Romain Chesnaux

Field evidence of hydraulic connections between bedrock aquifers and overlying granular aquifers: examples from the Grenville Province of the Canadian Shield

Field evidence of hydraulic connections between a bedrock aquifer and an overlying granular aquifer in the Canadian Shield (Grenville Province) is presented. This issue is rarely considered and investigated despite its important hydraulic and chemical consequences and its widespread occurrence worldwide. The methodology employed is based on complementary field tests conducted at specific experimental sites instrumented both in the rock and in the overlying deposits. One of the bedrock sites revealed a natural hydraulic connection with the overlying granular aquifer caused by the weathered surface of the uppermost bedrock. Another site revealed an artificial hydraulic connection between the bedrock and the granular aquifer created by an improperly sealed casing. A regional study showed that hydraulic connections yield an erroneous interpretation of the true hydraulic properties of the tested aquifer. The detection of hydraulic connections is therefore essential to properly define well-capture areas and contamination conditions. It is recommended to practitioners that pumping tests be performed as well as hydrochemical comparisons of each existing aquifer unit. Falling-head permeability tests are also helpful in verifying the quality of the seal at the bedrock–casing contact. More effective procedural controls and better well-construction practices are necessary to reduce the risks of cross-contamination induced by defective seals.RésuméDes preuves de terrain de connexions hydrauliques entre l’aquifère de socle et l’aquifère sédimentaire détritique sus-jacent dans le bouclier canadien (province de Grenville) sont présentées. Cette question est rarement considérée et étudiée en dépit de ses conséquences importantes du point de vue hydraulique et chimique et de la présence de ce type de configuration très largement répandue dans le monde entier. La méthodologie utilisée est basée sur des tests complémentaires menés sur le terrain sur des sites expérimentaux spécifiques instrumentés à la fois dans les formations de socle et dans les dépôts sus-jacents. Un des sites en contexte de socle a révélé une connexion hydraulique naturelle avec l’aquifère sédimentaire détritique sus-jacent du fait de la surface altérée de la partie supérieure du substratum rocheux. Un autre site a révélé une connexion hydraulique artificielle entre le substratum rocheux et l’aquifère sédimentaire détritique créée par un tubage scellé de manière inappropriée. Une étude régionale a montré que les connexions hydrauliques conduisent à une interprétation erronée des véritables propriétés hydrauliques de l’aquifère testé. La détection des connexions hydrauliques est donc essentielle afin de définir de manière adéquate les zones de captage et les conditions de contamination. Il est recommandé aux praticiens d’effectuer des essais de pompage ainsi que des comparaisons hydrochimiques au niveau de chaque unité aquifère. Des tests de perméabilité à charge variable sont également utiles pour vérifier la qualité de l’étanchéité entre le substratum et le tubage du forage. Des contrôles de procédures plus efficaces et de meilleures pratiques de réalisation de forages sont nécessaires pour réduire les risques de contamination induits par des défauts d’étanchéité au niveau des tubages du forage.ResumenSe presentan evidencias de campo de las conexiones hidráulicas entre un acuífero de basamento y un acuífero granular suprayacente en el escudo canadiense (Provincia de Grenville). Este tema es raramente considerado e investigado a pesar de las importantes consecuencias hidráulicas e hidroquímicas y su amplia ocurrencia en todo el mundo. La metodología empleada está basada en ensayos complementarios de campo realizados en sitios experimentales específicos seleccionados tanto en la roca como en los depósitos suprayacentes. Uno de los sitios de la roca de basamento reveló una conexión hidráulica natural con el acuífero granular suprayacente provocado por la superficie meteorizada de la parte más alta del basamento. Otro sitio reveló una conexión hidráulica artificial entre el basamento y el acuífero granular creado por un caño camisa mal sellado. Un estudio regional mostró que las conexiones hidráulicas dan una interpretación errónea de las verdaderas propiedades hidráulicas del acuífero ensayado. La detección de las conexiones hidráulicas es asimismo esencial para definir adecuadamente las áreas de captura de los pozos y las condiciones de contaminación. Se recomienda a los operarios la realización de ensayos de bombeo, así como comparaciones hidroquímicas de cada una de las unidades acuíferas existentes. Las pruebas de permeabilidad con caída de carga hidráulica son también útiles para verificar la calidad del sello en el contacto entre la roca y el caño camisa. Se necesitan controles de procedimientos más efectivos y mejores prácticas de construcción de pozos para reducir los riesgos de contaminación cruzada inducidos por sellados defectuosos.摘要本文介绍了加拿大地盾(格林威尔区)一个基岩含水层和其上覆的粒状含水层之间水力联系的现场证据。尽管水力上和化学上具有重要影响以及世界上分布很广,但对这个问题很少进行研究和调查。所使用的方法基于基岩和其上覆的沉积层中特定试验场进行的互补性现场试验。一个基岩试验场揭示了由于最上层基岩的风化面造成的基岩含水层和上覆粒状含水层之间天然水力联系。另一个试验场揭示了由于套管密封不恰当而造成的基岩含水层和和粒状含水层之间的人为水力联系。区域研究显示,水力联系可对所实验的含水层真正水力特性给出错误的解译。因此,探测水力联系对于正确确定井的捕获区和污染条件非常重要。建议对每个现有的含水层单元进行抽水实验及水化学对比。变水头渗透试验对验证基岩套管接触面的密封质量也有帮助。减少由于密封不佳造成的交叉污染风险需要有更有效的过程控制手段和更好的成井实践。ResumoSão apresentadas evidências de campo de conexões hidráulicas entre o substrato rochoso e um aquífero granular sobrejacente no Escudo Canadiano (Província de Grenville). Esta questão é raramente considerada e investigada, apesar das importantes consequências hidráulicas e químicas e da sua ocorrência generalizada em todo o mundo. A metodologia utilizada é baseada em testes de campo complementares realizados em sítios experimentais específicos, com instrumentação quer na rocha de base, quer nos depósitos sobrejacentes. Um dos locais do substrato revelou uma conexão hidráulica natural com o aquífero granular sobrejacente causada pela superfície mais alterada da parte superior do substrato rochoso. Outro lugar revelou uma ligação hidráulica artificial entre o substrato rochoso e o aquífero granular, criado por uma tubagem indevidamente selada num furo. Um estudo regional mostrou que as ligações hidráulicas podem conduzir a uma interpretação errónea das verdadeiras propriedades hidráulicas do aquífero testado. A deteção de ligações hidráulicas é, portanto, essencial para definir adequadamente os perímetrso de proteção e as situações de contaminação. Recomenda-se aos profissionais que os testes de bombeamento sejam realizados, bem como comparações hidroquímicas em cada unidade aquífera existente. Ensaios de permeabilidade são também úteis para verificar a qualidade da selagem no contacto com o substrato rochoso. São assim necessários processos de controlo mais eficazes e melhores práticas de construção para reduzir os riscos de contaminação cruzada induzidos por selagens defeituosas.

