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1.
Numerical modeling and dimensional analysis is used to study the salinization of thick, high-permeability aquifers by free convection from a salt source at the surface. Current understanding of this process mainly concerns the initial stages of salinization only (boundary-layer development, break-up into fingers and initial phase of finger descent). In the modeling, special attention is paid to the role of two processes in the long-term salinization rate: (1) the progressive loss of salt from fingers by lateral diffusion, and (2) the coalescence of fingers during their descent. From the numerical simulations a relationship is derived that describes the development of the horizontally averaged salinity with depth and time as a function of permeability and initial-density contrast for aquifer Rayleigh numbers up to Ra =6,000. This relationship is consistent with and provides an extension to previous generalized relationships of the rate of finger descent. Its applicability to real-world aquifers (Ra >105) that include complexities due to anisotropy, heterogeneity, and mechanical dispersion is discussed. Application to the Pleistocene coastal aquifer of the Netherlands (thickness 200 m, permeability 10-11 m2) suggests that salinization of the aquifer during historic episodes of inundation by seawater occurred within decades.
Resumen Se utiliza modelos numéricos y un análisis dimensional para estudiar la salinización de acuíferos potentes de alta permeabilidad por convección libre a partir de una fuente salina superficial. El conocimiento acutal de este proceso se limita a las fases iniciales de la salinización (desarrollo de la capa de contorno, creación de digitaciones y fase inicial de la progresión de éstas). En la modelación, se presta atención especial al papel desempeñado por dos procesos de salinización a largo plazo: (1) la pérdida progresiva de sal por difusión lateral desde las digitaciones, y (2) la coalescencia de las digitaciones durante su avance. A partir de las simulaciones numéricas, se obtiene una relación que describe el desarrollo de la salinidad con la profundidad y el tiempo, promediada horizontalmente, el cual depende de la permeabilidad y del contraste inicial de densidad para números de Rayleigh inferiores a 6.000. Esta relación es coherente con índices previos generalizados del avance de las digitaciones, y representa una extensión a estos. Se discute su aplicabilidad a acuíferos reales (con números de Rayleigh superiores a 105), que tienen complejidades asociadas a la anisotropía, la heterogeneidad y la dispersión mecánica. La aplicación al acuífero costero Pleistoceno de los Países Bajos (20 m de potencia y 10-11 m2 de permeabilidad) sugiere que la salinización tuvo lugar en décadas, debido a episodios históricos de inundación por aguas marinas.
Résumé Une modélisation numérique et une analyse dimensionnelle ont été mises en oeuvre pour étudier la salinisation d'aquifères épais et à forte perméabilité par convection libre d'une source de sel en surface. La compréhension habituelle de ce processus concerne principalement les étapes initiales de la salinisation seule (développement d'une couche limite, partition en digitations et phase initiale de développement des digitation). Dans la modélisation, une attention particulière a été portée au rôle de deux processus du taux de salinisation à long terme: (1) la perte progressive de sel dans les digitations par diffusion latérale et (2) la coalescence des digitations au cours de leur développement. À partir de simulations numériques, une relation a été obtenue qui permet de décrire l'extension de la salinité horizontalement en profondeur et au cours du temps en fonction de la perméabilité et du contraste initial de densité pour des nombres de Rayleigh de l'aquifère jusqu'à Ra =6,000. Cette relation est compatible avec ces résultats et fournit une extension des relations précédemment généralisées du taux de développement des digitations. On discute son applicabilité à des aquifères réels (Ra >105) incluant des complexités liées à l'anisotropie, l'hétérogénéité et la dispersion mécanique. L'application à l'aquifère côtier du Pléistocène des Pays-Bas (épaisseur environ 200 m, perméabilité environ10–11 m2) laisse penser que la salinisation de cet aquifère au cours d'épisodes historiques d'inondation par la mer s'est produit durant des décennies.
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3.
Uplift deformation of Jiangya Dam in Loushui River, Hunan Province, P.R. China reached 28.4–32.6 mm in 2 years and 5 months (December 1998–April 2001), which is unusual for dams worldwide. A perfectly confined aquifer, Yuntaiguan hot water aquifer, in the Jiangya syncline is recharged at a remote wing and outflows in front of the dam in the reservoir which is 875 m lower than the recharge point. The rise of the reservoir water level increases the head in the aquifer. The uplift deformation of the dam foundation corresponds spatially with the outcrop of the top interface of the aquifer and shows a direct time response to the fluctuation of the reservoir water level, indicating that the fluctuation of the reservoir water level is the dominant influence on the deformation. Numerical simulation shows spatial and dynamic similarities to the monitoring data. Numerical simulation of the cyclic reservoir water level confirms that the uplift is due to elastic deformation.
Resumen En la presa de Jiangya en el rio Loushui, Provincia de Hunan, R. P. De China, la deformación por levantamiento alcanzó 28.4–32.6 mm en dos años y cinco meses (Diciembre 1998–Abril 2001), lo cual no es común para las presas alrededor del mundo. El acuífero de Yuntaiguan, con agua caliente, es perfectamente confinado, y es recargado en un flanco lejano del sinclinal de Jiangya, descargando su flujo enfrente de la presa, dentro del embalse, sitio que está 875 m más bajo que el punto de recarga. El aumento en el nivel del embalse, incrementa la cabeza en el acuífero. La deformación por levantamiento en la cimentación de la presa tiene una correspondencia espacial con el afloramiento de la interfase superior del acuífero y muestra una respuesta directa en el tiempo con la fluctuación del nivel del agua en el embalse, indicando que la fluctuación del nivel del agua en el embalse es la influencia dominante sobre la deformación. La simulación numérica muestra similitudes espaciales y dinámicas con los datos de monitoreo. La simulación numérica del nivel de agua cíclico del embalse, confirma que el levantamiento se debe a deformación elástica.
Résumé Pendant deux ans et cinq mois ( Décembre 1998–Avril 2001) les déplacements verticaux du barrage Jangya, situé sur la rivière Loushui, dans la province Hunan de la R.P. de Chine ont atteint des valeurs peu communes, de 28.4–32.6 mm. Laquifère thermal captive de Yuntaiguan est rechargé sur le flanc lointain du synclinal de Jiangya, où il est cantonné et se décharge dans le réservoir du barrage dont le niveau et avec 875 m au dessous du point de recharge. Le niveau piézometrique de laquifère est augmenté par la housse de niveau dans le réservoir. Les déplacements verticaux correspondent au laffleurement du toit de laquifère et présentent une réponse temporelle directe aux fluctuations de niveaux du réservoir, en indiquant que celles-ci ont une influence dominante sur les déplacements. Les simulations numériques montrent des similarités spatiales et dynamiques avec les données du système de surveillance. Les simulations numériques de variations cycliques des niveaux du réservoir ont confirmé que les déplacements verticaux sont engendrées par des déformations élastiques.
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4.
In low permeability environments, transport by advection is often neglected based on a Péclet number criterion. Such a criterion usually states that if the Péclet number (Pe) is much smaller than 1, diffusion dominates over advection and transport may be modeled considering diffusion only. Unfortunately, up to 10 different Péclet number definitions exist and for a particular case these different definitions lead to very diverse Péclet number values, differing several orders of magnitude from each other. In this paper, the different Péclet number definitions are therefore evaluated on their ability to determine the relative importance of transport by advection and by diffusion in low permeability environments. This is done by comparing the results of the analytical solution for pure diffusion with the analytical solution for diffusion, advection and dispersion for a large number of different input parameter values. The relation between the different Péclet numbers and the difference between the calculated concentration considering diffusion only and the calculated concentration considering both diffusion and advection is studied. These calculations show that some Péclet number definitions are not well suited to decide whether advection may be neglected in low permeability media.
