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1.
Visual MODFLOW, a numerical groundwater flow model, was used to evaluate the impacts of groundwater exploitation on streamflow depletion in the Alluvium and Terrace aquifer of the Beaver-North Canadian River (BNCR) in northwestern Oklahoma, USA. Water demand in semi-arid northwestern Oklahoma is projected to increase by 53% during the next five decades, driven primarily by irrigation, public water supply, and agricultural demand. Using MODFLOW’s streamflow routing package, pumping-induced changes in baseflow and stream leakage were analyzed to estimate streamflow depletion in the BNCR system. Simulation results indicate groundwater pumping has reduced baseflow to streams by approximately 29% and has also increased stream leakage into the aquifer by 18% for a net streamflow loss of 47%. The magnitude and intensity of streamflow depletion, however, varies for different stream segments, ranging from 0 to 20,804 m3/d. The method provides a framework for isolating and quantifying impacts of aquifer pumping on stream function in semiarid alluvial environments.
Résumé  Visual MODFLOW, un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines, a été utilisé pour évaluer les impacts de l’exploitation de l’eau souterraine sur la réduction du régime de la rivière dans un aquifère d’alluvions et de terrasse de la Rivière canadienne Beaver-North (BNCR) au nord-ouest de l’Oklahoma, aux USA. La demande d’eau dans le nord-ouest semi-aride de l’Oklahoma devrait augmenter de 53% durant les cinq prochaines décennies, essentiellement du fait de l’irrigation, la demande en eau potable et la demande agricole. En utilisant le module numérique traitant les rivières dans MODFLOW, les changements sur le régime de base des cours d’eau induits par le pompage et la recharge par la rivière ont été analysés pour estimer la réduction du régime de la rivière du système BNCR. Les résultats de la simulation indiquent que le pompage de l’eau souterraine réduit le débit de base de la rivière de 18% pour une perte nette du débit de la rivière de 47%. L’importance et l’intensité de la réduction du débit de base, toutefois, varie selon le bief, de 0 à 20,840 m3/d. La méthode apporte un cadre pour isoler et quantifier les impacts sur le pompage de l’aquifère sur le fonctionnement de la rivière dans un environnement alluvial semi-aride.
Resumen  El Visual MODFLOW, que es un modelo numérico de flujo de agua subterránea, fue usado para evaluar los impactos de la explotación del agua subterránea, en la disminución de la cantidad de flujo de una corriente superficial, relacionada al acuífero del aluvión y de la terraza del Río canadiense Beaver-North (BNCR) en Oklahoma del noroeste, EUA. Se proyecta que la demanda de agua aumentará en un 53%, en el sector semiárido de Oklahoma del noroeste, durante las próximas cinco décadas, principalmente debido a la irrigación, suministro de agua público, y la demanda agrícola. Mediante el uso del paquete especial para relaciones corriente superficial- acuífero (SFR) de MODFLOW, se analizaron cambios inducidos por el bombeo, tanto en el flujo base, como en el goteo del río, para estimar la disminución del flujo de la corriente en el sistema de BNCR. Los resultados de la simulación indican, que el bombeo de agua subterránea ha reducido el flujo base a los arroyos aproximadamente en un 29% y también ha aumentado el goteo del arroyo hacia el acuífero en 18%, resultando una pérdida neta del flujo del río de un 47%. La magnitud e intensidad de la disminución del flujo del río, sin embargo, varía en sus diferentes segmentos, oscilando de 0 a 20,804 m3/d. El método suministra un marco, para aislar y cuantificar los impactos del bombeo del acuífero, sobre el funcionamiento de una corriente superficial en los ambientes aluviales semiáridos.
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2.
Regional brines that underlie the potable groundwater appear to be responsible for the increase in dissolved solids in the Wadi Al Bih aquifer in the Ras Al Khaimah Emirate, United Arab Emirates. In this karstic carbonate aquifer, groundwater extraction exceeds recharge and the reduced heads can induce transport of underlying brines into the potable water aquifer. Increasing dissolved solids with time threatens the continued use of groundwater for agricultural and domestic uses. The potential of intrusion of seawater, dissolution of minerals, or intrusion of regional brines as a source of these solutes were evaluated based on groundwater samples collected in April and September 1996 from the Wadi Al Bih well field and isotope data from previously collected samples. Hydrogeologic conditions and solute modeling suggest the dominant source of solutes in the Wadi Al Bih aquifer is most likely an underlying regional brine. The pervasive presence of tritium is consistent with recent (since 1960s) recharge in the drainage basin, thus, the solutes and water appear to be from different sources. The chemical and isotopic data are also consistent with enhanced groundwater recharge associated with dams constructed to reduce flooding.
Résumé Dans l’aquifère de Wadi Al Bih, dans l’Emirat de Ras Al Khaimah (Emirats Arabes Unis), les eaux sursalées présentes sous les eaux souterraines potables paraissent responsables de l’augmentation en solides dissous. Dans cet aquifère carbonaté karstique, l’exploitation des eaux souterraines est supérieure à la recharge, et la baisse des niveaux piézométriques peut engendrer une remontée des eau sursalées vers la ressource en eau potable. L’augmentation des solides dissous dans le temps met en danger la pérennité de l’utilisation des eaux souterraines pour l’agriculture et les besoins domestiques. Les potentiels de l’intrusion d’eau de mer, de la dissolution des minéraux et de l’intrusion d’eaux sursalées régionales en tant que sources de ces solutés ont été évalués sur la base d’échantillons prélevés en avril 1996 sur le champ captant de Wadi Al Bih, et de données isotopiques acquises antérieurement. Les conditions hydrogéologiques et les modélisations de solutés suggèrent que la source majeure des solutés la plus vraisemblable est une eau sursalée sous-jacente à l’échelle régionale, dans le cas de l’aquifère de Wadi Al Bih. L’omniprésence du tritium concorde avec une réalimentation récente (depuis les années 1960) sur le bassin versant, c’est pourquoi l’eau et les solutés paraissent provenir de sources différentes. Les données chimiques et isotopiques concordent également avec une réalimentation accrue des eaux souterraines, liée à la construction récente de digues pour réduire les inondations.
Resumen El incremento de sólidos disueltos en el acuífero Wadi Al Bih, en el Emirato Ras Al Khaimah, Emiratos árabes Unidos, parece deberse a la existencia de salmueras regionales, subyacentes a las aguas subterráneas potables. En este acuífero carbonatado kárstico, la extracción de agua subterránea supera la recarga y el descenso de niveles puede provocar el transporte de las salmueras hacia las aguas potables del acuífero. El incremento temporal en sólidos disueltos amenaza el uso continuo de agua subterránea para usos agrícolas y domésticos. Se ha evaluado el potencial de intrusión marina, disolución de minerales o intrusión de salmueras regionales como una fuente de estos solutos, a partir de muestras de agua subterránea recogidas en abril y septiembre de 1996 en el campo de pozos de Wadi Al Bih y de datos isotópicos de muestreos anteriores. Las condiciones hidrogeológicas y el modelo de solutos sugiere que la fuente dominante de solutos en el acuífero Wadi Al Bih son probablemente las salmueras subyacentes. Los datos químicos e isotópicos son también consistentes con un aumento de la recarga de agua subterránea asociado con la construcción de presas para reducir inundaciones.
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3.
Long-term time series data of aquifer recharge, groundwater extraction, and discharge are used to estimate aquifer storage capacity and maximum annual yield. Aquifer storage capacity is defined as the maximum volume of water that can be stored in an aquifer. It is estimated using a transient water-balance approach. The maximum annual yield is defined as the maximum combined groundwater extraction plus discharge that can be sustained in an aquifer judged by the historical record of recharge. It is determined according to a graphical mass-curve method. These two quantities are useful in aquifer characterization and groundwater management, the apportionment of groundwater rights and aquifer storage and recovery operations being two frequent applications. Time series data from the Edwards Aquifer, Texas, USA, illustrate the application of the methods presented.
Résumé Des données sur le long terme de la recharge d’aquifère, de l’exploitation de l’eau souterraine et de la vidange sont utilisées pour estimer la capacité d’emmagasinement de l’aquifère et la capacité annuelle maximum. La capacité d’emmagasinement de l’aquifère est définit comme le volume maximum de l’eau qui peut être emmagasinée dans le réservoir. Elle est estimée en utilisant une approche par bilan hydrologique en transitoire. La capacité annuelle maximum est définit comme la combinaison de l’extraction de l’eau souterraine et de la vidange, combinaison qui peut être jugée durable ou non au regard de l’examen des valeurs de recharge. Elle est déterminée au moyen d’une méthode de courbe des valeurs cumulées. Ces deux quantités sont très utiles pour caractériser les aquifères et pour gérer les eaux souterraines, l’imputation des droits aux eaux souterraines, et du fait que les opérations de recharge des aquifères et de récupération sont très fréquentes. Les données temporelles provenant de l’aquifère Edwards, Texas, USA, illustrent l’application de la méthode présentée.