A numerical investigation to illustrate the consequences of hydraulic connections between granular and fractured-rock aquifers

Natural or artificial hydraulic connections between a granular aquifer in contact with a fractured-rock aquifer can have significant physical and chemical impacts at both a local and a regional scale. In this study, numerical simulations are conducted in order to illustrate the hydrogeological consequences of such hydraulic relationships. The numerical investigation, based on a conceptual model, focuses on the effects of the hydraulic connections when conducting a pumping test in a well that is set into a granular confined aquifer overlying a fractured-rock aquifer which presents a few fractures directly connected to the granular aquifer. It is illustrated that when interpreting the pumping test with the conventional methods consisting of plotting the drawdown versus time, a bias is introduced on the estimation of the transmissivity of the granular aquifer due to groundwater flowing from the fractured-rock aquifer via connecting fractures. However, it is underlined that plotting drawdown log-derivative versus time helps to diagnose the existence of these hydraulic relationships and therefore avoids committing a bias on the transmissivity estimation of the granular aquifer. Numerical simulation results also illustrate that hydraulic connections between the two aquifers can have significant impacts on the hydrogeochemical signature of the granular aquifer under investigation.ResuméDes connexions naturelles ou artificielles entre un aquifère granulaire au contact d’un aquifère fissuré peuvent avoir des incidences physiques et chimiques à des échelles à la fois locale et régionale. L’investigation numérique, basée sur un modèle conceptuel, est focalisée sur les effets des connexions hydrauliques lorsqu’on effectue un test de pompage dans un puits foré dans un aquifère granulaire confiné surmontant un aquifère fissuré qui présente quelques fractures directement connectées à l’aquifère granulaire. On montre que lorsqu’on interprète le test de pompage avec les méthodes conventionnelles consistant à enregistrer les rabattements en fonction du temps, un biais sur l’estimation de la transmissivité de l’aquifère est introduit en raison du flux d’eau provenant de l’aquifère fissuré par les fractures connectées. Toutefois, on souligne que l’enregistrement de la dérivée logarithmique du rabattement en fonction du temps aide à diagnostiquer l’existence des ces relations hydrauliques et par la suite de commettre un biais sur l’estimation de la transmissivité de l’aquifère granulaire. Les résultats de la simulation numérique illustrent aussi que des connections hydrauliques entre les deux aquifères peuvent avoir des impacts significatifs sur la signature hydrogéochimique de l’aquifère granulaire étudié.ResumenLas conexiones hidráulicas naturales o artificiales entre un acuífero granular en contacto con un acuífero de roca fracturada pueden tener impactos físicos y químicos significativos tanto a escala local como regional. En este estudio, las simulaciones numéricas se llevaron a cabo para ilustrar las consecuencias hidrogeológicas de tales relaciones hidráulicas. La investigación numérica, basada en un modelo conceptual, se enfoca en los efectos de las conexiones hidráulicas cuando se realiza un ensayo de bombeo en un pozo que es construido en un acuífero granular confinado suprayacente a un acuífero de rocas fracturadas el cual presenta unas pocas fracturas directamente conectadas con el acuífero granular. Se ilustra que cuando se interpreta el ensayo de bombeo con los métodos convencionales que consisten en graficar la depresión en función tiempo, se introduce un sesgo en la estimación de la transmisividad del acuífero granular debido al flujo subterráneo desde el acuífero de la roca fracturada a través de las fracturas conectadas. Sin embargo, se resalta que el gráfico de la derivada logarítmica de la depresión en función del tiempo ayuda para diagnosticar la existencia de estas relaciones hidráulicas y por lo tanto evita cometer un sesgo en la estimación de la transmisividad del acuífero granular. Los resultados de la simulación numérica también ilustran que las conexiones hidráulicas entre los dos acuíferos puede tener impactos significativos sobre las características hidrogeoquímicas del acuífero granular bajo investigación.摘要在局部和区域尺度上,孔隙和裂隙含水层之间的天然或者人为的水力联系都有着明显的物理和化学上的影响。在本次研究中,用地下水数值模拟方法来研究这种水力联系在水文地质上的意义。基于概念模型的数值模拟研究重点在于当在一个处于孔隙承压含水层中的井中做抽水试验时水力联系的影响,这个孔隙承压含水层覆盖在通过几处断裂与之直接联系的裂隙含水层之上。研究表明,当利用画降深-时间曲线的常规方法来解释抽水试验时,由于裂隙含水层中的地下水能通过与孔隙含水层连接的断裂通道流向孔隙含水层,在估计孔隙含水层的导水系数时就会产生偏差。但是,需要强调的是通过画降深-时间对数导数曲线有助于判断水力联系的存在,继而在估计孔隙含水层的导水系数时可以避免偏差的产生。数值模拟的结果也表明,这两个含水层之间的水力联系对在调查中的孔隙含水层的水文地球化学特征会产生显著的影响。ResumoConexões hidráulicas naturais ou artificiais entre um aquífero granular em contato com um aquífero fraturado podem ter importantes impactes físicos e químicos, tanto a escala local como a escala regional. Neste estudo, são realizadas simulações numéricas, de modo a ilustrar as consequências hidrogeológicas de tais relacionamentos hidráulicos. A investigação numérica, com base num modelo concetual, incide sobre os efeitos das ligações hidráulicas ao realizar um teste de bombeamento num furo instalado num aquífero granular confinado sobrejacente a um aquífero fraturado que apresenta algumas fraturas com ligação direta ao aquífero granular. É ilustrado que, na interpretação do teste de bombagem com os métodos convencionais, que consistem em traçar o rebaixamento em função do tempo, é introduzido um erro sobre a estimativa da transmissividade do aquífero granular, devido ao fluxo das águas subterrâneas via fraturas de ligação do aquífero fraturado. No entanto, é sublinhado que a construção do gráfico da derivada do logaritmo do rebaixamento versus tempo ajuda a diagnosticar a existência dessas relações hidráulicas e, portanto, evita cometer um erro na estimativa de transmissividade do aquífero granular. Resultados da simulação numérica também ilustram que as conexões hidráulicas entre os dois aquíferos podem ter impactes significativos sobre a assinatura hidrogeoquímica do aquífero granular sob investigação.

Regional recharge assessment in the crystalline bedrock aquifer of the Kenogami Uplands, Canada

Abstract Assessing recharge in unconfined fractured rock aquifers is a challenging task due to the discontinuous nature of this medium. In this study, a methodology is proposed based on an analytical interpretation of the regional hydraulic head profiles of an unconfined fractured rock aquifer, to determine its recharge. This calculation is conducted for a regional groundwater system based on a one-dimensional Dupuit-Forchheimer model in steady-state conditions that yields the value of the ratio of the aquifer recharge to the aquifer hydraulic conductivity. The approach is tested on a crystalline bedrock aquifer (Kenogami Uplands) of the Canadian Shield located in the Province of Quebec in Canada. The results show an average hydraulic conductivity of the aquifer of 4.3 × 10−7 m/s and a recharge equivalent to approximately 0.4% (3.5 mm/year) of precipitation. These results are in agreement with other studies conducted on similar crystalline aquifers in the Canadian Shield. Editor D. Koutsoyiannis Citation Chesnaux, R., 2013. Regional recharge assessment in the crystalline bedrock aquifer of the Kenogami Uplands, Canada. Hydrological Sciences Journal, 58 (2), 421–436.

