the tracer and tomographic data, a suite of conceptual models involving heterogeneous hydraulic conductivity fields and rate-limited mass transfer are considered. Calibration data include tracer concentrations, the arrival time of peak concentration at the outlet, and steady-state hydraulic head. Results from the coupled inversion procedure suggest that much of the tracer mass migrated outside the three tomographic image planes, and that solute is likely transported by two pathways through the system. This work provides basic and site-specific insights into the control of permeability heterogeneity on ground-water flow and solute transport in fractured rock.
Resumen Una interpretación integrada de radar experimental de campo transversal a pozos, trazadores, y datos hidráulicos demuestra el valor de combinar el monitoreo geofísico realizado en periodos de tiempo con mediciones hidrológicas convencionales en la caracterización mejorada de un acuífero rocoso fracturado. Se llevó a cabo tomografía de radar por periodos de tiempo y diferencia de atenuación durante un experimento con trazadores salinos en el sitio de investigación hidrológica de roca fracturada del Servicio Geológico de Estados Unidos cerca del Lago Espejo, Condado Grafton, New Hampshire, USA. La presencia del trazador salino eléctricamente conductivo refleja efectivamente fracturas permeables o trayectorias para imágenes geofísicas. Los resultados geofísicos orientan la construcción de modelos numéricos tri-dimensionales de flujo de agua subterránea y transporte de solutos. En un esfuerzo por explorar explicaciones alternativas para los datos tomográficos y trazadores se considera un conjunto de modelos conceptuales que involucran campos de conductividad hidráulica heterogéneos y transferencias de masa de ritmo limitado. La calibración de datos incluye concentraciones de trazadores, el tiempo de llegada de la concentración pico en la salida, y presión hidráulica en régimen permanente. Los resultados del procedimiento de acoplamiento invertido sugieren que mucho de la masa del trazador migró fuera de los tres planos de imagen tomográfica, y que el soluto es probablemente transportado por dos trayectorias a través del sistema. Este trabajo aporta ideas básicas y específicas del sitio en relación con el control de la heterogeneidad de permeabilidades en el flujo de agua subterránea y transporte de solutos en rocas fracturadas.
Résumé Une interprétation intégrée détudes de terrain (radar entre puits, traçages, données hydrauliques) démontre la valeur de la combinaison entre la géophysique des temps finis et les mesures hydrologiques conventionnelles pour une interprétation améliorée dun aquifère de roche fracturée. La tomographie au radar a été mise en uvre durant un traçage artificiel au sel au site de recherche sur lhydrologie des roches fracturées du Service Géologique des US, à proximité du Lac Mirror, Conté de Grafton, Nouvel Hampshire, USA. La présence du traceur électriquement conducteur met en relief, grâce à la géophysique, la présence de fractures ou découlements préférentiels. Les résultats de la géophysique ont permis la construction de modèle hydrogéologique tri-dimensionnel des écoulements et du transport de soluté. Dans loptique dexplorer des interprétations alternatives des données de traçage et de tomographie, différents modèles conceptuels sont utilisés concernant lhétérogénéité des conductivités hydrauliques et des taux limités de transferts de solutés. Les données du calibrage incluent les données de concentration du traceur, le temps darrivée du pic de restitution et les données piézométriques en régime permanent. Les résultats de la procédure dinversion couplée suggèrent quune quantité très importante du traceur migre au delà de la fenêtre de visualisation des tomographies, et que le soluté est transporté via deux voies découlement préférentiel. Ce travail apporte des connaissances de base et spécifiques au site concernant la distribution de la perméabilité dans laquifère et le transport de soluté dans les roches fracturées.
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A simulation program, which works seamlessly with GIS and simulates flows in coastal aquifers, is presented in the present paper. The model is based on the Galerkin finite element discretization scheme and it simulates both steady and transient freshwater and saltwater flow, assuming that the two fluids are separated by a sharp interface. The model has been verified in simple cases where analytical solutions exist. The simulation program works as a tool of the GIS program, which is the main database that stores and manages all the necessary data. The combined use of the simulation and the GIS program forms an integrated management tool offering a simpler way of simulating and studying saline intrusion in coastal aquifers. Application of the model to the Yermasogia aquifer illustrates the coupled use of modeling and GIS techniques for the examination of regional coastal aquifer systems.
Resumen Se ha desarrollado un modelo casi tridimensional de elementos finitos para simular el flujo de agua dulce y salada, tanto en régimen estacionario como en transitorio, en sistemas acuíferos costeros, bajo la hipótesis de separación por medio de una interfaz abrupta. Las ecuaciones del modelo han sido discretizadas mediante un esquema de Galerkin de discretización en elementos finitos. El modelo ha sido verificado en casos sencillos para los que existe solución analítica. Todos los datos necesarios se introducen y gestionan con un Sistema de Información Geográfica [SIG] por ordenador. El programa de simulación forma parte del programa de SIG, constituyendo una herramienta integrada de gestión para estudiar la intrusión salina en acuíferos costeros. La aplicación del modelo al acuífero de Yermasogia ilustra el uso acoplado de las técnicas de modelación y de SIG con el fin de examinar sistemas acuíferos costeros a escala regional.