Resumen Para estimar la capacidad de almacenamiento de un acuífero y su rendimiento máximo anual, se han utilizado series temporales largas de datos de recarga al acuífero, de extracciones de agua subterránea y de descarga. La capacidad de almacenamiento de un acuífero se define como el volumen máximo de agua que puede ser almacenado en el mismo. Se estima utilizando una aproximación con un balance de agua en régimen transitorio. El rendimiento máximo anual se define como el máximo resultante de la combinación de la extracción de aguas subterráneas y la descarga que puede ser sostenido por un acuífero según los registros históricos de recarga y se define según un método gráfico masa-curva. Estos dos valores son útiles en la caracterización de los acuíferos y en la gestión de las aguas subterráneas, el reparto de los derechos sobre las aguas subterráneas y las operaciones de almacenaje y recuperación de los acuíferos, que son dos aplicaciones frecuentes. Las series de tiempo para el Acuífero Edwards, Texas, USA, ilustra la aplicación de los métodos presentados.
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4.
The groundwater wells in the Ramtha region of Jordan are tapping three aquifers: the upper, intermediate and deep aquifers. The upper aquifer groundwater is tritiated and its stable isotopic composition varies over a wide range. This signifies short residence times and local recharge from an elevation around 600 m above sea level. The groundwater of the upper aquifer has an elevated level of , which is attributed to anthropogenic sources. The intermediate and deep aquifers are untritiated and have long residence times. The stable isotope results signify a recharge elevation for the intermediate aquifer higher than that for the upper aquifer. Stable isotopes in groundwater from both aquifers clustered along the eastern meteoric water line and demonstrate association with the dominant climate of Jordan. The groundwater of the intermediate aquifer is classified as Ca2+- , which reflects circulation through a carbonate aquifer. There is evidence that leakage from the upper aquifer has influenced the isotopic and chemical makeup of the groundwater in an intermediate aquifer well. The groundwater of the deep aquifer has the highest temperature in the basin and its isotopic composition is much more depleted than both the upper and intermediate aquifers and plots on the global meteoric water line.
Résumé  Les puits de la région de Ramtha en Jordanie captent trois aquifères : les aquifères supérieur, intermédiaire et profond. L’eau de l’aquifère supérieur est tritiée et sa composition en isotopes stables varie dans un large intervalle. Ceci signifie des temps de séjour courts et une recharge locale à une altitude d’environ 600 mètres au-dessus du niveau de la mer. L’eau de l’aquifère supérieur a une teneur en élevée, qui est attribuée à des origines anthropiques. Les aquifères intermédiaire et profond ne sont pas tritiés et ont des temps de séjour longs. Les valeurs des isotopes stables indiquent une altitude de recharge pour l’aquifère intermédiaire plus élevée que pour l’aquifère supérieur. Les isotopes stables de l’eau des deux aquifères groupés le long de la droite des eaux météoriques orientale démontrent une relation avec le climat prédominant en Jordanie. L’eau de l’aquifère intermédiaire est de type Ca2+-, ce qui traduit une circulation dans un aquifère carbonaté. Il est évident qu’un apport de l’aquifère supérieur a influencé la composition isotopique et chimique da l’eau d’un puits dans l’aquifère intermédiaire. L’eau de l’aquifère profond a la température la plus élevée dans le bassin et sa composition isotopique est bien plus déprimée que dans les deux aquifères supérieur et intermédiaire et se situe sur la droite globale de l’eau météorique.
Resumen  Las perforaciones en la región de Ramtha de Jordania atraviesan tres acuíferos: los acuíferos superior, intermedio y profundo. El agua del acuífero superior contiene tritio y su composición isotópica varía en un rango amplio. Esto se interpreta como aguas de corto período de residencia recargadas localmente en una zona elevada a unos 600 m sobre el nivel del mar. El agua del acuífero superior posee elevadas concentraciones de , de origen antropogénico. Las aguas de los acuíferos intermedio y profundo no contienen tritio y su período de residencia es largo. Los resultados de las concentraciones de isótopos estables sugieren que la recarga del acuífero intermedio proviene de alturas mayores que las correspondientes al acuífero superior. Los datos de isótopos estables de ambos acuíferos se agrupan a lo largo de la Línea Meteórica Este, y demuestra su asociación con el clima predominante en Jordania. El agua subterránea del acuífero intermedio se clasifica como Ca2+-, lo que refleja su circulación a través de un acuífero carbonático. Hay evidencias que las filtraciones desde el acuífero superior han influenciado las características químicas e isotópicas del acuífero intermedio. Las aguas del acuífero profundo son las de mayor temperatura en la cuenca, su composición isotópica es más reducida que aquella de los acuíferos superior e intermedio, y su posición gráfica se aproxima a la Línea Meteórica Mundial.
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5.
Aquifers are generally composed of highly permeable layers that can conduct a considerable amount of groundwater. Traditionally, aquifer units are correlated through the concept of lithostratigraphy. For low-permeable aquifers, it is difficult to define the spatial distribution of hydrogeological units, and this study attempts to use geochemical modeling to identify the groundwater flow paths in an area of Taiwan. Multiple geochemical analyses, including groundwater chemistry; stable isotopic compositions of hydrogen, oxygen and carbon; and radiocarbon contents were performed. Using these parameters as the constraints of geochemical models, the hydraulic connection was examined between pairs of possibly interlinked wells along four selected cross sections, and the conceptual groundwater model was accordingly established. The resultant model suggests that the hydraulic connection between aquifers should be correlated with the concept of chronological stratigraphy, especially for low-permeable, unconsolidated aquifers. Using Darcy’s law, the hydraulic conductivities of the fine-sand aquifers were estimated to be between 3.14 × 10−5 and 1.80 × 10−4 m/s, which are roughly one order of magnitude higher than those derived by in situ pumping tests. The substantial extraction of groundwater over a long period in the studied area could accelerate groundwater flow, leading to an overestimation of the aquifer permeability.

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Résumé En règle générale, les aquifères sont constitués de couches très perméables capables de conduire des quantités d’eau considérables. Les unités aquifères sont traditionnellement corrélées d’un point de vue lithostratigraphique. Dans le cas des aquifères à faible perméabilité, il s’avère difficile de définir une distribution spatiale des unités hydrogéologiques, et cette étude tente d’utiliser la modélisation géochimique pour identifier les cheminements des eaux souterraines dans un secteur de Taiwan. Plusieurs analyses géochimiques ont été réalisées ; elles incluent la chimie des eaux souterraines, les isotopes stables de l’hydrogène, de l’oxygène et du carbone et l’abondance en carbone 14. En utilisant ces paramètres comme contraintes pour les modèles géochimiques, les liaisons hydrauliques entre les puits potentiellement interconnectés ont été étudiées deux par deux, le long de quatre coupes présélectionnées, et le modèle conceptuel a été établi en conséquence. Ce modèle résultant suggère que les connexions hydrauliques inter-aquifères devraient être corrélées avec les concepts stratigraphiques, surtout pour les aquifères non consolidés à faible perméabilité. Les perméabilités dans les aquifères de sables fins ont été estimées par la loi de Darcy entre 3.14 × 10−5 et 1.80 × 10−4 m/s, soit environ un ordre de grandeur au-dessus de celles issues des tests de pompage sur site. L’exploitation substantielle des eaux souterraines sur une longue période dans la zone d’étude peut accélérer les écoulements souterrains, menant à une surestimation de la perméabilité de l’aquifère.
Resumen Los acuíferos están generalmente compuestos de capas muy permeables que pueden conducir una cantidad considerable de agua subterránea. Tradicionalmente, se ponen en correlación las unidades acuíferas a través del concepto de litoestratigrafía. Para los acuíferos de baja-permeabilidad, es difícil de definir la distribución espacial de unidades hidrogeológicas y este estudio intenta usar modelamiento geoquímico para identificar las direcciones del flujo de agua subterránea en un área de Taiwán. Se realizó el análisis geoquímico múltiple, incluyendo la química del agua subterránea, la composición de isótopos estables de hidrógeno, oxígeno y carbono, y el contenido de radiocarbono. Usando estos parámetros como limitantes de modelos geoquímicos, la conexión hidráulica se examinó entre pares de pozos posiblemente interrelacionados, a lo largo de cuatro cortes transversales seleccionados y de acuerdo con esto se estableció el modelo conceptual del agua subterránea. El modelo resultante sugiere que la conexión hidráulica entre los acuíferos deba interrelacionarse con el concepto de estratigrafía cronológica, sobre todo para los acuíferos sin consolidar de baja permeabilidad. Usando la ley de Darcy, se estimaron las conductividades hidráulicas de los acuíferos de arena fina obteniendo valores entre 3.14 × 10−5 y 1.80 × 10−4 m/s, las cuales son aproximadamente un orden de magnitud mayor, que aquéllos obtenidos in situ por las pruebas de bombeo. La extracción considerable de agua subterránea durante un periodo largo en el área estudiada, podría acelerar el flujo de agua subterránea, llevando a una sobrestimación de la permeabilidad en los acuíferos.
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6.