Closed-form analytical solutions for assessing the consequences of sea-level rise on groundwater resources in sloping coastal aquifers

The impacts of sea-level rise due to climate change on seawater intrusion in sloping-shore coastal unconfined aquifers are investigated. The study provides four closed-form analytical solutions for: (1) assessing the change in water-table elevation of coastal aquifers resulting from sea-level rise; (2) calculating the magnitude of the change of the saltwater inland toe migration within coastal aquifers in a context of sea-level rise; (3) measuring the change of groundwater travel times through coastal aquifers in a context of sea-level rise, and (4) calculating the change in the quantity (changes of volume) of coastal fresh groundwater resources in a context of sea-level rise. The solutions apply to Dupuit-flow type conditions considering one-dimensional horizontal flow for homogenous and isotropic unconfined aquifers recharged by constant surface infiltration and discharging to the ocean, under steady-state conditions and assuming a sharp interface of the saltwater/freshwater transition zone. Examples are provided to illustrate how to apply the new solutions and conduct sensitivity analyses of the critical parameters involved in the equations. Taking into account the angle of the shore slope, these solutions constitute new analytical tools aiming to better measure the effects of land-surface inundation and anticipate changes in groundwater resources in coastal aquifers in a context of climate change.RésuméLes impacts de l’élévation du niveau de la mer due au changement climatique sur l’intrusion marine dans des aquifères côtiers libres en pente sont étudiés. L’étude propose quatre solutions analytiques réduites pour: (1) l’évaluation de la variation du niveau piézométrique des aquifères côtiers résultant de l’élévation du niveau marin; (2) le calcul de l’amplitude de la variation de la migration de l’eau salée dans les terres au sein des aquifères côtiers dans un contexte de hausse du niveau marin; (3) la mesure du changement des temps de déplacement des eaux souterraines dans les aquifères côtiers dans un contexte de hausse du niveau de la mer, et (4) le calcul de la variation de la quantité (changements de volume) de ressources d’eaux souterraines douces côtières dans un contexte de hausse du niveau de la mer. Les solutions sont appliquées à des conditions d’écoulement de type Dupuit considérant un écoulement horizontal unidimensionnel pour des aquifères libres homogènes et isotropes rechargés par une infiltration de surface constante et avec une décharge en océan, dans des conditions d’écoulement permanent et en supposant une interface nette de la zone de transition eau salée / eau douce. Des exemples sont fournis pour illustrer comment appliquer les nouvelles solutions et mener des analyses de sensibilité pour les paramètres critiques impliqués dans les équations. Tenant compte de l’angle de la pente du rivage, ces solutions constituent de nouveaux outils analytiques visant à mieux mesurer les effets de l’inondation de la surface terrestre et d’anticiper les changements dans les ressources en eau souterraine dans les aquifères côtiers dans un contexte de changement climatique.ResumenSe investigan los impactos del ascenso del nivel del mar debido al cambio climático en la intrusión de agua de mar en acuíferos no confinados en zonas costeras con pendiente. El estudio proporciona cuatro soluciones analíticas de forma cerrada para: (1) evaluar el cambio en la elevación del nivel freático de acuíferos costeros resultante del ascenso del nivel del mar; (2) calcular la magnitud del cambio de la migración de agua salada hacia el interior del extremo de los acuíferos costeros en un contexto de aumento del nivel del mar; (3) medir el cambio de los tiempos de transporte del agua subterránea a través de los acuíferos costeros en el contexto del ascenso del nivel del mar, y (4) calcular el cambio en la cantidad (cambios de volumen) de los recursos costeros de aguas subterráneas dulces en un contexto del ascenso del nivel del mar. Las soluciones se aplican a las condiciones de flujo tipo Dupuit teniendo en cuenta el flujo horizontal en una dimensión para los acuíferos no confinados homogéneos e isotrópicos recargados por la infiltración constante desde la superficie y la descarga al mar, bajo condiciones de estado estacionario, y suponiendo una fuerte interfaz de la zona de transición de agua salada / agua dulce. Se proporcionan ejemplos para ilustrar cómo aplicar las nuevas soluciones y llevar a cabo el análisis de sensibilidad de los parámetros críticos que participan en las ecuaciones. Teniendo en cuenta el ángulo de la pendiente de la costa, estas soluciones constituyen nuevas herramientas de análisis con el objetivo de mejorar la medición der los efectos de la inundación en la superficie y anticipar cambios en los recursos de agua subterránea en los acuíferos costeros en un contexto de cambio climático.摘要调查了气候变化导致的海平面上升对倾斜海岸沿海非承压含水层海水入侵的影响。研究结果为(1)评价海平面上升导致的沿海含水层水位变化;(2)计算海平面上升情况下沿海含水层内海水向内陆运移入侵的变化幅度;(3)测量海平面上升情况下地下水通过沿海含水层的传输时间变化;(4)计算海平面上升情况下沿海地下淡水资源数量变化(体积变化)提供了四个封闭式解析解。鉴于稳定状态条件下受恒定地表入渗补给和排泄到海洋的均质和各向异性非承压含水层的一维水平流,及假定海水-淡水过渡带有明显的界面,解决方法适用于Dupuit-流类型条件。提供了实例以说明怎样应用新的解决方法,及对公式中关键参数进行敏感性分析。如果把海岸斜坡的坡度考虑进去,这些解决方法就构成了旨在更好测量气候变化条件下陆表洪水影响、预测沿海含水层地下水资源变化的新的解析工具。ResumoOs impactos do aumento do nível do mar devido às alterações climáticas sobre a intrusão de água salgada em aquíferos livres costeiros em costas declivosas são investigados. O estudo oferece quatro soluções analíticas de forma fechada para: (1) avaliar a mudança na elevação do lençol freático dos aquíferos costeiros resultantes da elevação do nível do mar; (2) calcular a magnitude da mudança da água salgada para o interior através da migração do pé da cunha salina de aquíferos costeiros, num contexto de aumento do nível do mar; (3) medir a variação de tempos de permanência das águas subterrâneas através de aquíferos costeiros, num contexto de aumento do nível do mar, e (4) o cálculo da mudança na quantidade (alterações de volume) de recursos costeiros de água doce subterrânea num contexto de aumento do nível do mar . As soluções são aplicadas para as condições de fluxo tipo Dupuit, considerando o fluxo horizontal unidimensional para aquíferos livres homogêneos e isotrópicos recarregados por infiltração superficial constante e descarga para o mar, em condições de estado estacionário e assumindo uma interface nítida da zona de transição de água salgada /água doce. Exemplos são fornecidos para ilustrar como aplicar as novas soluções e efetuar os ensaios de sensibilidade dos parâmetros críticos envolvidos nas equações. Tendo em conta o ângulo da inclinação costa, estas soluções constituem novos instrumentos de análise com o objetivo de medir melhor os efeitos da inundação de superfície terrestre e antecipar as mudanças nos recursos de água subterrânea em aquíferos costeiros, num contexto de alterações climáticas.