Résumé Pour étudier un système aquifère côtier, nous avons développé un modèle aux éléments finis en quasi 3-D qui simule les écoulements deau douce et deau salée en régime aussi bien permanent que transitoire. Les équations qui les régissent sont discrétisées par un schéma de discrétisation de Garlekin aux éléments finis. Le modèle a été vérifié dans des cas simples où il existe des solutions analytiques. Toutes les données nécessaires sont introduites et gérées grâce à un logiciel de gestion de SIG. Le programme de simulation est utilisé comme un outil du logiciel de SIG, constituant ainsi un outil de gestion intégrée dont le but est de simuler et détudier lintrusion saline dans les aquifères côtiers. Lapplication du modèle à laquifère de Yermasogia illustre lutilisation couplée de la modélisation et des techniques de SIG pour létude des systèmes aquifères côtiers régionaux.
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Dealing with spatial heterogeneity   总被引：16，自引：5，他引：11  
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A regional hydrogeochemical model was developed to evaluate the geochemical evolution of different groundwaters in an alluvial aquifer system in the Interior of Oman. In combination with environmental isotopes the model is able to extract qualitative and quantitative information about recharge, groundwater flow paths and hydraulic connections between different aquifers. The main source of water to the alluvial aquifer along the flow paths of Wadi Abyadh and Wadi Muaydin in the piedmont is groundwater from the high-altitude areas of the Jabal Akhdar and local infiltration along the wadi channels. In contrast, the piedmont alluvial aquifer along Wadi Halfayn is primarily replenished by lateral recharge from the ophiolite foothills to the east besides smaller contributions from the Jabal Akhdar and local infiltration. Further down gradient in the Southern Alluvial Plain aquifer a significant source of recharge is direct infiltration of rain and surface runoff, originating from a moisture source that approaches Oman from the south. The model shows that the main geochemical evolution of the alluvial groundwaters occurs along the flow path from the piedmont to the Southern Alluvial Plain, where dedolomitization is responsible for the observed changes in the chemical and carbon isotope composition in these waters.
Resumen Un modelo hidrogeoquímico regional fue desarrollado, para evaluar la evolución geoquímica de diferentes aguas subterráneas en un sistema acuífero aluvial ubicado en el interior de Omán. El modelo, en combinación con isótopos ambientales, es capaz de obtener información cualitativa y cuantitativa sobre recarga, direcciones de flujo de agua subterránea y sobre las conexiones hidráulicas entre diferentes acuíferos. La fuente principal de agua para el acuífero aluvial en el piedemonte son las aguas subterráneas, a lo largo de las direcciones de flujo del Wadi Abyadh y del Wadi Muaydin, desde las áreas de gran altura de Jabal Akhdar y como infiltración local a lo largo de los canales del wadi. En contraste, el acuífero aluvial del piedemonte a lo largo del Wadi Halfayn, esta alimentado principalmente por recarga lateral desde las partes bajas de las montañas de ofiolitas hacia el Este, además por pequeñas contribuciones desde el Jabal Akhdar e infiltración local. Siguiendo gradiente abajo en el acuífero de la Llanura Aluvial del Sur, allí tanto la infiltración directa de lluvia, como la escorrentía superficial constituyen fuentes significativas de recarga, las cuales se originan en una fuente de humedad que llega a Omán proveniente del Sur. El modelo muestra, que la evolución geoquímica principal de las aguas subterráneas en el aluvión, sucede a lo largo de la dirección de flujo, que va desde el piedemonte hacia la Llanura Aluvial Sur, en donde el proceso de des-dolomitización es el responsable de los cambios observados en la composición química y también del contenido de isótopos de carbono en estas aguas.
Résumé On a développé un modèle régional hydrogéochimique pour évaluer lévolution géochimique des différentes eaux souterraines dans le système aquifère de lintérieur dOman. Avec la contribution des isotopes denvironnement, le modèle est capable de fournir des informations qualitatives et quantitatives sur la recharge, les directions découlement et sur les connections hydrauliques entre les différents aquifères du système. La source principale pour laquifère situé au long de la direction découlement des oueds de Abdyah et de Muaydin dans le piémont est leau souterraine provenant des zones de haute altitude de Jabal Akhbar ainsi que linfiltration locale au long des canaux de loued. Par contre, à part dune petite contribution provenant des infiltrations locaux et de Jabal Akhbar, l aquifère alluvial de Wadi Halfayan est en principal alimenté par la recharge latérale provenant des ophiolites situées dans la partie est. Les plus importantes sources de recharge dans laval de laquifère de la Plaine Alluviale sont linfiltration directe et le ruissellement provenant dune source dhumidité qui sapproche dOman par le sud. Le modèle montre que la principale évolution géochimique se produise au long de la direction découlement qui part de piémont de la Plaine Alluviale du Sud, où le procès de dédolomisation est responsable pour les changements observés dans la composition géochimique et en carbone des eaux.