A hydrogeological and hydrochemical study was conducted on a shallow alluvial aquifer, Wadi Wajj, in western Saudi Arabia to assess the influence of protection measures on groundwater quality. The hydrochemistry was assessed up-gradient and down-gradient from potential contamination sources in the main city in dry and wet seasons prior to and after the installation of major drainage and wastewater facilities. Wadi Wajj is an unconfined aquifer where water is stored and transmitted through fractured and weathered bedrock and the overlying alluvial sediments. Natural recharge to the aquifer is about 5% of rainfall-runoff. Hydrochemistry of the aquifer shows temporal and seasonal changes as influenced by protection measures and rainfall runoff. Both groundwater and runoff showed similar chemical signature, which is mostly of chloride-sulfate-bicarbonate and sodium-calcium type. Groundwater downstream of the city, though of poorer quality than upstream, showed significant improvement after the installation of a concrete runoff tunnel and a wastewater treatment plant. Concentrations of many of the groundwater quality indicators (e.g., TDS, coliform bacteria, and nitrate) exceed US Environmental Protection Agency drinking-water standards. Heavy metal content is, however, within allowable limits by local and international standards. The chemical analyses also suggest the strong influence of stream runoff and sewage water on the groundwater quality.

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Résumé Une étude hydrogéologique et géochimique a été menée sur l’aquifère phréatique alluviale Wadi Wajj dans l’Ouest de l’Arabie Saoudite afin d’évaluer l’influence de mesures de protection sur la qualité de l’eau souterraine. L’hydrogéochimie de l’eau a été étudiée en amont et en aval de sources potentielles de contamination dans la ville principale, pendant les saisons sèches et humides, avant et après l’installation de réseaux majeurs de drainage et d’eaux usées. L’aquifère Wadi Wajj est libre, l’eau est stockée et s’écoule dans les sédiments alluviaux et dans le socle fracturé et altéré sous-jacent. La recharge naturelle de l’aquifère représente 5% des eaux de pluie et de ruissellement. L’hydrogéochimie de l’eau de l’aquifère montre que les changements saisonniers et temporaires sont influencés par les mesures de protection et par le ruissellement des eaux pluviales. L’eau souterraine et l’eau de ruissellement ont présenté le même faciès chimique, de type bicarbonatée-sulfatée-chlorée et calco-sodique. En aval de la ville, l’eau souterraine, bien que de moins bonne qualité qu’en amont, a présenté une nette amélioration après l’installation d’un système de récupération et d’une station de traitement des eaux usées. Les concentrations de plusieurs paramètres indicateurs de la qualité de l’eau (tels que la charge totale dissoute, les coliformes, et les nitrates) dépassent les normes de potabilité de l’eau de consommation de l’agence américaine de la protection de l’environnement. Les teneurs en métaux lourds en revanche n’excèdent pas les normes locales et internationales. Les analyses chimiques indiquent aussi l’influence importante de l’écoulement par ruissellement et des eaux usées sur la qualité de l’eau souterraine.
Resumen Un estudio hidrogeológico e hidroquímico fue hecho en un acuífero somero de Wadi Wajj, en Arabia Saudi oeste para evaluar la influecia de medidas de protección en la calidad del agua subterránea. La hidroquímica fue evaluada gradiente-arriba y gradiente-abajo de las fuentes potenciales de contaminación de la ciudad principal durante las estaciones seca y lluviosa, antes y después de la instalación de sistemas principales de drenaje y aguas servidas. Wadi Wajj es un acuífero no-confinado donde el agua es almacenada y transmitida a través de roca fracturada y meteorizada, y los sedimentos aluviales que le sobreyacen. La recarga natural del acuífero es de cerca del 5% de la precipitación-escorrentía. La hidroquímica del acuífero muestra cambios temporales y estacionales influenciados por las medidas de protección y la escorrentía de precipitación. Ambas, agua subterránea y escorrentía mostraron composición química similar, siendo mayoritariamente de tipos cloruro-sulfato-bicarbonato y sodio-calcio. El agua subterránea aguas arriba de la ciudad, aunque de calidad más pobre que aguas abajo, mostró significante mejoría después de la instalación de un tunel de concreto para escorrentía y una planta de tratamiento de aguas servidas. Las concentraciones de muchos de los indicadores de calidad de agua subterránea (e.g., STD, coliformes, y nitrato) exceden los estándares de la Agencia de Protección Ambiental USA para agua potable. El contenido de metales pesados está, sin embargo, dentro de los límites permisibles de los estándares locales e internacionales. Los análisis químicos también sugieren la fuerte influencia de la escorrentía y aguas residuales en la calidad del agua subterránea.
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7.
The Winnipeg Formation is the basal sedimentary unit throughout much of southern and central Manitoba, Canada, where it forms a regional aquifer over most of its extent. This aquifer is an important source of water in southeastern Manitoba and in Manitoba’s Interlake area, but in most other areas, groundwater within the aquifer is saline. Chemical and isotopic evidence indicate the presence of groundwaters of three different origins: (1) basin brines; (2) modern meteoric recharge; and (3) subglacial recharge that occurred during the late Pleistocene. Hydraulic head and sedimentary facies distributions indicate that the flow system in parts of the area is not in a state of equilibrium and saline waters will encroach on areas currently occupied by freshwater in some areas, while in other areas, freshwater will replace saline water. These features must be considered in groundwater resource management, as groundwater withdrawals will likely hasten these processes.
Resumen La Formación Winnipeg es la unidad sedimentaria basal en la mayor parte de Manitoba central, Canadá, donde forma un acuífero regional en la mayor parte de su extensión. Este acuífero es una fuente importante de agua en el Sureste de Manitoba y el área de entrelagos de Manitoba, pero en la mayoría de las otras zonas del acuífero, el agua es salina. Las evidencias químicas e isotópicas indican que existen aguas subterráneas de tres orígenes diferentes: (1) salmueras de cuenca; (2) recarga meteórica actual; y (3) recarga subglacial ocurrida durante el Pleistoceno Superior. Los niveles piezométricos y la distribución de las facies sedimentarias indican que el sistema de flujo no se encuentra en estado de equilibrio en parte del área y las aguas salinas irán invadiendo áreas actualmente ocupadas con aguas dulces, mientras que en otras zonas el agua dulce está reemplazando al agua salina. Estos hechos deben ser considerados en la gestión de las aguas subterráneas como recurso, ya que las extracciones de agua acelerarán probablemente estos procesos.
Résumé La Formation de Winnipeg est l’unité sédimentaire de base sur la plus grande partie du Sud et du centre du Manitoba au Canada, où elle forme un aquifère régional sur pratiquement toute son extension. Cet aquifère représente une ressource en eau importante dans le Sud-Est du Manitoba et dans les zones d’entre les lacs, mais salée dans la plus part des autres zones. Les indications isotopiques et chimiques permettent de distinguer trois différentes origines des eaux souterraines: (1) les saumures de bassin; (2) la recharge météoritique moderne; (3) la recharge sub-glaciaire qui est apparue durant le Pléistocène récent. Les charges hydrauliques et la distribution des faciès sédimentaires indiquent que le système d’écoulement dans certaines zones n’est pas dans un état d’équilibre et que les eaux salées empièteront sur des zones d’eau douce, tandis que dans d’autres zones l’eau douce remplacera les eaux salées. Ces aspects doivent être considérés dans la gestion des ressources en eau souterraine, car le prélèvement des eaux souterraines pourrait accentuer ces processus.
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8.
A simple, well-constrained simulation of solute increases in a downgradient direction was used in the shallow unconfined aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate (United Arab Emirates). The simulation indicates that the observed exponential increase in solute concentrations results from a combination of upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites, and groundwater losses by evaporation. Groundwater recharge and discharge flux in unconfined regional aquifers in arid regions commonly are difficult to estimate because there are few constraints on the flux of water lost or gained from the system. Total dissolved solids (TDS) and deuterium isotopes (δ2H) in groundwater are used to constrain estimated fluxes to the shallow aquifer of eastern Abu Dhabi Emirate. Vertical upward transport of solutes from underlying mudstones and evaporites accounts for solute increases along approximately the first 80 km of the simulated flow path, but a combination of upward solute transport and evaporation is necessary to explain observed solute concentrations beyond 80 km. Mobilization and transport of solutes in the unsaturated zone by recharging precipitation is not a significant factor.
Résumé Une simulation simple et bien contrainte de l’augmentation des solutés dans la direction de l’écoulement a été réalisée sur l’aquifère phréatique et libre de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi (émirats Arabes Unis). La simulation indique que l’augmentation observée de solutés, de forme exponentielle, est le produit de la combinaison du transport ascendant de solutés provenant des mudstones et des évaporites sous-jacents, et de l’évaporation des eaux souterraines. La recharge des eaux souterraines et les flux de vidange dans les aquifères régionaux libres des régions arides sont habituellement difficiles à estimer du fait du peu de contraintes agissant sur la perte ou le gain d’eau dans le système. La charge dissoute totale (TDS, en anglais) et les isotopes deutérium (δ2H) des eaux souterraines sont utilisés pour contraindre l’estimation des flux en direction de l’aquifère phréatique de l’Est de l’émirat d’Abu Dhabi. Le transport vertical ascendant des solutés à partir des mudstones et des évaporites fait parti des processus qui concentrent les solutés approximativement le long des 80 premiers kilomètres du trajet des écoulements simulés, mais une combinaison du transport ascendant des solutés et de l’évaporation est nécessaire pour expliquer les concentrations observées en soluté au delà des 80 km. La mobilisation et le transport des solutés par les précipitations efficaces dans la zone non saturée ne représentent pas des facteurs significatifs.