Estimating the reliability of aquifer transmissivity values obtained from specific capacity tests: examples from the Saguenay-Lac-Saint-Jean aquifers, Canada

Abstract In the absence of well-documented pumping tests, we investigate whether a reliable estimate of transmissivity T can be obtained using historical records of specific capacity data in granular and fractured-rock aquifers. Transmissivity values are calculated from the specific capacity data Q/s in several hundred wells located in the Saguenay-Lac-Saint-Jean region (Canada), with an iterative method applied to the Cooper-Jacob equation. The results are compared with short- and long-duration pumping tests performed throughout the region. We demonstrate that values of transmissivity compare well between the different types of tests for each lithology, when the scale of the test is similar. Therefore, using historical information easily increases the number of transmissivity values that can be estimated over a region. These values can be integrated in regional numerical models. Moreover, this study shows that T = 4.48(Q/s)1.15 with R2 = 0.66 for granular aquifers. This new empirical relationship can be used in similar environments. Editor D. Koutsoyiannis Associate editor C. Leduc

Comparing various approaches for assessing groundwater recharge at a regional scale in the Canadian Shield

ABSTRACT Estimating groundwater recharge is crucial to ensuring the proper management of aquifers. In this study, net regional recharge and spatial potential recharge are estimated at four watersheds within the Charlevoix–Haute-Côte-Nord (CHCN) regions, Quebec Province, Canada. Four methods are applied based on available data. The first two approaches are regional water budget methods. These two methods differ in their estimation of vertical inflow (VI), which is estimated from two hydrological models: GR4J and HYDROTEL. The third method estimates potential recharge spatially over the study area. Finally, the streamflow data are analysed using the Eckhardt baseflow separation method to obtain an estimation of recharge, assuming that discharge is equal to recharge. According to the results of all investigated methods, the mean annual recharge for the CHCN region is approximately 183 mm, which is 18% of the total annual precipitation (P). The discussion section highlights uncertainties due to the assumptions of each method and the reliability of the data.

Development of a hydrogeological conceptual wetland model in the data-scarce north-eastern region of Kilombero Valley, Tanzania