Resumen Frecuentemente se descuida el transporte por avección en ambientes de baja permeabilidad sobre la base del criterio del número de Péclet. Dicho criterio usualmente sostiene que si el número de Péclet (Pe) es mucho menor a 1, la difusión domina sobre la avección y es posible modelar el transporte considerando la difusión únicamente. Desafortunadamente existen 10 definiciones diferentes del número de Péclet y para un caso en particular estas diferentes definiciones conducen a valores de número de Péclet muy diversos los cuales difieren entre sí en varias magnitudes. Por lo tanto, en este artículo se evalúan las diferentes definiciones en base a su habilidad para determinar la importancia relativa del transporte por avección y difusión en ambientes de baja permeabilidad. Esto se lleva a cabo mediante la comparación de los resultados de la solución analítica para difusión pura con los de la solución analítica por difusión, avección y dispersión para un número amplio de diferentes valores como parámetro. Se ha estudiado la relación entre los diferentes números de Péclet y las diferencias entre la concentración calculada considerando difusión únicamente y considerando tanto difusión como avección. Estos cálculos muestran que algunas de las definiciones de los números de Péclet no son muy apropiadas par decidir si se puede descuidar la avección en medios de baja permeabilidad.
Résumé Dans les milieux à faible perméabilité, le transport par advection est souvent négligeable lorsquon se base sur le critère du nombre de Péclet. Un tel critère suggère habituellement que pour un nombre de Péclet beaucoup plus petit que 1, la diffusion domine sur ladvection et que le transport peut être modélisé par diffusion seulement. Malheureusement, il existe jusquà environ dix définitions du nombre de Péclet et pour un cas spécifique, ces différentes définitions mènent à des valeurs du nombre de Péclet très différentes, et qui varient entre elles de plusieurs ordres de grandeur. Dans cet article, les différentes définitions du nombre de Péclet sont évaluées en fonction de leur habileté à déterminer limportance relative du transport par advection et par diffusion dans les milieux à faible perméabilité. Ceci est fait en comparant les résultats de la solution analytique pour la diffusion pure à la solution analytique pour la diffusion, ladvection et la dispersion, et ce, pour un grand nombre de valeurs différentes comme paramètre dentrée. La relation entre les différents nombres de Péclet et la différence entre la concentration calculée en considérant la diffusion seulement et la concentration calculée considérant simultanément la diffusion et ladvection est étudiée. Ces calculs prouvent que certaines définitions de nombre de Péclet ne sont pas appropriées afin de décider si ladvection peut être négligée dans les milieux à faible perméabilité.
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5.
The site of the future Saligny low- and intermediate-level waste repository presents a rather deep unsaturated zone consisting of a pile of loess and clay, underlain by a calcareous aquifer. Van Genuchten parameters were first estimated in laboratory on samples collected from all the horizons, at different depths. In a second kind of test, moisture parameters were estimated from the natural water content profiles, observed in some wells, by inversion of the unsaturated flow equation. Based on the solution of the inverse problem as well as of the sensitivity analyses a simple physical model of the vadose zone was determined, consisting of a layered sequence that was subjected to a constant infiltration flux. Radionuclide migration was simulated in a vertical cross section made along the most probable path from the repository towards the surface water discharge zone. For radionuclide release, a source term was evaluated by ensuring a conservative estimate of cell inventory during the cell-filling operation. According to the simulation results, for the medium half-life nuclides, the unsaturated zone is a perfect barrier, whereas the long half-life isotopes break through in the aquifer at significant concentrations.
Resumen El sitio del futuro repositorio para desechos de nivel bajo e intermedio, denominado Saligny, presenta una zona no saturada bastante profunda, consistente en un depósito de loess y arcilla, subyacido por un acuífero calcáreo. Los parámetros de Van Genuchten se estimaron por primera vez en laboratorio, a partir de muestras recolectadas de todos los horizontes, a diferentes profundidades. En un segundo tipo de prueba se estimaron los parámetros de humedad a través de la inversión de la ecuación de flujo no saturado, a partir de los perfiles naturales que contienen agua, observados en algunos pozos. Con base en la solución del problema inverso, así como también en análisis de sensibilidad, se determinó un modelo físico simple de la zona vadosa, el cual consiste de una secuencia estratificada sometida a un flujo de infiltración constante. La migración del radioisótopo fue simulada en una sección vertical, hecha a lo largo del camino más probable entre el repositorio y la zona de descarga en el agua superficial. Para la liberación del radioisótopo se evaluó la fuente, asegurando un estimativo conservador del inventario de celdas durante la operación de llenado de celdas. De acuerdo con los resultados de la simulación, para los isótopos con vida media intermedia, la zona no saturada es una barrera perfecta; mientras que los isótopos con vida media larga irrumpen en el acuífero con concentraciones importantes.
Résumé Le futur stockage de déchets radioactifs de faible et moyenne activité de Saligny est caractérisé par une zone non-saturée assez profonde qui consiste dans des dépôts de loess et dargile qui couvrent un aquifère calcaire. Dans une première étape, les paramètres de van Genuchten ont été déterminés en laboratoires sur des échantillons prélevés de toutes les couches, à des profondeurs différentes. Dans une seconde étape les mêmes paramètres ont été estimés, comme un solution du problème inverse à partir de profils de la saturation en eau, mesurés dans des forages. Les résultats du problème inverse, ainsi que l› analyse de sensibilité ont mené à un modèle multi- couches de la zone non-saturé, rechargé par un flux constant. On a simulé le transport des radionucléides dans une coupe verticale, construite au long du trajet le plus probable entre le stockage et les eaux de surface. Le flux de radionucléides relâchés a été estimé en considérant une valeur consevative pour la masse totale stocké. D› après les résultats de la simulation la zone non saturée forme une barrière presque parfaite pour les radionucléides de période moyenne, denvirons de 30 ans, tendis quelle est traversée avec des concentrations assez importantes par des isotopes à grande période.
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The Doñana region, in southwestern Spain, comprises a large and important nature reserve, the wetlands of which are affected by human activity. Planting of an extensive eucalyptus forest in the 1950s and, more recently, the use of aquifers for irrigation and water supply for some coastal tourist resorts, have altered the natural groundwater-flow system. The area of the study is the western sector of the region, called El Abalario, which is a gentle topographic elevation between the Atlantic coast and La Rocina Creek (Arroyo de la Rocina). Underneath a variable layer of eolian sands with high dunes near the coast, thick Plio-Quaternary detritic strata, mostly fine silica sands, overlie marls. Near the base there is a variable, deltaic-origin layer of coarse sands and gravels. The dome-shaped water table, inside the sands, is close to the surface everywhere except beneath the dune belt, and small, temporary, shallow lagoons are numerous. The coarse sand and gravel layer conditions groundwater flow and behaves as a semiconfined layer between sands. A cross section through the area was simulated with a model to check the validity of the conceptual groundwater-flow pattern and its sensitivity to the hydraulic parameters. The model was calibrated using parameter values obtained by pumping tests and multilevel piezometric data, and checked against the estimated groundwater discharge into La Rocina Creek. Groundwater flows peripherally to the sea coast, to La Rocina Creek, or directly east and southeastward into the Doñana marshlands, in the Guadalquivir River delta. The average net aquifer recharge rate was calculated to be between 100 and 200 mm year–1 for the area covered by brush, but is remarkably lower in the areas of eucalyptus trees. The transient-state model shows that recharge varies spatially and is not clearly proportional to annual precipitation. Phreatic evapotranspiration plays an important role in decreasing the net value of aquifer recharge to approximately 0.4–0.6 of that calculated with a soil-balance model. The cross section model was used to study the effect of groundwater abstraction on water-table depth by subtracting the contribution of vertical flow, calculated by a well-hydraulics formula, to the semiconfined deep aquifer. The result was a decrease in phreatic evapotranspiration, flow into La Rocina Creek, and lagoon-inundation frequency. Replacement of the eucalyptus forest with native vegetation may raise water-table levels and even reactivate old tributaries to La Rocina Creek.