Resumen Se utilizó una simulación simple y muy restringida, de incrementos de soluto en la dirección del flujo, en el acuífero libre poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi, (Emiratos árabes Unidos). La simulación indica que el aumento exponencial observado en las concentraciones del soluto, resulta de una combinación de transporte ascendente de solutos desde las evaporitas y lodolitas subyacentes, y por pérdidas del agua subterránea por evaporación. Los flujos de recarga y descarga de agua subterránea, en los acuíferos libres regionales en regiones áridas, normalmente son difíciles estimar, porque hay algunas restricciones en el flujo de agua perdido o ganado por el sistema. Los sólidos disueltos totales (TDS) y los isótopos de deuterio (δ2H) en el agua subterránea, se usan para forzar los flujos estimados hacia el acuífero poco profundo del Emirato oriental de Abu Dhabi. El transporte ascendente vertical de solutos desde las lodolitas y evaporitas subyacentes, involucra los aumentos del soluto a lo largo de aproximadamente los primeros 80 Km. de la dirección de flujo simulada, pero es necesaria una combinación de transporte ascendente del soluto y la evaporación para explicar las concentraciones del soluto observadas más allá de 80 Km. La movilización y transporte de solutos en la zona no saturada, por recarga debida a precipitación, no es un factor significante.
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9.
Radial movement of an unconfined leaky aquifer was studied with respect to hydraulic forces that are induced by well recharge and discharge. New analytic solutions in the velocity and displacement fields were found and applied to describe transient movement in an unconfined leaky aquifer. Linear momentum and mass balance of saturated porous sediments, the Darcy-Gersevanov law, and the analytic solution of hydraulic drawdown for unsteady flow within the unconfined leaky aquifer were introduced to find the new solutions. Analytic results indicate that the nonlinear relation between the initial hydraulic head (h0) and the well function has an insignificant effect on the aquifer transient movement when the drawdown s<0.02h 0. When the well function is simplified with different assumptions and pumping conditions, the new solutions correspondingly reduce to cases that are similar to the Hantush-Jacob, Muskat, and Theis transient movement of a confined leaky aquifer. It was found that large leakance is important in slowing radial movement and reducing aquifer deformation. Flow velocity in the aquifer is more responsive to leakance than to cumulative displacement within the aquifer. The zones and boundary with tensile stress can be located using the same approach applied to a confined aquifer for risk assessment of earth fissuring.
Résumé Le mouvement radial dans un aquifère semi-perméable libre a été étudié en considérant les forces hydrauliques induites par la recharge et le prélèvement au niveau d’un puits. De nouvelles solutions analytiques des champs de vitesse et de déplacement ont été trouvées et appliquées pour décrire le mouvement transitoire dans un aquifère semi-perméable libre. Pour trouver les nouvelles solutions, le moment linéaire et le bilan de masse dans les sédiments poreux saturés, la loi de Darcy-Gersevanov, et la solution analytique du rabattement hydraulique pour un écoulement transitoire dans un aquifère semi-perméable libre sont pris en compte. Les résultats analytiques montrent que la relation non-linéaire entre le potentiel hydraulique initial (h0) et la fonction de puits a un effet insignifiant sur le mouvement transitoire de l’aquifère quand le rabattements s <0.02h0. Si la fonction de puits est simplifiée en tenant compte de différentes hypothèses et conditions de pompage, les nouvelles solutions se réduisent en conséquence à des cas similaires au mouvement transitoire dans un aquifère semi-perméable captif selon Hantush-Jacob, Muskat, et Theis. Il s’est avéré qu’une drainance élevée est importante pour le ralentissement du mouvement radial et la réduction de la déformation de l’aquifère. La vitesse d’écoulement dans l’aquifère est plus sensible à la drainance qu’au déplacement cumulé dans l’aquifère. Les zones et la frontière présentant des contraintes de traction peuvent être localisées en utilisant la même approche appliquée à un aquifère captif pour l’évaluation des risques de fissuration du sol.
Resumen Se ha estudiado el movimiento radial en un acuífero no confinado con fuga en relación a las fuerzas hidráulicas que son inducidas por la descarga y recarga del pozo. Se encontraron nuevas soluciones analíticas en los campos de desplazamiento y velocidad, las cuales se aplicaron para describir el movimiento transitorio en un acuífero no confinado con fuga. Se han introducido cálculos de balance de masa y momentum lineal de los sedimentos porosos saturados, la Ley Darcy-Gersevanov, y la solución analítica de descenso hidráulico para flujo sin régimen permanente dentro del acuífero no confinado con goteo para encontrar las nuevas soluciones. Los resultados analíticos indican que la relación no lineal entre la presión hidráulica inicial (h0) y la función del pozo tiene efecto insignificante en el movimiento transitorio del acuífero cuando el descenso s < 0.02h0. Cuando se simplifica la función del pozo en base a diferentes supuestos y condiciones de bombeo se reducen las nuevas soluciones a casos que son similares a el movimiento transitorio Hantush-Jacob, Muskat, y Theis de un acuífero confinado con goteo. Se encontró que las fugas grandes son importantes en la disminución del movimiento radial y en la reducción de la deformación del acuífero. La velocidad de flujo en el acuífero responde más a las fugas que al desplazamiento acumulativo dentro del acuífero. Pueden localizarse zonas y límites con esfuerzos tensionales usando el mismo enfoque aplicado a acuíferos confinados para evaluación de riesgo de generación de fracturas en el terreno.
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10.
Specific yield is an essential parameter for any groundwater management plan. Volumetric analysis in the domain of groundwater budgeting for the non-monsoon months has been undertaken for a typical watershed of the Deccan basalt province. The Torla Odha watershed covers an area of over 22 km2 on a third-order tributary of the westerly flowing Bhima River. The watershed receives a normal annual rainfall of 643 mm. The entire water demand is supplied by dug wells, which penetrate a shallow aquifer. The specific yield was estimated by comparing the monthly net volume of water removed from the aquifer, with the volume of aquifer de-saturated, based on monthly water level data. The estimated specific yield ranges from 0.0019 in May to 0.0173 in November with an average value of 0.0093. A correlation of the groundwater levels with the detailed geology suggests that the higher specific yield value (0.017) corresponds to dewatering of the weathered zone within the shallow aquifer. The specific yield of the massive basalt immediately below the weathered zone varies from 0.0089 to 0.0103. The underlying vesicular basalt, which is dissected by sheet joints, has a relatively higher specific yield (0.0121). The massive basalt, which forms the base of the shallow aquifer system, has a lower specific yield from 0.0019 to 0.0022.
Résumé Le débit spécifique est un paramètre essentiel pour tout plan de gestion des eaux souterraines. Les analyses volumétriques, dans le cadre des bilans hydriques des eaux en dehors des mois de mousson, ont été entreprises pour un bassin-versant typique de la province basaltique du Deccan. Le bassin-versant du Torla Odha couvre une superficie de 22 km2, et alimente l’affluent du troisième ordre de la rivière Bhima, qui coule vers l’Ouest. La pluviométrie annuelle atteint 643 mm. Toute la demande en eau es assurée par des puits foncés pénétrant dans l’aquifère phréatique. Le débit spécifique a été estimé en comparant le volume net mensuel d’eau captée dans l’aquifère, avec le volume de l’aquifère dé-saturé, basé sur les données des niveaux piézométriques mensuels. Le débit spécifique estimé s’étend entre 0,0019 en Mai et 0.173 en Novembre; la moyenne se situe à 0,0093. Une corrélation entre les niveaux des eaux souterraines et la géologie, suggère que les débits spécifiques les plus importants (0,017) correspondent aux zones altérées de l’aquifère phréatique. Le débit spécifique du massif basaltique, immédiatement sous la zone altérée, varie entre 0,0089 et 0,0103. Le basalte vésiculaire, situé juste en dessous et traversé par des diaclases parallèles, possède un débit spécifique sensiblement plus élevé (0,0121). Le basalte massif, qui forme la base de l’aquifère phréatique, possède un débit spécifique moins important, compris entre 0,0019 et 0,0022.
Resumen El rendimiento específico es un parámetro esencial para cualquier plan de manejo de aguas subterráneas. Se ha llevado a cabo el análisis volumétrico, en el entorno de balance de aguas subterráneas, para los meses sin monzón de una cuenca típica de la provincia de basaltos Deccan. La cuenca Rorla Odha cubre un área de 22 km2 en un tributario de tercer orden del Río Bhima que fluye al oeste. La cuenca capta una lluvia anual normal de 643 mm. La totalidad de la demanda de agua es abastecida por pozos manuales que penetran un acuífero somero. Se estimó el rendimiento específico al comparar el volumen neto mensual de agua removido del acuífero con el volumen de agua de-saturado estimado a partir de datos de niveles de agua mensuales. Los valores estimados de rendimiento específico varían de 0.0019 en mayo a 0.0173 en noviembre con un valor promedio de 0.0093. La correlación de niveles de agua subterránea con la geología de detalle sugieren que el valor más alto (0.017) de rendimiento específico corresponden con el desaguado de la zona de intemperismo dentro del acuífero somero. El rendimiento específico del basalto masivo que se encuentra inmediatamente debajo de la zona de intemperismo varía de 0.0089 a 0.0103. El basalto vesicular subyacente, el cual está disectado por fracturas laminares, tiene un rendimiento específico relativamente más alto (0.0121). El basalto masivo, que forma la base del sistema de acuífero somero, tiene un rendimiento específico más bajo el cual varía de 0.0019 a 0.0022. Palabras clave: basalto Deccan. India. Rendimiento específico. Recarga de agua subterránea. Balance hídrico.