Understanding groundwater/surface-water interactions in wetlands is crucial because wetlands provide not only a high potential for agricultural production, but also sensitive and valuable ecosystems. This is especially true for the Kilombero floodplain wetland in Tanzania, which represents a data-scarce region in terms of hydrological and hydrogeological data. A comprehensive approach combining hydrogeological with tracer-based assessments was conducted, in order to develop a conceptual hydrogeological wetland model of the area around the city of Ifakara in the north-eastern region of Kilombero catchment. Within the study site, a heterogeneous porous aquifer, with a range of hydraulic conductivities, is underlain by a fractured-rock aquifer. Groundwater chemistry is mainly influenced by silicate weathering and depends on groundwater residence times related to the hydraulic conductivities of the porous aquifer. Groundwater flows from the hillside to the river during most of the year. While floodwater close to the river is mainly derived from overbank flow of the river, floodwater at a greater distance from the river mainly originates from precipitation and groundwater discharge. Evaporation effects in floodwater increase with increasing distance from the river. In general, the contribution of flood and stream water to groundwater recharge is negligible. In terms of an intensification of agricultural activities in the wetland, several conclusions can be drawn from the conceptual model. Results of this study are valuable as a base for further research related to groundwater/surface-water interactions and the conceptual model can be used in the future to set up numerical flow and transport models.RésuméLa compréhension des interactions eaux souterraines-eaux de surface dans les zones humides est. cruciale, car ces zones créent non seulement un haut potentiel pour la production agricole, mais encore des écosystèmes sensibles de grande valeur. Ceci est. spécialement vrai pour la zone humide de la plaine d’inondation de Kilombero en Tanzanie, qui est. une région pauvre en données hydrologiques et hydrogéologiques. Une approche globale associant hydrogéologie et des évaluations basées sur des traçages a été mise en œuvre pour développer un modèle hydrogéologique conceptuel de la zone humide autour de la ville de Ifakara dans le Nord-Est du bassin versant du Kilombero. Dans le domaine d’étude, un aquifère poreux hétérogène, avec une gamme de conductivités hydrauliques repose sur un aquifère rocheux fracturé. La chimie des eaux souterraines est. principalement influencée par l’altération des silicates et dépend du temps de séjour qui est. fonction des conductivités hydrauliques de l’aquifère poreux. Les eaux souterraines s’écoulent du versant collinaire vers la rivière durant la plus grande partie de l’année. Tandis qu’à proximité de la rivière l’eau de crue provient principalement du débordement du lit majeur, à une plus grande distance elle résulte des précipitations et de la décharge de la nappe souterraine. Les effets de l’évaporation sur l’eau de crue s’accroissent avec la distance à la rivière. En général, les contributions de l’eau de crue et du cours d’eau à la recharge de nappe sont négligeables. En termes d’intensification des activités agricoles dans la zone humide, plusieurs conclusions peuvent être tirées du modèle conceptuel. Les résultats de cette étude sont précieux comme base pour de nouvelles recherches relatives aux interactions eaux souterraines et eaux de surface et le modèle conceptuel peut être utilisé à l’avenir pour établir des modèles numériques d’écoulement et de transport.ResumenLa comprensión de las interacciones agua subterránea/agua superficial en los humedales es crucial porque ellos proporcionan no sólo un alto potencial para la producción agrícola, sino también por la sensibilidad y lo valioso de los ecosistemas. Esto es especialmente cierto para el humedal de la llanura inundable de Kilombero en Tanzania, que representa una región con escasos datos