Resumen La región de Doñana, situada en el sudoeste de España, incluye una gran e importante reserva natural, cuyos humedales están siendo afectados por la actividad humana. La extensa plantación de eucaliptus en la década de 1950 y el uso más reciente de los acuíferos para riego y para abastecimiento de centros turísticos costeros han modificado el sistema de flujo del agua subterránea en esta zona. Este estudio se ha realizado en el sector occidental, llamado El Abalario. Se trata de una elevación suave situada entre el océano Atlántico y el arroyo de La Rocina. Debajo de un manto variable de arenas eólicas, que forma un alto cordón dunar costero, se encuentran sedimentos detríticos plio-cuaternarios formados por arenas silíceas finas, que hacia la base incluyen una capa de arenas gruesas y gravas de origen deltrico, los que a su vez yacen sobre margas. El flujo de agua subterránea está relacionado con niveles de gravas y gravillas semiconfinadas por las arenas fluvio-marinas que contienen el nivel freático. El nivel freático es somero excepto debajo del cordón dunar. Son frecuentes pequeñas lagunas temporales. Se ha simulado el flujo de agua subterránea en una sección para comprobar el modelo de flujo conceptual y la sensibilidad a variaciones de los parámetros. El modelo fue calibrado usando los valores de los parámetros hidráulicos obtenidos en ensayos de bombeo y datos piezométricos medidos a diferentes profundidades, y la descarga estimada al arroyo de La Rocina. La recarga de agua subterránea drena lateralmente, por un lado hacia la costa y por otro lado a través del arroyo de La Rocina, o directamente hacia las Marismas de Doñana situadas en el delta del río Guadalquivir. Con una lluvia media anual entre 550 y 600 mm, la recarga neta media estacionaria anual del acuífero, considerando periodos de tiempo largos, se estima entre 100 y 200 mm en las zonas de vegetación autóctona, y es notablemente menor en las zonas de plantación de eucaliptos. El modelo transitorio indica que la recarga varia espacialmente y no es claramente proporcional a la precipitación para periodos de un año. La evapotranspiración freática varia espacialmente y juega un papel importante; disminuye el valor neto de la recarga al acuífero para dejarlo en 0,4 a 0,6 de lo que se calcula mediante un balance de agua en el suelo. La sección modelada sirve para estudiar el efecto de la extracción de agua subterránea sobre la profundidad del nivel freático mediante la substracción del flujo vertical, que se calcula mediante una fórmula de hidráulica de pozos para el acuífero semiconfinado profundo. El resultado es una disminución de la evapotranspiración freática, del flujo al arroyo de la Rocina y de la frecuencia de inundación de las lagunas. La substitución del bosque de eucaliptus por vegetación nativa puede elevar los niveles freáticos e incluso reactivar antiguos "caños" tributarios al arroyo de La Rocina.
Résumé La région de Doñana, située dans le sud ouest de l'Espagne, comprend une importante réserve naturelle avec des zones humides, affectée par l'activité humaine. L'exploitation de vastes plantations d'eucalyptus pendant les années 50 et l'usage plus récent des nappes souterraines pour l'irrigation et l'alimentation en eau des centres touristiques côtiers ont modifié le système de flux d'eau souterraine dans cette zone. La présente étude a été réalisée dans le secteur occidental, appelé El Abalario. Ce secteur consiste en une légère élévation située entre l'Océan Atlantique et la ravine de La Rocina. Une couverture variable de sables éoliens, formant une haute crête dunaire côtière, recouvre des sédiments detritiques plio-quaternaires, déposés eux même sur des sables siliceux lesquels reposent à leur tour sur des marnes. Près de la base se trouvent des sables grossiers et des graviers d'origine deltaïque, dont l'épaisseur varie spatialement. Le flux d'eau souterraine est conditionné par l'aquifère semi confinés des graviers et des sables grossiers. Le niveau phréatique de l'aquifère libre des sables fluvio-marins est peu profond, excepté sous les dunes. On y trouve souvent des petites lagunes temporaires peu profondes. Le flux de l'eau souterraine a été simulé dans une section verticale pour vérifier le modèle hydrogéologique conceptuel et la sensibilité aux variations des paramètres. Le modèle a été calé en utilisant d'une part les valeurs des paramètres hydrauliques obtenus par des essais de pompage et d'après les données piezométriques mesurées à différentes profondeurs, et d'autre part l'apport estimé de la ravine de La Rocina. L'écoulement d'eau souterraine s'effectue par drainage latérale dans trois directions, d'une part vers la côte, d'autre part à travers la ravine de La Rocina et finalement directement vers les Marais de Doñana situés à l'est et sud-est dans le delta du fleuve Guadalquivir. Avec une pluviométrie moyenne comprise entre 550 et 600 mm, la recharge nette moyenne annuelle des nappes, pour des périodes de temps assez longues, est estimée entre 100 et 200 mm dans les aires de végétation autochtone, et elle est nettement inférieure dans les aires plantées d´eucalyptus. Le modèle transitoire montre que la recharge varie dans l'espace et qu'elle n'est pas clairement proportionnelle aux précipitations annuelles. L'évapotranspiration phréatique joue un rôle important et diminue la valeur nette de la recharge des nappes de 0,4 à 0,6 de la valeur calculée avec un modèle de bilan d'eau dans le sol. La section modélisée est utilisée pour étudier l'effet de l'extraction d'eau souterraine sur la profondeur du niveau phréatique en soustrayant le flux vertical, calculé grâce à une formule d'hydraulique des puits, de la nappe profonde semi-confinée. Le résultat de cette extraction est une diminution de l'évapotranspiration phréatique, du flux au niveau de la ravine de La Rocina et de la fréquence d'inondation des lagunes. La substitution de forêts d'eucalyptus par de la végétation autochtone peut permettre la remonté des niveaux phréatiques et même réactiver d'anciens ravins affluents à La Rocina.
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7.
The Grand Forks aquifer, located in south-central British Columbia, Canada was used as a case study area for modeling the sensitivity of an aquifer to changes in recharge and river stage consistent with projected climate-change scenarios for the region. Results suggest that variations in recharge to the aquifer under the different climate-change scenarios, modeled under steady-state conditions, have a much smaller impact on the groundwater system than changes in river-stage elevation of the Kettle and Granby Rivers, which flow through the valley. All simulations showed relatively small changes in the overall configuration of the water table and general direction of groundwater flow. High-recharge and low-recharge simulations resulted in approximately a +0.05 m increase and a –0.025 m decrease, respectively, in water-table elevations throughout the aquifer. Simulated changes in river-stage elevation, to reflect higher-than-peak-flow levels (by 20 and 50%), resulted in average changes in the water-table elevation of 2.72 and 3.45 m, respectively. Simulated changes in river-stage elevation, to reflect lower-than-baseflow levels (by 20 and 50%), resulted in average changes in the water-table elevation of –0.48 and –2.10 m, respectively. Current observed water-table elevations in the valley are consistent with an average river-stage elevation (between current baseflow and peak-flow stages).
Resumen El acuífero de los Grand Forks, situado al sur de la Columbia Británica central (Canadá) ha sido utilizado como lugar de estudio para modelar la sensibilidad de un acuífero a los cambios en la recarga y el caudal de los ríos de acuerdo con escenarios previstos de cambio climático en la región. Los resultados sugieren que las variaciones en la recarga al acuífero bajo los diversos escenarios, que han sido modelados en régimen estacionario, tienen un impacto mucho menor en las aguas subterráneas que los cambios en el caudal de los ríos Kettle y Granby, que discurren por el valle. Todas las simulaciones muestran diferencias relativamente pequeñas en la configuración regional de los niveles freáticos y en la dirección general del flujo subterráneo. Las simulaciones de recarga elevada y baja causan un incremento de 0,05 m y un decremento de 0,025 m, respectivamente, en los niveles del acuífero. Los cambios de la elevación del río, simulados para reflejar niveles de flujo mayores que los valores pico (en un 20% y un 50%) resultan en cambios medios de los niveles del acuífero de 2,72 m y 3,45 m, respectivamente. Los cambios simulados en la elevación del río para flujos inferiores al caudal de base (en un 20% y en un 50%) provocan descensos en los niveles de 0,48 y 2,10 m, respectivamente. Los niveles actuales del acuífero en el valle son coherentes con una elevación media del nivel en el río (entre el caudal de base actual y los picos de caudal).