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The Pampa del Tamarugal Aquifer (PTA) is an important source of groundwater in northern Chile. In this study, a groundwater flow model of this aquifer is developed and calibrated for the period 1983–2004. The model reproduces the observed flow-field and the water balance components reasonably well. Five scenarios are defined to evaluate the response to different pumping situations. These scenarios show that groundwater heads will continue to decrease with the present pumping discharge rates. To account for variations in the model results due to uncertainties in average recharge rates, randomly generated recharge realizations with different levels of uncertainty are simulated. Evaporation flow rates and groundwater flowing out of the modelled area seem unaffected by the recharge uncertainty, whereas the storage terms can vary considerably. For the most intensive pumping scenario under the generated random recharge rates, it is unlikely that the cumulative discharged volume from the aquifer, at the end of the simulation period, will be larger than 12% of the estimated groundwater reserve. Fluctuations in simulated groundwater heads due to uncertainties in the average recharge values are more noticeable in certain areas. These fluctuations could explain unusual behaviour in the observed groundwater heads in these areas.
Resumen El Acuífero de la Pampa del Tamarugal (PTA) es una fuente importante de agua subterránea en el norte de Chile. En este estudio se desarrolla y calibra un modelo de flujo de agua subterránea para el periodo 1983–2004. El modelo reproduce razonablemente bien el campo de flujo observado y los componentes del balance hídrico. Se definen cinco escenarios para evaluar la respuesta a diferentes situaciones de bombeo. Estos escenarios muestran que con las tasas de descarga de bombeo actuales las presiones de agua subterránea continuarán en descenso. Para explicar las variaciones en los resultados del modelo debidas a incertidumbres en tasas de recarga promedio se han simulado realizaciones de recarga generadas aleatoriamente con diferentes niveles de incertidumbre. Las tasa de flujo por evaporación y el agua subterránea que fluye fuera del área modelizada parecen no haber sido afectadas por la incertidumbre en recarga mientras que los términos de almacenamiento pueden variar considerablemente. Para el escenario de bombeo más intenso, bajo las tasas de recarga generadas aleatoriamente, no es probable que el volumen descargado acumulado del acuífero al final del periodo de simulación sea mayor del 12% de la reserva de agua subterránea estimada. Las fluctuaciones en las presiones simuladas de agua subterránea debido a las incertidumbres en los valores de recarga promedio son más notorios en ciertas áreas. Las fluctuaciones podrían explicar el comportamiento inusual en las presiones de agua subterránea observadas en estas áreas.
Résumé L’aquifère de la Pampa del Tamarugal (PTA) représente une importante source d’eau souterraine dans le Nord du Chili. Dans cette étude, un modèle d’écoulement souterrain de cet aquifère est réalisé et calibré pour la période 1983–2004. Celui-ci reproduit le champs d’écoulement observé et les composantes du bilan d’eau raisonnablement bien. Cinq scénarios sont définis pour évaluer la réponse du système à des conditions de pompage différentes. D’après ces scénarios, les niveaux piézomètriques vont continuer à baisser sous l’effet des taux de pompage actuels. Pour tenir compte de la variabilité des résultats du modèle due aux incertitudes sur les taux de recharge moyens, des épisodes de recharge, générés aléatoirement et présentant différents niveaux d’incertitude sont simulés. Les taux d’évaporation et l’eau souterraine s’écoulant hors de la zone modélisée semblent non affectés par l’incertitude sur la recharge, les termes d’emmagasinement en revanche peuvent varier considérablement. Dans le cas du scénario avec le pompage le plus important et des taux de recharge aléatoires, il est peu probable que le volume cumulé pompé hors de l’aquifère à la fin de la simulation atteigne une valeur supérieure à 12% de la réserve d’eau souterraine estimée. Les fluctuations des niveaux piézomètriques simulés liées aux incertitudes sur les recharges moyennes sont plus perceptibles dans certaines zones. Ces fluctuations pourraient expliquer un comportement inhabituel des niveaux piézomètriques observés dans ces zones.
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12.
Identifying groundwater recharge and discharge areas across catchments is critical for implementing effective strategies for salinity mitigation, surface-water and groundwater resource management, and ecosystem protection. In this study, a synergistic approach has been developed, which applies a combination of remote sensing and geographic information system (GIS) techniques to map groundwater recharge and discharge areas. This approach is applied to an unconfined basalt aquifer, in a salinity and drought prone region of southeastern Australia. The basalt aquifer covers ~11,500 km2 in an agriculturally intensive region. A review of local hydrogeological processes allowed a series of surface and subsurface indicators of groundwater recharge and discharge areas to be established. Various remote sensing and GIS techniques were then used to map these surface indicators including: terrain analysis, monitoring of vegetation activity, and mapping of infiltration capacity. All regions where groundwater is not discharging to the surface were considered potential recharge areas. This approach, applied systematically across a catchment, provides a framework for mapping recharge and discharge areas. A key component in assigning surface and subsurface indicators is the relevance to the dominant recharge and discharge processes occurring and the use of appropriate remote sensing and GIS techniques with the capacity to identify these processes.
Résumé Sur un bassin versant, l’identification des zones d’alimentation et des aires d’émergence des eaux souterraines est capitale pour mettre en œuvre des stratégies de réduction de la salinité, de gestion des eaux souterraines et superficielles, et de protection des écosystèmes. Une approche synergique a été développée, sur la base de recherches existantes pour cartographier de manière systématique les zones de recharge et d'émergence. Elle combine des techniques de télédétection et de Systèmes d’Information Géographique, dans le but de cartographier les zones d’alimentation et d’émergence. Ces techniques ont été appliquées à un aquifère basaltique libre, dans un secteur sujet à la sécheresse et à la salinité du Sud-Est australien. L’aquifère considéré couvre environ 11,500 km2 d’une région essentiellement agricole. Un inventaire des processus hydrogéologiques locaux a conduit à l’établissement d’une série d’indicateurs superficiels et subsuperficiels des zones d’alimentation et d’émergence. Plusieurs méthodes de télédétection et de SIG furent alors utilisées pour cartographier ces indicateurs de surface, y compris les analyses de terrain, le suivi de l’activité de la végétation et la cartographie des capacités d’infiltration. Toutes les régions en dehors des zones d'émergence sont considérées commes des zones d'alimentation potentielles. Un des composants clés de l’attribution des indicateurs superficiels et subsuperficiels est la concordance avec les processus majeurs d’alimentation et de prélèvement entrant en jeu, et l’utilisation de méthodes de télédétection et SIG adaptées permettant d’identifier ces processus.
Resumen La identificación de áreas de descarga y recarga de agua subterránea es crítica para la implementación de estrategias efectivas relacionadas con mitigación de salinidad, gestión de recursos de agua subterránea y agua superficial, y protección de ecosistemas. En este estudio se ha desarrollado un enfoque sinérgico apoyándose en investigación existente el cual aplica una combinación de técnicas de sistemas de información geográfico (SIG) y sensores remotos para cartografiar áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Este enfoque se aplica a un acuífero de basalto no confinado en una región del sureste de Australia propensa a sequía y salinidad. El acuífero de basalto cubre aproximadamente 11,500 km2 en una región con agricultura intensiva. Una revisión de los procesos hidrogeológicos locales permitió el establecimiento de una serie de indicadores superficiales y subterráneos de áreas de recarga y descarga de agua subterránea. Luego se utilizaron varias técnicas de SIG y sensores remotos para cartografiar estos indicadores superficiales incluyendo: análisis del terreno, monitoreo de la actividad de la vegetación, y cartografiado de la capacidad de infiltración. Todas las regiones donde el agua subterránea no descarga en la superficie fueron consideradas áreas potenciales de recarga. Este enfoque que se ha aplicado sistemáticamente a través de la cuenca aporta un marco para la cartografía de áreas de recarga y descarga. Un componente clave en la asignación de indicadores superficiales y subterráneos lo constituye la relevancia a los procesos dominantes de recarga y descarga que ocurren y el uso de técnicas apropiadas de SIG y sensores remotos con la capacidad para identificar esos procesos.
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13.