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20.
The Alvand River basin, situated in the northwest of the Zagros mountain range, Iran, drains carbonate aquifers through some important karst springs. The physical, chemical and isotopic characteristics of spring water were studied for two years in order to assess the origin of groundwater and determine the factors driving the geochemical composition. Principal components analysis was used to identify the main factors controlling the water chemistry. Two groups of springs were identified: (1) low mineralisation, ion concentration, especially sulphate, low temperature, light isotope composition and high elevation of the recharge area, and (2) moderate to high mineralisation, especially sulphate, higher temperature, heavy isotope composition and low altitude of the recharge area. The main factors controlling the groundwater composition and its seasonal variations are the geology, because of the presence of evaporite formations, the elevation and the rate of karst development. In both groups, the carbonate chemistry is diagnostic of the effect of karst development. The supersaturation with respect to calcite indicates CO2 degassing, occurring either inside the aquifer in open conduits, or at the outlet in reservoirs. The undersaturation with respect to calcite shows the existence of fast flow and short residence-time conditions inside the aquifer. A PCA analysis showed that, contrary to most developed karst systems, where dilution occurs during the wet season, leaching of the gypsum-bearing Gachsaran Formation by rainwater produced higher mineralisation.
Resumen La cuenca del río Alvand, situada en el noreste de la cadena montañosa Zagros drena acuíferos compuestos por carbonatos a través de manantiales kársticos. Durante dos años se estudiaron las características físicas, químicas e isotópicas del agua de manantial con el objetivo de determinar el origen del agua subterránea y de los factores que controlan su composición geoquímica. Se utililizó el análisis de componentes principales para identificar los factores principales que controlan la química del agua. Se identificaron dos grupos de mantaniales: (1) de baja mineralización, concentración de iones especialmente sulfatos, y baja temperatura, composición de isotopos livianos y elevación alta del área de recarga, y (2) mineralización moderada y alta, especialmente, sulfatos, y temperatura más alta, composición de isotopos pesados y altitud más baja del agua de recarga. Los factores principales que controlan la composición del agua subterránea y sus variaciones estacionales son la geología debido a la presencia de formaciones evaporitas, la elevación y la tasa a la que se desarrolla el karst. En ambos grupos la química de los carbonatos es un diagnóstico del efecto del desarollo de la estructura kárstica. La supersaturación con respecto a la calcita indica presencia de CO2 que está en proceso de degasificación que ocurre dentro de acuífero en conductos abiertos o a la salida en reservorios. La subsaturación en lo referente a la calcita muestra la existencia de flujo rápido y de tiempos cortos de residencia al interior del acuífero. El análisis de componentes principales muestra que a diferencia de la mayor parte de sistemas kársticos en donde la dilución ocurre durante la temporada de lluvias, la lixiviación de la formación Gachsaran que contiene yeso a causa de lluvia produce mineralizaciones más altas.
Résumé Le bassin de la rivière Alvand, situé dans le nord-ouest de la chaîne de montagne Zagros, draine des aquifères carbonatés par le biais dun important réseau de sources karstiques. Les caractéristiques physiques, chimiques et isotopiques de leau provenant des sources ont été étudiées pendant deux ans afin de déterminer lorigine de leau souterraine et les facteurs responsables de sa composition chimique actuelle. Lanalyse des éléments chimiques majeurs a été utilisée pour identifier les processus qui contrôlent la composition chimique de leau. Deux groupes différents de sources ont été identifiés: (1) faible minéralisation et concentration en ions, spécialement en sulfates, faible température, composition isotopique légère et haute élévation de la zone de recharge, et (2) minéralisation moyenne à élevée, particulièrement en sulfates, température élevée, composition isotopique lourde et plus basse altitude de la zone de recharge. Les facteurs principaux qui contrôlent la composition et la variation saisonnière de leau souterraine sont la géologie, en raison de la présence dévaporites, lélévation et le taux de développement des karsts. Dans les deux groupes, la teneur en carbonates est un diagnostic de leffet du développement de la structure des karsts. La sursaturation par rapport à la calcite indique un dégazage en CO2 qui a lieu soit à lintérieur de laquifère, dans les conduits ouverts, ou à sa sortie, dans les réservoirs. La sous-saturation par rapport à la calcite indique lexistence dun écoulement rapide et un faible temps de résidence dans laquifère. Une analyse des éléments chimiques majeurs a démontré que contrairement aux systèmes de karst les mieux développés où la dilution a lieu lors de la saison humide, le lessivage du gypse de la formation de Gachsaran par leau de pluie produit une minéralisation plus élevée.
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