Résumé L'aquifère de Grand Forks, situé en Colombie britannique (Canada), a été utilisé comme zone d'étude pour modéliser la sensibilité d'un aquifère à des modifications de la recharge et du niveau de la rivière, correspondant à des scénarios envisagés de changement climatique dans cette région. Les résultats font apparaître que les variations de recharge de l'aquifère pour différents scénarios de changement climatique, modélisées pour des conditions de régime permanent, ont un impact sur le système aquifère beaucoup plus faible que les changements du niveau des rivières Kettle et Granby, qui coulent dans la vallée. Toutes les simulations ont montré des différences relativement faibles dans la configuration d'ensemble de la nappe et dans la direction générale des écoulements. Des simulations de conditions de recharge forte et de recharge faible produisent respectivement une remontée de 0,05 m et un abaissement de 0,025 m, approximativement, des cotes de la nappe pour l'ensemble de l'aquifère. Des changements simulés de la cote du niveau de la rivière, pour refléter des niveaux plus hauts que ceux des pics de crues (de 20 et de 50%), produisent respectivement des remontées de la nappe de 2,72 et 3,45 m en moyenne. Des changements simulés de l'altitude du niveau de la rivière, pour refléter des niveaux plus bas que ceux de basses eaux (de 20 et de 50%), produisent respectivement des abaissements de la nappe de 0,48 et 2,10 m en moyenne. Les altitudes courantes observées de la nappe dans la vallée sont cohérentes avec une cote moyenne du niveau de la rivière (entre les niveaux courants de basses eaux et de crues).
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8.
A commercial version of the magnetic resonance sounding (MRS) technique became available in 1996. At that time, ITC research team started to investigate the MRS technique with respect to its appropriateness to groundwater investigations. MRS is the only non-invasive surface geophysical technique with an inherent selectivity to free hydrogen and, therefore, to groundwater. The signal amplitude inversion allows quantifying free water content as a function of depth and signal decay rate inversion characterizes pore size with depth. The technique is limited in its depth investigation capability mainly by the size of its excitation/sensing loop, by the electric conductivity of the media, by the ambient noise level and by the Earth's magnetic field value. Two field cases illustrate MRS applications. A conglomeratic aquifer within metamorphic fractured rock sequence in Portugal shows the MRS response in a low porosity environment and unconsolidated porous aquifer system in the Netherlands, presents an opposite case of high porosity environment.
Resumen  En 1996, apareció una versión comercial de la técnica de Sondeos mediante Resonancia Magnética (SRM). En aquel momento, el equipo de investigación del ITC comenzó a estudiar la utilidad de dicha técnica para su aplicación a las aguas subterráneas. Los SRM son la única técnica geofísica de superficie no invasiva que posee una selectividad inherente al hidrógeno libre y, por tanto, a las aguas subterráneas. La inversión de la amplitud de la señal permite cuantificar el contenido de agua libre en función de la profundidad, mientras que la inversión de la tasa de decaimiento de la señal caracteriza el tamaño de poro con la profundidad. La técnica está limitada en su capacidad para investigaciones profundas esencialmente por el tamaño del bucle de excitación/detección, por la conductividad eléctrica del medio, por el nivel de ruido ambiental y por el valor del campo magnético terrestre. Se ilustra la aplicación de los SRM mediante dos ejemplos de campo: el primero consiste en un acuífero de conglomerados intercalados en una secuencia de rocas fracturadas, en Portugal, con lo que se muestra la respuesta de los SRM en un medio de baja porosidad; el segundo ejemplo trata de un sistema acuífero en materiales no consolidados, en los Países Bajos, que supone el caso contrario de un medio de alta porosidad.
Résumé  Une réalisation commerciale de Sondage par Résonance Magnétique (SRM) est disponible depuis 1996. À cette époque, une équipe de recherche d'ITC a commencé à étudier la pertinence de la technique SRM pour l'étude des aquifères. Le SRM est la seule technique géophysique non-invasive de surface qui présente une sélectivité inhérente à l'hydrogène libre et par conséquent à l'eau souterraine. L'inversion de l'amplitude du signal permet de quantifier la teneur en eau libre en fonction de la profondeur et l'inversion du taux de décroissance du signal caractérise la taille des pores en fonction de la profondeur. La technique est limitée pour sa profondeur d'investigation surtout par la dimension de la boucle d'excitation/détection, la conductivité électrique du milieu, le niveau du bruit ambiant et la valeur du champ magnétique terrestre. Deux exemples illustrent des applications du SRM. Un aquifère conglomératique dans une séquence fracturée métamorphique au Portugal montre la réponse du SRM dans un milieu à faible porosité et un système aquifère poreux non consolidé des Pays-Bas présente la situation opposée d'un milieu à forte porosité.
J. RoyEmail:
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Although, the Eastern Desert of Egypt forms about 22% of the surface area of the country, the area is undeveloped due to the limited availability of water. The morphologic units of the Eastern Desert consist of a number of drainage basins covering about 147,820 km2 (66.5% of the total surface area of the Eastern Desert). The basins drain the occasional rainwater, either towards the Nile Valley or to the Red Sea, causing flood hazards. The availability of water from the hydrologic systems of these basins could be improved by constructing runoff controlling systems in these areas (e.g. dykes and partially effective dams), which could save and make use of a considerable amount of water. The groundwater resources in the Eastern Desert can be divided into four main water-bearing units: the fractured crystalline Pre-Cambrian aquifer, the Nubian sandstone aquifer, the fractured limestone and sandstone aquifer and the Quaternary aquifer. The most productive aquifer is the Nubian sandstone while the fractured limestone and sandstone (Miocene) are only productive along the eastern part of the desert. The Quaternary aquifer occurs along the major dry washes (wadis) and is considered of limited potential as it is recharged mainly from the occasional rainfall. Detailed assessment of these aquifers should be carried out locally for further development of the area.
Resumen Aunque el Desierto Oriental de Egipto constituye alrededor del 22% de la superficie del país, esta área no se encuentra desarrollada por causa de la escasez de agua. Las unidades morfológicas del Desierto Oriental consisten de un número de cuencas de drenaje que cubren alrededor de 147,820 km2 (66.5% del área superficial total del Desierto Oriental). Estas cuencas drenan las aguas lluvias ocasionales, bien hacia el Valle del Nilo o hacia el Mar Rojo, causando amenazas de inundación. La disponibilidad de agua a partir de los sistemas hidrológicos de estas cuencas, puede ser mejorada al construir sistemas de control de escorrentía allí (Ej. Diques y presas de efectividad parcial), las cuales podrían almacenar y permitir el uso de una cantidad considerable de agua. Los recursos de agua subterránea en el Desierto Oriental, pueden dividirse en cuatro unidades principales portadoras de agua: El acuífero fracturado cristalino Pre – Cámbrico, el acuífero de la Arenisca de Nubia, el acuífero de arenisca y caliza fracturadas y el acuífero Cuaternario. El acuífero más productivo es la arenisca de Nubia, mientras que la arenisca y caliza fracturadas (Mioceno), son productivas únicamente a lo largo de la parte oriental del desierto. El acuífero Cuaternario se encuentra a lo largo de las corrientes intermitentes mayores (Wadis) y se le considera de potencial limitado por ser recargado principalmente a partir de lluvia ocasional. Una evaluación detallada de estos acuíferos debe llevarse a cabo localmente, para el desarrollo adicional de esta área.
Résumé Bien que le Désert Est occupe 22% de la surface de lEgypte, la région est sousdeveloppée à cause de la ressource en eau limitée. Les unités morphologiques consistent en des bassins drainant qui couvrent une surface de 147,820 km2 ,représentant 66.6% de la surface du Désert Est. Les bassins drainent les plues intermittentes vers la vallée du Nil ou vers la Mer Rouge en provocant des inondations. On peut augmenter la ressource en eau dans cette région en réalisant des systèmes de contrôle de ruissellements (des digues...) qui peuvent sauver et utiliser un volume considérable deau. La ressource en eau souterraine du Désert Est est cantonnée dans quatre grandes structures: l› aquifère fracturé cristallin Précambrien, l› aquifère gréseux Nubien, l› aquifère calcaire et gréseux et l› aquifère quaternaire. Le plus productif est l› aquifère gréseux Nubien tendis que les calcaire et les grèses dage miocène sont productives seulement dans la partie est du désert. L› aquifère quaternaire se trouve au long des oueds sèches et on considéré quil a un potentiel limité, étant rechargé seulement par les plues intermittentes. Pour le futur développement de la région il est nécessaire une évaluation détaillée, à léchelle locale de ces aquifères.