Nicaragua’s León-Chinandega aquifer has seen extensive contamination by persistent organochlorine pesticides applied over decades of intensive agricultural activity. Models of flow and transport of a 330 km2 sub-region of the aquifer were developed to test conceptual models of contaminant transport, to constrain the value of certain key transport parameters, and to investigate contamination-related concerns raised in past studies. To support these models, a variety of hydrogeologic and geochemical data were collected. It was concluded that the organochlorine pesticides seen in groundwater originate in soils, and are transported to the water table through widespread preferential flow, through shortcutting around wells, or through wind-blown particles delivered to poorly protected hand-dug wells. The distribution coefficient (K d) of these pesticides is estimated to be between 0.1 and 100 ml/g and the concentration of pesticides being delivered to the water table is estimated to be between 102 and 105 ng/L. It was found that the distribution and concentration of pesticides in the aquifer would be affected by an increase in groundwater abstraction within the region.
Résumé L’aquifère du León-Chinandega au Nicaragua a été soumis à des contaminations étendues par des pesticides organochlorés persistants qui ont été répandus pendant des dizaines d’années d’agriculture intensive. Des modèles d’écoulement et de transport d’une sous-région de 330 km2 de l’aquifère ont été construits pour tester des modèles conceptuels du transport de contaminants, pour contraindre la valeur de certains paramètres de transport clefs, et pour étudier les problèmes liés au transport de contaminations qui avaient été rencontrés lors d’études précédentes. Différents types de données hydrogéologiques et géochimiques ont été collectés pour réaliser ces modèles. La conclusion montre que les pesticides organochlorés rencontrés dans les eaux souterraines proviennent des sols et qu’ils sont transportés jusqu’à l’aquifère via de grandes zones d’écoulement préférentiel, via des raccourcis hydrauliques autour des puits, ou encore via des particules emportées par le vent et tombées dans des puits creusés à la main et mal protégés. Le coefficient de distribution (K d) de ces pesticides est estimé entre 0.1 et 100 ml/g et la concentration de pesticides arrivant dans la nappe est estimée entre 102 et 105 ng/L. L’étude a montré qu’une augmentation des prélèvements d’eau souterraine dans la région aurait un impact sur la distribution et la concentration des pesticides dans l’aquifère.
Resumen El acuifero León-Chinandega (Nicaragua) presenta una contaminación extensiva por la aplicación de plaguicidas organoclorados en la agricultura intensiva durante décadas. Se han desarrollado modelos de flujo y transporte de una subregión del acuífero de 330 km2 para comprobar los modelos conceptuales del transporte de contaminantes, estimar los valores de ciertos parámetros clave de transporte e investigar los temas relacionados con la contaminación en estudios anteriores. Para elaborar estos modelos, se recogió una variedad de datos hidrogeológicos y geoquímicos. Se ha concluido que los plaguicidas organoclorados presentes en el agua subterránea se originan en el suelo y son transportados hacia el nivel freático a través de flujos preferentes generalizados, a través de cortes alrededor de los pozos o a través de partículas transportadas por el viento depositadas en pozos excavados a mano con poca protección. El coeficiente de distribución (K d) de estos plaguicidas se ha estimado entre 0.1 y 100 ml/g y la concentración de plaguicidas que sale hacia el nivel freático se estima que puede estar entre 102 y 105 ng/L. Se ha concluido que el incremento de la extracción de aguas subterráneas dentro de la región afectaría la distribución y concentración de plaguicidas en el acuífero.
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L. Lin  H. Jia  Y. Xu 《Hydrogeology Journal》2007,15(7):1419-1432
Core samples from an 800-m deep borehole at the Rietfontein Farm, 10 km west of Graafwater, Western Cape, South Africa, were examined and interpreted for the hydrogeological significance of the Table Mountain Group (TMG) in the area. A suite of fracture data was collected and analysed to characterize the aquifer and conceptualize flow in the vicinity of the hole. Based on these data, the hydraulic conductivity, and density and coating intensity (due to precipitation) of the fractures against depth were computed. The dependence of fracture density on depth is very weak, while the intensity of fracture coatings is closely linked to the distribution of hydraulically active fractures that represents the maximum number of fractures currently open to groundwater flow. Four scenarios of depth ranges reflecting the development of hydraulically active fractures are proposed as a depth model of groundwater flow, implying that the majority of groundwater exists above 400 m depth. The top of the hydraulically inactive fracture zone clearly indicates that no groundwater flow could take place below a depth of about 570 m. The depth model gives a better understanding of the properties of the aquifers in the area and improves conceptual models, considering the lower limit of aquifer depth in particular.
Résumé Des carottes issues d’un forage profond de 800 m, situé à la ferme Rietfontein à 10 km à l’ouest de Graafwater au Cap Ouest en Afrique du Sud, ont été examinées et analysées dans le cadre de l’étude de l’importance hydrogéologique du Table Mountain Group (TMG) dans la zone. Un ensemble de données de fracture a été collecté et analysé afin de caractériser l’aquifère et de conceptualiser l’écoulement aux alentours du puits. A partir de ces données, la conductivité hydraulique, la densité et l’intensité du remplissage des fractures (causé par la précipitation) ont été calculées en fonction de la profondeur. La relation entre la densité de fracture et la profondeur est faible, alors que l’intensité du remplissage des fractures est intimement liée à la distribution des fractures hydrauliquement actives qui sont définies par le nombre maximum de fractures ouvertes à l’écoulement de l’eau souterraine. Quatre scenarii avec différentes profondeurs représentant le développement de fractures hydrauliquement actives sont proposés comme modèle de la profondeur de l’écoulement souterrain en supposant que la majorité de l’eau souterraine se situe au dessus de 400 m de profondeur. La partie supérieure de la zone de fractures hydrauliquement inactives montre clairement qu’aucun écoulement souterrain ne pourrait avoir lieu en dessous de 570 m de profondeur. Le modèle de profondeur permet une meilleure compréhension des propriétés aquifères dans la zone et améliore les modèles conceptuels en particulier du fait qu’il prenne en compte la limite inférieure de l’aquifère.
Resumen Se han examinado e interpretado testigos de un sondeo de 800 m realizado en la Granja Rietfontein, situada a 10 km al Oeste de Graafwater, Western Cape, Sudáfrica, para estudiar la importancia hidrogeológica del Grupo Table Mountain (TMG) en el área. Un conjunto de datos de fracturas fueron recogidos y analizados para caracterizar el acuífero y conceptualizar el flujo en las cercanías de la perforación. Basándose en estos datos, se computerizaron la conductividad hidráulica y la densidad y relleno de las fracturas (debida a precipitación) frente a su profundidad. La dependencia de la densidad de fracturación con la profundidad es muy débil, mientras que el relleno de la fractura está directamente ligada con la distribución de las fracturas hidráulicamente activas que representan el máximo número de fracturas abiertas actualmente al flujo de aguas subterráneas. Se propone cuatro escenarios de rangos de profundidad que reflejan el desarrollo de fracturas activas hidráulicamente, como un modelo de profundidad del flujo del agua subterránea que implica que la mayor parte del agua subterránea se encuentra por encima de los 400 m de profundidad. La parte superior de la zona de fracturas hidráulicamente inactivas indica claramente que el flujo del agua subterránea puede producirse por debajo de una profundidad de unos 570 m. El modelo de profundidades ofrece una mejor comprensión de las propiedades de los acuíferos en el área y mejora los modelos conceptuales considerando el límite inferior de la profundidad del acuífero en particular.
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Recession flow of aquifers from a hillslope can be described by the non-linear Boussinesq equation. Under strong assumptions and for specific conceptual formulations, different authors derived analytical approximations or linearized versions to this partial differential equation. A comparative analysis between some analytical approximations of the Boussinesq equation and the numerical solution of the recession flow of an unconfined homogeneous aquifer (horizontal, inclined and concave aquifer floor) was carried out. The objective was to define the range where the analytical solutions approximate the numerical solution. The latter was considered in this study as the reference method, because it requires fewer assumptions. From the considered analytical approximations, exponential decay relationships were found to be mainly valid for fine domain materials when horizontal, mild slopes (less than 2%) and concave aquifer floors were considered, but failed to reproduce coarse aquifer numerical model outflows, in contrast to the quadratic decay relationship, which better reproduce outflows in such domains. On the basis of the comparative analysis, it has been found that recession flows obtained with the considered analytical approximations yield similar values only for certain ranges of aquifer properties and geometries.
Résumé L’écoulement de décrue dans les aquifères de versant peut être décrit par l’équation non-linéaire de Boussinesq. En considérant d’importantes hypothèses et des formulations conceptuelles spécifiques, différents auteurs ont dérivé des approximations analytiques ou des versions linéarisées de cette équation partielle différentielle. Une analyse comparative entre des approximations analytiques de l’équation de Boussinesq et une solution numérique de la décrue d’un aquifère homogène libre (limite inférieure de l’aquifère horizontale, inclinée et concave) a été effectuée. L’objectif était de définir la plage pour laquelle les solutions analytiques approchent la solution numérique. Cette dernière a été considérée dans cette étude comme la méthode de référence car elle demande moins d’hypothèses. Parmi les approximations analytiques considérées, les relations de décroissance exponentielle se sont avérées être principalement valides pour des matériaux fins lorsque des couches aquifères horizontales, concaves et de pentes douces (moins de 2%) étaient considérées; en revanche, celles-ci n’ont pas réussi à reproduire les écoulements sortants d’un modèle numérique pour un aquifère à matériaux grossiers, contrairement à la relation de décroissance quadratique qui reproduit mieux les écoulements sortants dans de tels milieux. Sur la base de l’analyse comparative, il s’est avéré que les écoulements en décrue obtenus avec les approximations analytiques considérées présentent des valeurs similaires seulement pour certains critères géométriques et propriétés de l’aquifère.