en términos de datos hidrológicos e hidrogeológicos. Se llevó a cabo un enfoque integral que combina evaluaciones hidrogeológicas con evaluaciones basadas en trazadores, con el fin de desarrollar un modelo hidrogeológico conceptual de humedales del área alrededor de la ciudad de Ifakara en la región nororiental de la cuenca de Kilombero. Dentro del sitio de estudio, un acuífero poroso heterogéneo, con una gama de conductividades hidráulicas, es subyacente a un acuífero de roca fracturada. La química del agua subterránea está influenciada principalmente por la meteorización de los silicatos y depende de los tiempos de residencia del agua subterránea relacionados con las conductividades hidráulicas del acuífero poroso. El agua subterránea fluye desde la ladera al río durante la mayor parte del año. Mientras que el agua de las inundaciones cerca del río se deriva principalmente del flujo de banco del río, el agua de la inundación a una mayor distancia del río proviene principalmente de la precipitación y de la descarga del agua subterránea. Los efectos de la evaporación en el agua de inundación se incrementan con el aumento de la distancia creciente al río. En general, la contribución de las inundaciones y de las corrientes de agua a la recarga de las aguas subterráneas es insignificante. En términos de una intensificación de las actividades agrícolas en el humedal, se pueden extraer varias conclusiones del modelo conceptual. Los resultados de este estudio son valiosos como base para investigaciones adicionales relacionadas con las interacciones agua subterránea/agua superficial y el modelo conceptual puede utilizarse en el futuro para establecer modelos numéricos de flujo y transporte.摘要了解湿地地下水/地表水相互作用至关重要,因为湿地不仅为农业生产提供了巨大的潜力,而且还提供了敏感和宝贵的生态系统。坦桑尼亚Kilombero河漫滩湿地尤其如此,这个湿地缺乏水文和水文地质数据。在此进行了基于示踪剂评价结果的水文地质和综合性研究,为了建立Kilombero流域东北部Ifakara市周围地区水文地质概念湿地模型。在研究区内,具有范围宽阔的水力传导率的异质孔隙含水层下伏着断裂岩含水层。地下水化学成分主要受到硅酸盐风化的影响,取决于与孔隙含水层水力传导率相关的地下水滞留时间。一年中大部分时间地下水从山坡流入河流。靠近河流的洪水主要来源于河流的漫滩流,而离河流较远的洪水主要源于降水和地下水排泄。洪水中的蒸发影响随着离河流的距离增加而增加。总的来说,洪水和河水对地下水补给的贡献微不足道。在强化湿地农业活动方面,可以从概念模型中得出几条结论。本研究结果作为进一步研究地下水/地表水相互作用的基础非常珍贵,概念模型将来可用于建立数值水流和运移模型。ResumoCompreender as interações entre águas subterrâneas/águas superficiais em áreas úmidas é crucial, pois áreas úmidas fornecem não só um alto potencial para a produção agrícola, mas também ecossistemas sensíveis e valiosos. Isto é especialmente verdadeiro para a área úmida da planície de inundação de Kilombero na Tanzânia, que representa uma região com escassez de dados em termos de dados hidrológicos e hidrogeológicos. Uma abordagem abrangente combinando avaliações hidrogeológicas com base em traçadores foi realizada, a fim de desenvolver um modelo hidrogeológico conceitual de áreas úmidas da área ao redor da cidade Ifakara na região nordeste da bacia hidrográfica de Kilombero. Dentro da área de estudo, um aquífero poroso, heterogêneo, com uma gama de condutividades hidráulicas, está subjacente a um aquífero de rocha fraturada. A química das águas subterrâneas é influenciada principalmente por intempéries de silicato e depende dos tempos de residência das águas subterrâneas, relacionadas as condutividades hidráulicas do aquífero poroso. As águas subterrâneas fluem da encosta para o rio durante a maior parte do ano. Enquanto a água da inundação perto do rio é derivada principalmente do fluxo excedente do rio, a uma maior distância do rio, a água de inundação é originada principalmente por precipitação e descarga subterrânea. Os efeitos da evapotranspiração na água de inundação aumentam com o aumento da distância do rio. No geral, a contribuição da água de inundação e água do curso d’agua é insignificante. Em termos de intensificação de atividades agrícolas na área úmida, várias conclusões podem ser extraídas do modelo conceitual. Os resultados desse estudo são valiosos como base para novas pesquisas relacionadas a interação entre águas subterrâneas/águas superficiais e o modelo conceitual pode ser usado no futuro para criar modelos numéricos de fluxo e transporte.