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A simple analytical formula is developed to calculate transient discharge inflow rates into a tunnel or a well under constant drawdown. The agreement with the classical, but cumbersome diffusion-equation-based solution of Jacob and Lohman is excellent throughout the range of dimensionless times. By using only a straightforward logarithmic function, this explicit solution may therefore be used with great computational benefits in practice, and also when further mathematical manipulations such as differentiation or integration are required.
Resumen Una fórmula analítica sencilla fue desarrollada para calcular el grado de descarga transitoria hacia un túnel, o un pozo, bajo condición de un abatimiento constante. Existe una concordancia excelente, desde el comienzo hasta el final, en el rango de los tiempos adimensionales, con la solución clásica pero complicada, de Jacob y Lohman, basada esta última en la ecuación de difusión. Solamente mediante el uso de una función logarítmica simple, esta solución explícita puede por tanto ser usada en la práctica con grandes ventajas computacionales, y también cuando se necesitan manipulaciones matemáticas adicionales, tales como diferenciación o integración.
Résumé On a développé une formule analytique simple pour le calcul du flux infiltré en régime transitoire dans un tunnel ou un puits en supposant le rabattement constante. Les résultats sont en accord avec la solution plus compliquée de Jacob-Lohman de léquation de diffusion, sur tout lintervalle de temps adimensionel considéré. En utilisant une fonction logarithmique ce solution explicite peut être utilisée sans un grand effort de calcul dans la pratique courante, ainsi que dans les situations où il est nécessaire à dériver ou intégrer lexpression du rabattement.
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A recent analytical model developed to compute the residence time of fluid flowing in an unconfined aquifer towards a single pumping well is examined. The solution is scaled and presented practically as a nomograph showing the relationship between the residence time, flow length and draw-down. In addition, a similar scaling process is undertaken for the same problem occurring in a confined aquifer so that the error introduced by approximating an unconfined system as a confined system can be understood over a wide range of conditions.
Resumen Se examina un modelo analítico, recientemente desarrollado, para calcular el tiempo de residencia de un fluido, el cual está fluyendo dentro de un acuífero libre hacia un pozo de bombeo único. La solución después de ser ajustada, se presenta prácticamente como un nomograma, mostrando la relación entre el tiempo de residencia, la longitud del flujo y el abatimiento. Adicionalmente, un proceso similar de ajuste fue realizado para el mismo problema, pero bajo condiciones de acuífero confinado, por tanto el error causado por hacer la aproximación de un sistema libre como si fuera un sistema confinado, puede llegar a ser entendido para un rango amplio de condiciones.
Résumé On analyse un modèle analytique récent pour calculer le temps de résidence dun fluide pendant son écoulement vers un puits de pompage dans une nappe libre. La solution a été mise-à-léchelle et présenté dune manière pratique, comme une nomogramme qui exprime la relation entre le temps de résidence, la distance de l› écoulement et le rabattement. De plus, on a utilisé un procédé similaire de mise-à-léchelle pour le même problème dans une nappe captive affin que lerreur introduite par lapproximation dune nappe libre par une nappe captive peut être interprétée pour une grande classe de conditions.
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This paper focuses on the relationship between the karst aquifers and the Hérault River (southern France) as a function of hydrologic conditions. The combination of major and trace element, and Sr and Pb isotopes determined on dissolved load in karstic springs makes it possible to identify a dynamic scheme of the hydrology of the karstic area.In the headwaters part of this area, the Sourcettes Spring is fed by an interrupted stream that infiltrates at the basement-sedimentary cover contact. Internal geochemical processes are also pointed out: (1) water–rock interactions during underground circulation, and (2) water originating from different layers of the aquifer may show different chemistry depending on the hydrological conditions. The Vernède Spring, is fed by a second water supply during high flows (previously considered as unconnected). Finally, the Cent-Fonts Springs have been confirmed to be fed by the Buège interrupted stream.Pb isotopes on the dissolved and particulate loads of the river samples make it possible to discriminate the natural (local rocks) versus anthropogenic (mining district and road traffic) Pb sources. The Pb isotope investigations on karstic water make it possible to differentiate between neighboring springs presenting identical Sr isotope and element ratios, and to point out different underground circulation.
Resumen Este artículo trata de la relación río-acuífero kárstico en la cuenca de Hérault (Francia), en función de las condiciones hidrológicas. La combinación de elementos principales, elementos traza, e isótopos de estroncio y plomo en muestras de manantiales kársticos permite construir un esquema dinámico de la zona.El manantial de Sourcettes, en la parte alta de la región, está alimentado por una corriente interrumpida que se infiltra a través la cubierta sedimentaria del lecho. También, se apunta a los procesos internos geoquímicos: (1) interacciones roca-acuífero, (2) aguas procedentes de capas diferentes del acuífero, dependiendo de las condiciones hidrológicas. El manantial de Vernède, en el sector oriental de la cuenca, se nutre de una segunda fuente de agua en períodos de aguas altas, que anteriormente se consideraba desconenctada. Finalmente, se ha confirmado que los manantiales de Cent-Fonts captan las aguas del curso interrumpido del Buège.Los isótopos de plomo, tanto en fase disuelta como en suspensión de muestras de río, permiten discriminar entre orígenes naturales (rocas naturales) y antrópicos (minería y tráfico) de este elemento. Las investigaciones en aguas kársticas llevan a diferenciar entre manantiales vecinos que tienen relaciones de isótopos de estroncio idénticas, así como a proponer circulaciones distintas en el acuífero por drenaje o por mineralización no diseminada del plomo.
Résumé Cet article s'intéresse à la relation entre le karst et une rivière dans le bassin de l'Hérault (France), en fonction des conditions hydrologiques. La combinaison des éléments majeurs, des traces et des isotopes de Sr et Pb déterminés dans la charge dissoute de sources karstiques permet de construire un schéma dynamique de la région karstique.Dans la partie la plus haute de cette région, la source des Sourcettes est alimentée par un cours d'eau qui s'infiltre au contact de la série sédimentaire sur le socle. Des processus géochimiques sont également mis en évidence: (1) des interactions eau-roche au cours du trajet souterrain, (2) de l'eau provenant de différents niveaux de l'aquifère en fonction des conditions hydrologiques. Dans la partie orientale du bassin, la source Vernède reçoit une seconde alimentation lors des fortes crues, précédemment considérée comme n'étant pas connectée. Finalement, on confirme que la source des Cent-Fonts est alimentée par les pertes de la rivière de la Buèges.Les isotopes du Pb dans les charges dissoute et solide des échantillons de rivières ont conduit à faire la distinction entre les sources naturelle (roches locales) et anthropique (mines et trafic routier). Les études sur les isotopes du Pb dans les eaux karstiques permettent de différencier les sources voisines présentant des rapports d'éléments et de signatures isotopiques du Sr identiques, et à distinguer différentes circulations souterraines drainant ou non des minéralisations disséminées de Pb.