Resumen Puede describirse el flujo de recesión de acuíferos de una ladera mediante la ecuación no-lineal de Boussinesq. Bajo fuertes supuestos y para formulaciones conceptuales específicas, distintos autores han derivado aproximaciones analíticas o versiones lineales para esta ecuación parcial diferencial. Se realizó un análisis comparativo entre algunas aproximaciones analíticas de la ecuación de Boussinesq y la solución numérica del flujo de recesión de un acuífero homogéneo no confinado (piso de acuífero cóncavo, inclinado, y horizontal). El objetivo consistió en definir el rango donde las soluciones analíticas aproximan la solución numérica. En este estudio se consideró la solución numérica como el método de referencia debido a que requiere menores supuestos. De las aproximaciones analíticas consideradas se encontró que las relaciones de desintegración exponencial eran principalmente válidas para materiales de ámbitos finos donde se consideraron pisos de acuíferos horizontal, pendientes medianas (menores a 2%) y cóncavos pero fallaron en reproducir flujos de salida de modelos numéricos de ámbito grueso, en contraste con la relación de desintegración cuadrática la cual reproduce mejor los flujos de salida en tales ámbitos. En base al análisis comparativo se encontró que los flujos de recesión obtenidos con las aproximaciones analíticas consideradas aportaron valores similares solo para ciertos rangos de propiedades y geometrías de acuíferos.
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Groundwater in the Hang-Jia-Hu Plain, eastern China, is a drinking water source for local residents. Groundwater samples were collected from large-diameter hand-dug wells and boreholes for comparison of their iron and manganese concentrations, as well as other ions. The results show that iron and manganese concentrations are relatively high, exceeding drinking water standards by several times. Aquifer sediment samples contain abundant iron (30,790 mg kg−1) and manganese (602 mg kg−1). The results of correspondence factor analysis of the hydrochemistry data and the liberation experiments (using seawater and rainwater as leachants) suggest that iron and manganese in shallow groundwater come from the sediment in the Holocene aquifer. A reductive environment involving relatively high total dissolved solids and organic carbon in the aquifer system is favorable to iron and manganese transferring from the sediment to groundwater and stabilizes these ions. Shallow, large-diameter hand-dug wells provide oxic conditions that decrease the concentrations of dissolved iron and manganese in the well water.
Résumé Dans la Plaine de Hang-Jia-Hu, à l’Est de la Chine, les eaux souterraines constituent une ressource en eau potable pour les autochtones. Des échantillons d’eau souterraine ont été prélevés dans des puits de large diamètre creusés manuellement et dans des forages, afin de confronter leurs concentrations en fer, manganèse et autres ions. Les résultats montrent des concentrations en fer et manganèse relativement hautes, souvent au-delà des limites de potabilité. Les échantillons de sédiments de l’aquifère contiennent des quantités abondantes de fer (30,790 mg kg−1) et de manganèse (602 mg kg−1). Les résultats de l’analyse factorielle de correspondance des données hydrochimiques et des tests de libération (utilisant l’eau de mer et l’eau de pluie comme vecteurs) suggèrent que le fer et le manganèse contenus dans les aquifères superficiels proviennent des sédiments de l’aquifère holocène. Un environnement réducteur, impliquant une quantité élevée de solides dissous et de carbone organique dans le système aquifère, est favorable à un transfert du fer et du manganèse depuis les sédiments vers les eaux souterraines, et stabilise les ions considérés. Les puits peu profonds, de large diamètre et creusés à la main créent des conditions oxydantes qui abaissent les concentrations en fer et manganèse dissous dans l’eau du puits.
Resumen El agua subterránea en la Llanura de Hang-Jia-Hu, al este de China, es una fuente de agua potable para los residentes locales. Las muestras de agua subterránea fueron recogidas en pozos de gran diámetro excavados a mano y en pozos barrenados con el objeto de comparar las concentraciones de hierro y manganeso, y también las de otros iones. Los resultados muestran que las concentraciones de hierro y manganeso son relativamente altas, excediendo varias veces los límites para agua potable. Las muestras de sedimentos tomadas del acuífero contienen abundante hierro (30,790 mg kg−1) y manganeso (602 mg kg−1). Los resultados del análisis de correspondencia de los datos hidroquímicos y experimentos de liberación (usando agua de mar y agua de lluvia como lixiviantes) sugieren que los iones hierro y manganeso en las aguas subterráneas someras provienen de los sedimentos acuíferos del Holoceno. Un ambiente reductor que contiene relativamente alta cantidad de sólidos totales disueltos y carbono orgánico en el sistema acuífero es favorable para la transferencia de hierro y manganeso desde los sedimentos al agua subterránea y para estabilizar estos iones. Los pozos poco profundos, de gran diámetro, excavados a mano, suministran condiciones de oxidación que disminuyen las concentraciones de hierro y manganeso disueltos en el agua del pozo.
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The ability of artificial neural networks (ANN) to model the rainfall-discharge relationships of karstic aquifers has been studied in the La Rochefoucauld karst system, south-west France, which supplies water to the city of Angoulême. A neural networks model was developed based on MLP (multi-layer perceptron) networks and the Levenberg-Marquardt optimization algorithm. Raw rainfall data were used without transformation into effective rainfall. This allowed for the elimination of certain non-verifiable simplifying assumptions and their subsequent introduction into the modeling procedure. The raw rainfall and discharge data were divided into three groups for the training, the validation and the prediction test of the ANN model. The training and validation phases led to a very satisfactory calibration of the ANN model. The attempt to predict discharges showed that the ANN model is able to simulate the karstic aquifer discharges. The shape of the simulated hydrographs was found to be similar to that of the actual hydrographs. These encouraging results make it possible to consider interesting and new prospects for the modeling of karstic aquifers, which are highly non-linear systems.
Resumen Se ha estudiado la capacidad de las redes artificiales neurales (ANN) para modelizar las relaciones de lluvia-descarga de acuíferos kársticos en el sistema kárstico La Rochefocauld, al suroeste de Francia, el cual abastece de agua a la ciudad de Angoulême. Se desarrolló un modelo de redes neurales en base a redes MLP (Perceptron Multi-Capas) y el algoritmo de optimización Levenberg-Marquardt. Se utilizaron datos de lluvia sin la transformación hacia lluvia efectiva. Esto permitió la eliminación de ciertos supuestos simplificadores no verificables y su subsiguiente introducción en el procedimiento de modelizado. Los datos brutos de descarga y lluvia se dividieron en 3 grupos para la preparación, validación y la prueba de predicción del modelo ANN. Las fases de preparación y validación llevaron a una calibración muy satisfactoria del modelo ANN. El intento por predecir descargas mostró que el modelo ANN es capaz de simular las descargas del acuífero kárstico. Se encontró que la forma de los hidrogramas sintéticos es similar a la de los hidrogramas reales. Estos resultados alentadores hacen posible considerar prospectos nuevos e interesantes para el modelizado de acuíferos kársticos los cuales son sistemas altamente no-lineares.
Résumé L’aptitude des réseaux de neurones artificiels (RNA) à modéliser les relations pluie-débit des aquifères karstiques a été évaluée sur le karst de La Rochefoucauld (Sud-Ouest de la France), qui fournit l’eau potable à la capitale régionale Angoulême. Un modèle RNA a été développé à cet effet, basé sur les réseaux PMC (Perceptron Multicouche) et l’algorithme d’optimisation de Levenberg-Marquardt. Les données de pluie utilisées concernent la pluie brute, sans transformation en pluie efficace, ce qui permet de s’affranchir de certaines hypothèses simplificatrices non vérifiables. Les données de pluie brute et de débit ont été réparties en 3 groupes pour l’apprentissage, la validation et le test de prédiction du RNA. Les phases d’apprentissage et de validation ont permis d’aboutir à une calibration très satisfaisante du modèle RNA. La tentative de prédiction a montré que le RNA est apte à simuler les débits de l’aquifère karstique à partir de la pluie brute. La forme des hydrogrammes simulés est semblable à celle des hydrogrammes réels. Les résultats obtenus sont très encourageants et permettent d’envisager des perspectives intéressantes et nouvelles de modélisation des aquifères karstiques, qui sont des systèmes hautement non-linéaires.
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Although there are many numerical applications used in aquifer management, few methodologies seem to be sufficiently adapted to provide solutions for regional-scale problems. Their applications for multilayered aquifers are also too limited. A new groundwater management tool adapted to such large physical systems has been developed, using the unit response function (URF) approach. This tool is based on the link between a numerical groundwater flow model and a mathematical optimisation tool. Pre- and post processing are based on a geographical information system (GIS). The developed tool has been applied to a real management case—the regional Aquitaine multilayered aquifer (France). A representative hydrodynamic model was built using MODFLOW 2000 code. First tests show that the linearity condition needed for the application of URF methodology is respected despite the high complexity of the system. Two management scenarios were tested. Optimal solutions thus obtained allow for viable exploitation alternatives to be proposed, which integrate complex environmental constraints.