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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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Hydraulic Continuity In Large Sedimentary Basins   总被引：11，自引：2，他引：9  
Regional hydraulic continuity is a phenomenological property of the rock framework. This property is quantified as the ratio of an induced change in pore pressure at a point of observation to an inducing change at a point of origin. A subsurface rock body is considered to be hydraulically continuous on a given time scale if a change in pressure at any of its points can cause a change at any other point, within a time interval measurable on the specified time scale. The hydraulically continuous behaviour of the rock framework may be masked in large sedimentary basins by large distances, relatively short periods of observations, and sharp contrasts in flow-sensitive properties of subsurface fluids, such as temperature and chemical composition. Due probably mainly to these masking effects, the concept of "hermetically" sealed hydraulic compartments in the subsurface is still used as a working hypothesis by some earth scientists, particularly in petroleum geology. That the rock framework is hydraulically continuous has been established independently from both local aquifer studies and regional evaluations of water resources. The principal natural consequences are extensive groundwater flow systems, systematic areal distribution of matter and heat, and hydraulic interdependence of different basinal areas. The recognition of regional hydraulic continuity is, therefore, indispensable for the correct interpretation of numerous natural processes and phenomena, and for the correct modelling and prediction of the effects of stresses imposed on the groundwater regime by nature and man. RÉSUMÉ: La continuité hydraulique régionale est une propriété phénoménologique des roches magasins. Cette propriété est quantifiée par le rapport entre un changement provoqué dans la pression porale au point d'observation et celui produit au point d'origine. Un ensemble rocheux souterrain est considéré comme étant hydrauliquement continu à une óchelle de temps donnée si une variation de pression en l'un de ses points peut provoquer une variation de pression en n'importe quel autre point, dans un intervalle de temps mesurable à l'échelle de temps définie. Le comportement hydrauliquement continu de la roche magasin peut être masqué dans les grands bassins sédimentaires par les grandes distances, par les durées d'observation relativement courtes et par de forts contrastes dans les propriétés des fluides souterrains relatives à l'écoulement, telles que la température et la composition chimique. A cause probablement surtout de ces effets de masque, le concept de compartiments hydrauliques souterrains isolés "hermétiquement" a encore cours comme hypothèse de travail en géosciences, en particulier en géologie pétrolière. Le fait que la roche magasin soit hydrauliquement continue a été établi de manière indépendante à la fois par des études d'aquifères locaux et par des évaluations régionales de ressources en eau. Les conséquences naturelles principales sont l'existence de systèmes d'écoulements souterrains de grande extension, la répartition systématique de la matière et de la chaleur et l'interdépendance des différentes bassins. La mise en évidence de la continuité hydraulique régionale est cependant indispensable à une interprétation correcte des nombreux processus et phénomènes naturels et à une modélisation et à une prédiction convenables des effets des contraintes imposées sur le régime des eaux souterraines par la nature et par l'homme. RESUMEN: La continuidad hidràulica regional es una propiedad fenomenológica de los cuerpos rocosos. Esta propiedad se cuantifica como la relación entre el cambio inducido en la presión intersticial en un punto de observación respecto al producido en el punto de origen. Un cuerpo rocoso se considera continuo hidráulicamente a una cierta escala de tiempo, si un cambio de presión en cualquiera de sus puntos puede producir un cambio en cualquier otro punto, en un intervalo de tiempo medible a una escala de tiempo específica. El comportamiento hidráulico continuo de la roca in grandes cuencas sedimentarias puede estar enmascarado por largas distancias, periodos de observación relativamente cortos y por contrastes bruscos en las propiedades de los fluidos que son sensibles al propio flujo, como son temperatura y composición química. Debido probablemente a estos efectos de enmascaramiento, el concepto de compartimentos hidráulicamente "sellados" en el subsuelo se sigue usando como una hipótesis de trabajo, particularmente en geología petrolífera. El hecho que un cuerpo rocoso sea continuo hidráulicamente se ha establecido independientemente a partir tanto de estudios en acuíferos locales, como de evaluaciones regionales de recursos hidrálicos. Las consecuencias naturales principales son sistemas de flujo aguas subterráneas extensivos, distribución sistemática de materia y calor e interdependencia hidráulica de las distintas áreas de cuenca. El reconocimiento de la continuidad hidráulica regional es, por tanto, indispensable para la correcta interpretación de numerosos procesos y fenómenos naturales, así como para la correcta modelación y predicción de los efectos de las tensiones impuestas al régimen de flujo por la naturaleza y el hombre.  相似文献   

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This study presents the establishment of sustainable development and management policies for the Küçük Menderes River Basin aquifer system in western Turkey. Geological, hydrogeological, and geophysical data are used conjunctively to define various hydrogeological units and their geometry. Distributions of hydraulic-parameter values and recharge are estimated by geostatistical methods and hydrologic simulations, respectively. A finite-difference groundwater flow model is used to represent the unconfined flow in the aquifer system. The model has been calibrated under steady state and transient conditions. The resulting model was used to test seven management scenarios for a planning period of 21 years to determine the so-called safe yield and sustainable yield of the aquifer system and to investigate the potential impacts of four planned surface water reservoirs on groundwater resources in the basin. The results demonstrate that the continuation of the present pumping rates exceeds both the safe yield and the sustainable yield of the aquifer system. Consequently, the growing need for irrigation water should be met by the construction of the planned surface water reservoirs and the implementation of efficient water management policies and plans.
Resumen Este estudio presenta el establecimiento de políticas sustentables de desarrollo y gestión en el sistema acuífero de la cuenca del río Küçük Menderes, al Oeste de Turquía, para lo que se ha utilizado datos geológicos, hidrogeológicos y geofísicos de forma conjunta de cara a definir diversas unidades hidrogeológicas y su geometría. La distribución de los parámetros hidráulicos y de la recarga ha sido estimada mediante métodos geoestadísticos y simulaciones hidrológicas, respectivamente. Se ha empleado un modelo de las aguas subterráneas en diferencias finitas para representar el flujo no confinado en el sistema acuífero, el cual se ha calibrado bajo condiciones estacionarias y transitorias. El modelo resultante ha sido usado para contrastar siete escenarios de gestión durante un período de planificación de 21 años con el fin de determinar el punto de explotación segura y sustentable del sistema acuífero, así como para investigar los impactos potenciales sobre los recursos subterráneos de los cuatro embalses superficiales que se hallan en proyecto. Los resultados demuestran que el mantenimiento de las tasas actuales de extracción del acuífero supera tanto el régimen de bombeo seguro como el sustentable del sistema. Por consiguiente, se debería compensar la necesidad creciente de agua para riego con la construcción de los reservorios superficiales previstos y con la implementación de políticas y planes de gestión eficiente del agua.
Résumé Cette étude présente la proposition dune politique de développement et de gestion durables du système aquifère du bassin du Petit Mendérès dans louest de la Turquie. Des données géologiques, hydrogéologiques et géophysiques ont été utilisées conjointement pour définir les différentes unités hydrogéologiques et leur géométrie. Les distributions des paramètres hydrauliques et de la recharge ont été estimées respectivement par des méthodes géostatistiques et des simulations hydrologiques. Un modèle découlement souterrain aux éléments finis a été utilisé pour représenter lécoulement non captif dans le système aquifère. Le modèle a été calibré dans des conditions de régimes permanent et transitoire. Le modèle résultant a servi à tester sept scénarios de gestion pour une période de programmation de 21 ans, afin de déterminer les débits de prélèvement sûr et durable dans le système aquifère et détudier les impacts potentiels de quatre réservoirs deau de surface en projet sur les eaux souterraines du bassin. Les résultats montrent que la poursuite des prélèvements au débit actuel excède aussi bien le débit dexploitation de sécurité que celui durable pour le système aquifère. Par conséquent, les besoins croissants deau pour lirrigation doivent être satisfaits par la construction des réservoirs projetés et par la mise en place de politiques et de plans de gestion de leau efficace.
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Tracer tests are conducted to ascertain solute transport parameters of a single rock feature over a 5-m transport pathway. Two different conceptualizations of double-porosity solute transport provide estimates of the tracer breakthrough curves. One of the conceptualizations (single-rate) employs a single effective diffusion coefficient in a matrix with infinite penetration depth. However, the tracer retention between different flow paths can vary as the ratio of flow-wetted surface to flow rate differs between the path lines. The other conceptualization (multirate) employs a continuous distribution of multiple diffusion rate coefficients in a matrix with variable, yet finite, capacity. Application of these two models with the parameters estimated on the tracer test breakthrough curves produces transport results that differ by orders of magnitude in peak concentration and time to peak concentration at the performance assessment (PA) time and length scales (100,000 years and 1,000 m). These differences are examined by calculating the time limits for the diffusive capacity to act as an infinite medium. These limits are compared across both conceptual models and also against characteristic times for diffusion at both the tracer test and PA scales. Additionally, the differences between the models are examined by re-estimating parameters for the multirate model from the traditional double-porosity model results at the PA scale. Results indicate that for each model the amount of the diffusive capacity that acts as an infinite medium over the specified time scale explains the differences between the model results and that tracer tests alone cannot provide reliable estimates of transport parameters for the PA scale. Results of Monte Carlo runs of the transport models with varying travel times and path lengths show consistent results between models and suggest that the variation in flow-wetted surface to flow rate along path lines is insignificant relative to variability in the amount of diffusive capacity that can be accessed along the transport pathway.
Resumen Delimitando la eficacia de modelos de evaluación con resultados de pruebas de trazadores: una comparación entre dos modelos conceptuales.Se llevaron a cabo pruebas de trazadores para evaluar los parámetros de transporte de solutos en un rasgo rocoso a lo largo de una trayectoria de transporte de 5 m. Dos diferentes conceptualizaciones del transporte de solutos de porosidad doble aportan estimados de las curvas de avance de trazadores. Una de las conceptualizaciones (ritmo único) utiliza un coeficiente de difusión efectiva único en una matriz con profundidad de penetración infinita. Sin embargo, la retención del trazador entre diferentes trayectorias de flujo puede variar debido a que la relación entre la superficie mojada de flujo y el ritmo de flujo difiere entre las líneas de trayectoria. La otra conceptualización (multi-ritmo) utiliza una distribución continua de coeficientes de ritmos de difusión múltiple en una matriz con capacidad variable pero finita. La aplicación de los dos modelos con los parámetros estimados en base a las curvas de avance de trazadores producen resultados de transporte que difieren en varios órdenes de magnitud, tanto en concentración pico como en el tiempo en que se alcanza la concentración pico, en las escalas de evaluación de eficacia (PA) de tiempo y longitud (100,000 años y 1,000 m). Estas diferencias se examinan mediante el cálculo de límites de tiempo en que se considera que la capacidad difusiva actúa como un medio infinito. Estos límites se comparan en ambos modelos conceptuales y contra los tiempos característicos para difusión en escalas de PA y de prueba de trazador. Adicionalmente, se examinan las diferencias entre los modelos calculando de nuevo los parámetros para el modelo multi-ritmo a partir del modelo tradicional de doble porosidad a escala PA. Los resultados indican que para cada modelo la cantidad de la capacidad difusiva que actúa como un medio infinito sobre la escala de tiempo especificada explica las diferencias entre los resultados del modelo y que las pruebas de trazadores por sí solas no aportan cálculos confiables de los parámetros de transporte para la escala PA. Los resultados provenientes de corridas Monte Carlo de los modelos de transporte con distintos tiempos de viaje y diferentes longitudes de trayectorias muestran resultados consistentes entre modelos y sugieren que la variación en la relación de superficie de flujo mojada a ritmo de flujo a lo largo de las líneas de trayectoria es insignificante en relación con la variabilidad en la cantidad de capacidad difusiva que puede alcanzarse a lo largo de la trayectoria de transporte.
Résumé Contraindre le bilan des performances des modèles avec les résultats de traçages: une comparaison entre deux modèles conceptuels.Des tests de traçage sont mis en oeuvre pour étudier les paramètres de transport de soluté dune roche sur une longueur de 5 m. Deux différents modèles de transport de soluté dans un milieu à double porosité fournissent des estimation des courbes de restitution. Lune des conceptualisations (unique taux de restitution) emploie un seul coefficient effectif de diffusion dans une matrice possédant une pénétration infinie en profondeur. Par ailleurs, la rétention du traceur entre les différentes lignes découlement peut varier comme le rapport des débits aux surfaces mouillées et comme le rapport de la différence de débits entres les lignes découlement. Lautre conceptualisation (taux multiple) emploie une distribution continue de coefficients de diffusion dans une matrice à capacité variable et finit. Lapplication de ces deux modèles avec les pa! ramètres estimés grâce aux courbes de restitution produit des résultats de transport qui différent de plusieurs ordres de grandeur dans la magnitude du pic, le temps du pic de concentration, au bilan des performances (PA) et aux échelles de distance (100,000 ans et 1,000 m). Ces différences sont éxaminées par lintermédiaire des temps limites pour que la capacité diffusive équivaille à un milieu infini. Ces limites sont comparées à travers les modèles conceptuels ainsi que les temps caractéristiques de diffusion à léchelle du test de traçage et à léchelle du PA. Par ailleurs, les différences entre les modèles sont éxaminées en réestimant les paramètres pour le modèle à taux multiple à partir des résultats du modèle à double porosité à léchelle du PA. Les résultats indiquent que pour chaque modèle la valeur de la capacité diffusive dans un milieu infini sur une période de temps spécifiée explique les différences entre les modèles et le ! fait que le test de traçage seul ne permet pas de déterminer les paramètres de transport à léchelle du PA. Les résultats des simulations Monte Carlo du modèle de transport avec des temps et des distances de transport variables montrent des résultats concordances entre les différents modèles et suggère que la variation que la variation entre surface mouillée et le rapport de la différence de débits entre les lignes découlement est insignifiante, en regard de la variabilité du montant de la capacité diffusive qui peut être accessible le long de la ligne de transport.
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This paper deals with the relationship between the physical characteristics of the Rharb-Mamora basin (Northern Morocco) and the distribution of hydraulic conductivity values in the Plio-Quaternary aquifer. A steady state groundwater model has been calibrated using these values. The distribution of hydraulic conductivity corresponds to a hydrodynamic partition with permeabilities of 2×10–3 to 5×10–2 ms–1 (in the coastal part). A numerical modeling process shows a relative error map between calculated and measured piezometric surfaces, in order to facilitate calibration in steady state.The distribution of hydraulic conductivity values, and the lateral variation of sequences (deduced from engineering geology methods e.g. hydrogeological drilling data, seismic reflection interpretation, and geostatistical analysis), are controlled by synsedimentary fault activity, which deepened the Mio-Pliocene basement resulting in a thickening of overlying permeable rocks.
Resumen Esta nota trata la relación existente entre las características físicas y la distribución de la conductividad hidráulica de los acuíferos subyacentes de la cuenca del Rharb-Mamora (norte de Marruecos). Para la simulación del flujo del agua subterránea se ha establecido un modelo en régimen permanente. La distribución de la conductividad hidráulica corresponde a un reparto hidrodinámico cuyo grado de permeabilidad es generalmente alto: desde 2×10–3 hasta 5×10–2 ms–1 (zona costera). Con el objetivo de facilitar la calibración del modelo en régimen permanente, el proceso numérico realizado mostró errores relativos entre la piezometría calculada y medida. La distribución de los valores de permeabilidad y la variación lateral de las unidades permeables ha sido deducida a partir de métodos de geología aplicada (análisis de los sondeos hidrogeológicos, interpretación de los perfiles de sísmica de reflexión y aplicación de métodos geoestadísticos), y están controlados por la actividad de las fallas sinsedimentarias que influyen sobre la topografía del basamento mio-plioceno y el grosor de las unidades acuíferas.
Résumé Cette note traite la relation entre les caractéristiques physique du bassin Rharb-Mamora (Nord du Maroc) et la répartition de la conductivité hydraulique du réseau aquifère. Le modèle de simulation des écoulements souterrains a été établi en régime permanent. La distribution de la conductivité hydraulique correspond à un découpage hydrodynamique dont le degré de perméabilité est généralement bon entre 2×10–3 to 5×10–2 ms–1 (zone côtière). Afin de faciliter le calage en régime permanent, le code numérique établi permet de mettre en évidence les erreurs relatives entre la piézométrie calculée et mesurée.La distribution des valeurs de perméabilité et la variation latérale des unités perméables, déduites des méthodes de la géologie appliquée (analyse des forages hydrogéologiques, interprétation des profils sismique réflexion et analyse géostatistique), sont contrôlées par lactivité des failles synsédimentaires qui influencent lapprofondissement du substratum hydrogéologique mio-pliocène et lépaississement des corps perméables.