Résumé Malgré un nombre important d’applications existant dans le domaine de la gestion des aquifères, peu de méthodologies semblent adaptées pour proposer des solutions à des problèmes réels de dimension régionale. Leurs application pour des systèmes multicouches sont souvent trop limitées. Un outil de gestion adapté à ces systèmes de large taille a été développé, basé sur la théorie des Fonctions de Réponses Unitaires (FRU). Cet outil est basé sur le couplage d’un modèle numérique d’écoulement et d’un code d’optimisation mathématique. Les entrées et sorties du modèle sont réalisées à l’aide d’un Système d’Information Géographique (SIG). L’outil développé est appliqué à un cas de gestion réel—le système aquifère régional multicouche aquitain (France). Un modèle hydrodynamique représentatif a été construit, basé sur le code MODFLOW 2000. Les premiers tests montrent que les conditions de linéarité nécessaires à l’application de la méthode FRU sont respectées, malgré l’importante complexité du système. Deux scénarii de gestion sont testés. Les solutions optimales ainsi obtenues permettent de proposer des solutions d’exploitation alternatives viables, intégrant des contraintes environnementales complexes.
Resumen Aunque hay muchas aplicaciones numéricas usadas en la gestión de acuíferos, unas pocas metodologías parecen estar adaptadas suficientemente para dar las soluciones a los problemas de escala regional. También son limitadas sus aplicaciones para los acuíferos multicapa. Se ha desarrollado una nueva herramienta para el manejo del agua subterránea, adaptada a tales sistemas físicos grandes, usando el avance de la Función de Respuesta Unitaria (URF). Esta herramienta se basa en la combinación entre un modelo numérico de flujo de agua subterránea y una herramienta de optimización matemática. El pre-proceso y el post-proceso se basan en un Sistema de Información Geográfico (GIS). La herramienta desarrollada se ha aplicado a un caso real de manejo en el acuífero regional multicapa de Aquitania (Francia). Se construyó un modelo hidrodinámico representativo, que usó el código MODFLOW 2000. Las primeras pruebas muestran que la condición de linearidad, necesaria para la aplicación de la metodología URF, se respeta a pesar de la complejidad alta del sistema. Se probaron dos escenarios de manejo. Las soluciones óptimas así obtenidas permiten la proyección de alternativas viables de explotación, las cuales integran restricciones medioambientales complejas.
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The Pingtung Plain is one of the most important groundwater-resource areas in southwestern Taiwan. The overexploitation of groundwater in the last two decades has led to serious deterioration in the quantity and quality of groundwater resources in this area. Furthermore, the manifestation of climate change tends to induce the instability of surface-water resources and strengthen the importance of the groundwater resources. Southwestern Taiwan in particular shows decreasing tendencies in both the annual amount of precipitation and annual precipitation days. To effectively manage the groundwater resources of the Pingtung Plain, a numerical modeling approach is adopted to investigate the response of the groundwater system to climate variability. A hydrogeological model is constructed based on the information from geology, hydrogeology, and geochemistry. Applying the linear regression model of precipitation to the next two decades, the modeling result shows that the lowering water level in the proximal fan raises an alarm regarding the decrease of available groundwater in the stress of climate change, and the enlargement of the low-groundwater-level area on the coast signals the deterioration of water quantity and quality in the future. Suitable strategies for water-resource management in response to hydrological impacts of future climatic change are imperative.
Resumen La llanura Pingtung constituye uno de los recursos de aguas subterráneas más importantes en el Suroeste de Taiwan. La sobreexplotación de las aguas subterráneas en las dos últimas décadas ha dado lugar a un serio deterioro de la calidad y la cantidad de los recursos subterráneos en esta área. En particular el Suroeste de Taiwan muestra una tendencia decreciente en las cantidades de precipitación y en los días anuales de lluvia. Para gestionar de forma efectiva los recursos subterráneos en la Llanura Pingtung, se ha utilizado un modelo numérico aproximado para investigar la respuesta de las aguas subterráneas a la variabilidad climática. Un modelo hidrogeológico se construye a partir de la información geológica, hidrogeológica y geoquímica. Aplicando el modelo de regresión linear de la precipitación para las próximas dos décadas, el modelo resultante muestra que el descenso de los niveles de agua en el abanico proximal es alarmante, observándose el descenso del agua subterránea disponible en la presión del cambio climático, y el crecimiento del área de descensos de niveles de agua subterránea en la costa apunta a un deterioro de la cantidad y calidad del agua subterránea en el futuro. Se imponen pues, estrategias apropiadas para la gestión de los recursos hídricos en respuesta a los impactos hidrológicos del futuro cambio climático.
Résumé La plaine de Pingtung est l’une des plus importantes zones de ressource en eau souterraine du Sud-Ouest de Taiwan. La surexploitation de l’eau souterraine durant les deux dernières décennies a conduit à une sérieuse détérioration de la quantité et de la qualité des ressources en eau souterraine dans cette zone. De plus, la manifestation des changements climatiques tend à induire une instabilité des ressources en eau souterraine et renforce l’importance des ressources en eau souterraine. Le Sud-Ouest de Taiwan montre, en particulier, des précipitations annuelles et des nombres annuels de jour de pluie à la baisse. Pour gérer efficacement les ressources en eau souterraine de la Plaine de Pingtung, une approche par modélisation numérique est adoptée pour étudier la réponse du système hydrogéologique aux variabilités climatiques. La construction du modèle hydrogéologique est basée sur les informations géologiques, hydrogéologiques et géochimiques. En appliquant le modèle de régression linéaire aux précipitations pour les deux prochaines décades, le résultat de la modélisation montre que la baisse du niveau d’eau atteint un état alarmant au regard de la décroissance des eaux souterraines disponibles et la contrainte du changement climatique, tandis que l’extension de la zone de niveau bas des eaux souterraines à la cote indique une détérioration de la quantité et de la qualité de l’eau dans le futur. Des stratégies convenables pour la gestion des ressources en eau souterraine en réponse aux impacts hydrologiques de futurs changements climatiques sont impératifs.
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20.
Springs in karstic carbonate rocks frequently carry a sediment load as well as a dissolved load. Analysis of morphology and mineralogy of suspended sediment from three contrasting karst springs reveals a suite of clastic particles that reflect both source areas and processes that take place within the aquifer. Nolte Spring in Lancaster County, Pennsylvania, USA, discharges sediment of apparently precipitated calcite, indicating that at some point in the aquifer or vadose zone, water exceeds saturation with respect to calcite. Sediment morphologies and chemical conditions in the aquifer point to two different scenarios for this precipitation. The other two springs, Arch Spring in Blair County, Pennsylvania and Bushkill Spring in Northampton County, Pennsylvania, show no evidence of calcite precipitation. Arch Spring discharges mainly layer silicates, while Bushkill Spring discharges mainly silica.
Resumen Los manantiales en rocas carbonatadas karstficadas tienen frecuentemente una carga de sedimentos y de sólidos disueltos. Los análisis de la morfología y mineralogía de los sedimentos suspendidos de tres manantiales kársticos contrastados revela un conjunto de partículas clásticas que reflejan ambas áreas fuente y los procesos que tienen lugar dentro del acuífero. Nolte Spring en el Condado de Lancaster, Pennsylvania, USA, descarga sedimento de calcita aparentemente precipitada indicando que en cierto punto del acuífero o en la zona vadosa, el agua supera la saturación con respecto a la calcita. La morfología de los sedimentos y las condiciones químicas en el acuífero apuntan a dos escenarios diferentes para esta precipitación. Los otras dos manantiales, Arch Spring en el Condado de Blair, Pennsylvania y Bushkill Spring en el Condado de Norhtampton, Pennsylvania, no muestran evidencia de precitación de calcita. Arch Spring descarga principalmente filosilicatos mientras que Bushkill Spring descarga fundamentalmente Sílice.
Résumé Les sources situées en contexte carbonaté karstique charrient fréquemment, outre les matières dissoutes, une charge solide. La morphologie et la minéralogie des sédiments en suspension issus de trois sources karstiques de caractéristiques distinctes ont été analysées : une série de particules clastiques, reflétant à la fois les secteurs des sources et les processus internes de l’aquifère, en ressort. Les sédiments issus de Nolte Spring (Comté de Lancaster, Pennsylvanie, Etats-Unis) sont constitués de calcite apparemment précipitée: ceci indique que l’eau atteint la sursaturation vis-à-vis de la calcite à un certain point de l’aquifère ou de la zone non-saturée. La morphologie des sédiments et les conditions chimiques au sein de l’aquifère mènent à deux scénarii différents pour expliquer cette précipitation. Les deux autres sources, Arch Spring (Comté de Blair, Pennsylvanie) et Bushkill Spring (Comté de Northampton, Pennsylvanie), ne présentent aucun indice de précipitation de calcite. Arch Spring exporte essentiellement des phyllosilicates, alors que la silice est majoritaire à Bushkill Spring.
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