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As the latest drought has swept over the southwestern United States, most local and regional water providers have had to rely on ground water to meet their water demands as surface water supplies have diminished. In areas near major population centers this situation has continued to put strain and stress on already over-drafted regional aquifers. Metropolitan centers throughout the southwestern United States, as exemplified by Las Vegas, Nevada; Phoenix and Tucson, Arizona; and El Paso, Texas, have a history of over drafting their available ground water resources. How these stressed aquifers should be managed is an urgent issue. In El Paso, Texas long-term groundwater mining in the transboundary Hueco bolson aquifer has resulted in large water level drawdowns within the basin, particularly in several well fields. This situation has promoted the intrusion of brackish water into fresh water zones, and consequently reduced the volume of fresh water stored in the aquifer. Management of this aquifer is made more complex as the water resources of the region are shared across the United States/Mexico boundary and the transboundary region continues to grow rapidly. This paper describes the current situation within the Hueco bolson due to over drafting and continued reliance on the fresh water in storage and describes how understanding the dynamics of the aquifer as a complex system can offer managerial perspectives that can be used to establish operational procedures and programs for bringing drawdowns into equilibrium, increasing the longevity of the aquifer, gradually restoring water quality, and offering the hope of utilization of the resource in a sustainable manner.
Resumen A medida que la última sequía ha pasado ligeramente sobre el suroeste de Estados Unidos la mayoría de abastecedores locales y regionales de agua han tenido que depender del agua subterránea para satisfacer sus demandas de agua debido a que las fuentes de agua superficial han disminuido. En áreas cerca de centros poblados principales esta situación ha continuado ejerciendo presión en los ya sobre explotados acuíferos regionales. Los centros metropolitanos en todo el suroeste de Estados Unidos, por ejemplo Las Vegas, Nevada; Fénix y Tucson, Arizona; y El Paso, Texas tienen una historia de sobre explotar los recursos de agua subterránea disponibles.La gestión de estos acuíferos estresados constituye un problema urgente. En El Paso, Texas el minado de agua subterránea a largo plazo en el acuífero transnacional Hueco bolsón ha resultado en varios campos de pozos. Esta situación ha promovido la intrusión de agua salobre hacia zonas con agua fresca y reducido consecuentemente el volumen de agua fresca almacenado en el acuífero. El manejo de este acuífero se hace más complejo debido a que los recursos hídricos de la región son compartidos a través del límite Estados Unidos/México y la región transnacional continúa creciendo rápidamente. Este artículo describe la situación actual dentro del Hueco bolsón debido a la sobre explotación y continua dependencia en el agua fresca almacenada y describe como el entendimiento de la dinámica del acuífero como un sistema complejo puede ofrecer perspectivas de gestión que pueden utilizarse para establecer procedimientos operacionales y programas que conduzcan al equilibrio de los descensos, aumentando la longevidad del acuífero, gradualmente restaurando la calidad del agua, y ofreciendo la esperanza de utilizar el recurso de manera sostenible.
Résumé Alors que la dernière sécheresse a atteint toute la partie Sud-Ouest des Etats-Unis, la plus part des distributeurs deau, locaux et régionaux, doivent sapprovisionner en eau souterraine dés lors que les niveaux des eaux de surface ont diminués. Dans les zones proches des grands centres densément peuplés, cette situation a continuée a altérée des aquifères déjà surexploités. Les centres métropolitains du Sud-Ouest des Etats-Unis (Las Vegas dans le Nevada, Phoenix et Tucson dans lArizona, El Paso au Texas) sont connus historiquement pour surexploités leurs ressources en eaux souterraines. Il devient urgent de définir un mode de gestion de ses aquifères surexploités. A El Paso dans le Texas, le minage de laquifère transfrontalier engendre un rabattement important dans le bassin, et plus particulièrement autour des zones de captage. Cette situation a induit lintrusion deaux saumâtres dans des zones deaux douces, et a par conséquent réduit le volume deau douce stockée et exploitable dans laquifère. La gestion de cet aquifère est par ailleurs complexifiée par la situation transfrontalière, dautant que la zone frontalière connaît une croissance rapide. Cet article décrit la situation actuelle dans la vallée fermée du Hueco, due au sur-rabattement et à lexploitation continue des eaux douces, et décrit comment la compréhension de laquifère, vu comme un système complexe, peut offrir des perspectives de gestion amenant à des procédures opérationnelles et à des programmes à long terme permettant de ramener à léquilibre la baisse des niveaux deau. Ainsi la longévité de laquifère sera mieux garantie, la qualité de leau sera graduellement restaurée et lutilisation de leau respectera le souci de développement durable.
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The Republic of Djibouti (23,000 km2; 500,000 inhabitants), located within the Horn of Africa, undergoes an arid climate with an average annual rainfall less than 150 mm. Water resources are provided up to 98% by groundwater. Two types of aquifers are encountered: volcanic and sedimentary aquifers. This paper focuses on the assessment of their hydraulic properties, which is necessary for future tasks regarding the management of these aquifers. To this end, a data base consisting of all available pumping test data obtained since the 1960s was compiled. Pumping tests have been interpreted to determine transmissivity. Solely for volcanic aquifers, transmissivity also has been estimated through an empirical relationship using specific capacity corrected for turbulent well losses. The transmissivity of each type of aquifer can span up to four orders of magnitude, pointing out their strong heterogeneity. For the various volcanic rocks, the younger the rock, the higher the transmissivity. The transmissivity of volcanic rocks has therefore decreased in the course of geological time. At present, a much better understanding of the hydraulic properties of these complex aquifers has been obtained, which should enable optimal management of their groundwater resources through the use of numerical modeling.
Resumen La República de Yibuti (23.000 km2, 500.000 habitantes) está situada en el Cuerno de África, donde se han formado diversas unidades volcánicas—basaltos y riolitas—y rocas sedimentarias desde la expansión de los continentes acaecida al inicio de la deriva continental (hace 30 millones de años). La precipitación media anual es inferior a 150 mm. Las rocas volcánicas y sedimentarias, con dimensión inferior a 2.000 km2, constituyen acuíferos locales. Los basaltos estratificados forman un acuífero regional que se extiende a más de 9.000 km2. La multitud de datos existente ha sido almacenada desde los años 1960 en una base de datos. La transmisividad de estos acuíferos ha sido determinada mediante datos de ensayos de bombeo y una relación empírica que usa la capacidad específica corregida con las pérdidas turbulentas en el pozo. La transmisividad de estos acuíferos se comporta como una variable lognormal, hecho importante para los trabajos previstos de modelación con métodos estadísticos. La transmisividad de cada acuífero puede variar hasta en cuatro órdenes de magnitud, manifestando su gran heterogeneidad. Para los materiales volcánicos, la transmisividad es mayor cuanto más joven es la roca. La permeabilidad de las rocas volcánicas ha evolucionado por tanto con el tiempo geológico. Actualmente, se posee un mayor conocimiento sobre las propiedades hidráulicas de estos acuíferos complejos, de manera que se puede hacer una gestión óptima de sus recursos hídricos subterráneos con la utilización de modelos numéricos.
Résumé La République de Djibouti (23,000 km2; 500,000 habitants), située dans la Corne de lAfrique, subit un climat aride avec une pluviométrie moyenne annuelle inférieure à 150 mm. Les ressources en eau sont fournies à plus de 98% par les eaux souterraines contenues dans des aquifères sédimentaires ou volcaniques. Cet article a pour objectif lévaluation des propriétés hydrauliques de ces aquifères, étape indispensable pour entreprendre par la suite des études en vue de la gestion de ces aquifères. Une base rassemblant les données dessais par pompage disponibles depuis les années Soixante a dabord été établie. Les essais par pompage ont été interprétés pour déduire la transmissivité. Concernant les aquifères volcaniques, la transmissivité a également été estimée à laide dune relation empirique reliant la transmissivité et le débit spécifique corrigé des pertes de charge anormales. La transmissivité pour chaque aquifère couvre jusquà quatre ordres de grandeur, montrant la forte hétérogénéité de ces milieux. Pour les roches volcaniques, on observe que la transmissivité est dautant meilleure que la roche est plus jeune. Leur transmissivité a ainsi diminué durant les temps géologiques. La compréhension des propriétés hydrauliques de ces aquifères complexes est à présent bien meilleure, ce qui permet denvisager une gestion optimale de leurs ressources à laide de modèles numériques.
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