A numerical investigation of pumping-test responses from contiguous aquifers

Adequate groundwater management requires models capable of representing the heterogeneous nature of aquifers. A key point is the theoretical knowledge of flow behaviour in various heterogeneous archetypal conditions, using analytically or numerically based models. This study numerically investigates transient pressure transfers between linearly contiguous homogeneous domains with non-equal hydraulic properties, optionally separated by a conductive fault. Responses to pumping are analysed in terms of time-variant flow dimension, n. Two radial stages are predicted (n: 2 – 2) with a positive or negative vertical offset depending of the transmissivity ratio between domains. A transitional n = 4 segment occurs when the non-pumped domain is more transmissive (n: 2 – 4 – 2), and a fractional flow segment occurs when the interface is a fault (n: 2 – 4 – 1.5 – 2). The hydrodynamics are generally governed by the transmissivity ratio; the storativity ratio impact is limited. The drawdown log-derivative late stabilization, recorded at any well, does not tend to reflect the local transmissivity but rather the higher transmissivity region, possibly distant and blind, as it predominantly supplies groundwater to the well. This study provides insights on the behaviour of non-uniform aquifers and on theoretical responses that can aid practitioners to detect such conditions in nature.RésuméUne gestion adéquate des eaux souterraines requiert des modèles capables de représenter la nature hétérogène des aquifères. Un point clef est la connaissance théorique du comportement de l’écoulement dans des conditions variées d’hétérogénéité, en utilisant des modèles analytiques ou numériques. Cette étude explore du point de vue numérique les transferts de pression entre des domaines hétérogènes linéairement contigus avec des propriétés hydrauliques non-égales, séparées de manière optionnelle par une faille conductrice. Les réponses au pompage sont analysées en termes de dimension d’écoulement, n, variant dans le temps. Deux stades de rayon sont prédits (n: 2 – 2) avec un décalage vertical positif ou négatif en fonction du rapport de transmissivité entre les domaines. Un segment transitoire correspondant à n = 4 se produit lorsque le domaine non pompé est plus transmissif (n: 2 – 4 – 2), et qu’un segment d’écoulement fractionnel prend place lorsque l’interface est une faille (n: 2 – 4 – 1.5 – 2). L’hydrodynamique est généralement gouvernée par le rapport de transmissivité ; l’impact du rapport du coefficient d’emmagasinement est limité. La stabilisation tardive de la dérivée logarithmique du rabattement du niveau piézométrique, enregistrée dans n’importe quel puits, n’a pas tendance à refléter la transmissivité locale mais plutôt la région de transmissivité supérieure, éventuellement éloignée et aveugle, car elle fournit de manière prédominante l’eau souterraine au puits. Cette étude fournit des informations sur le comportement des aquifères non uniformes et sur les réponses théoriques qui peuvent aider les professionnels à détecter de telles conditions dans la nature.ResumenUna gestión adecuada del agua subterránea requiere modelos capaces de representar la naturaleza heterogénea de los acuíferos. Un punto clave es el conocimiento teórico del comportamiento del flujo en diversas condiciones arquetípicas heterogéneas, utilizando modelos analíticos o numéricos. Este estudio investiga numéricamente las transferencias de presión transitoria entre dominios homogéneos linealmente contiguos con propiedades hidráulicas no iguales, opcionalmente separadas por una falla conductora. Las respuestas al bombeo se analizan en términos de la dimensión del flujo variante en el tiempo, n. Se predicen dos etapas radiales (n: 2 – 2) con un desplazamiento vertical positivo o negativo dependiendo de la relación de la transmisividad entre dominios. Un segmento de transición n = 4 se produce cuando el dominio no bombeado es más transmisivo (n: 2 – 4 – 2), y un segmento de flujo fraccional ocurre cuando la interfaz es una falla (n: 2 – 4 – 1.5 – 2). La hidrodinámica está generalmente gobernada por la relación de transmisividad; el impacto de la relación de almacenamiento es limitado. La estabilización tardía de la derivación logarítmica registrada en cualquier pozo no tiende a reflejar la transmisividad local, sino más bien la transmisividad más alta de la región, posiblemente distante y ciega, ya que suministra predominantemente agua subterránea al pozo. Este estudio proporciona información sobre el comportamiento de los acuíferos no uniformes y sobre las respuestas teóricas que pueden ayudar a los profesionales a detectar tales condiciones en la naturaleza.摘要适当的地下水管理需要能够展示含水层异质特性的模型。关键要点就是利用基于解析和数值的模型掌握各种异质原型条件下水流习性的理论知识。本研究从数值上调查了由传导断层随意分开的、具有非均等水力特性的线性连续均质域之间的瞬时压力转移。根据时间变量水流维n分析了对抽水的响应。用一个正的或者负的垂直补偿预测了两个径向阶段(n: 2 – 2),用正的或者负的垂直补偿取决于域之间的导水系数比值。当非抽水域透水性更强时(n: 2 – 4 – 2),就会出现过渡的n = 4段,当界面是断层时(n: 2 – 4 – 1.5 – 2),就会出现分数流段。水动力特性通常受导水系数比值控制;释水系数比值有限。任何井记录的水位下降录井--派生的后期稳定性并不反映局部导水系数,而是反映具有较高导水系数的区域,可能是更遥远的区域及导水系数不明的区域,因为这些区域向井供水。本研究提供了非均一含水层习性及理论上响应方面的认识,这些认识可以帮助研究人员从本质上发现这样的状况。ResumoUm gerenciamento adequado das águas subterrâneas requer modelos capazes de representar a natureza heterogênea dos aquíferos. O ponto chave é o conhecimento teórico do comportamento do fluxo em várias condições arquetípicas heterogêneas, usando modelos analíticos ou numéricos. Este estudo investiga numericamente a transferência de pressão transitória entre domínios homogêneos linearmente contínuos com propriedades hidráulicas variadas, opcionalmente separado por uma falha condutora. Respostas do bombeamento são analisadas em termos da dimensão de variação temporal do fluxo, n. São previstos dois estágios radiais (n: 2 – 2) com uma compensação positiva ou negativa dependendo da proporção da transmissividade entre os domínios. Um segmento transicional n = 4 ocorre quando o domínio não bombeado é mais transmissivo (n: 2 – 4 – 2), e um segmento de fluxo fracionado ocorre quando a interface é uma falha (n: 2 – 4 – 1.5 – 2). As hidrodinâmicas geralmente são governadas pela proporção da transmissividade; o impacto da capacidade de armazenamento é limitado. A estabilização tardia do rebaixamento derivado logarítmico, registrada em qualquer poço, não tende a refletir a transmissividade local, mas preferivelmente a região de maior transmissividade, possivelmente distante e imperceptível, uma vez que fornece predominantemente água subterrânea ao poço. Este estudo proporciona conhecimento sobre o comportamento de aquíferos heterogêneos e respostas teóricas que podem auxiliar profissionais a detectar tais condições na natureza.

Spatial distribution of soil shear-wave velocity and the fundamental period of vibration – a case study of the Saguenay region, Canada

ABSTRACT The spatial distribution of soil shear-wave velocity and the fundamental period of vibration were selected as input parameters for the determination of potential seismic site effects in the Saguenay region, Canada. The methodology used in this study involved three clear steps. First, a 3D geological model of the surficial deposits was built taking into consideration the type, spatial distribution and thickness of the deposits. Second, representative average Vs values were determined for each of the major soil units. Finally, the average shear-wave velocity from the ground surface to bedrock (Vsav), the shear-wave velocity of the upper 30 m (Vs30) and the fundamental site resonance period (T0) were calculated over a regular grid for the study area. The results include the spatial distribution of the fundamental site resonance period, the average shear-wave velocity in the first 30 m of the ground and the spatial distribution of National Building Code of Canada seismic soil classes for the Saguenay region.

Detecting a Defective Casing Seal at the Top of a Bedrock Aquifer.

An improperly sealed casing can produce a direct hydraulic connection between two or more originally isolated aquifers with important consequences regarding groundwater quantity and quality. A recent study by Richard et al. (2014) investigated a monitoring well installed in a fractured rock aquifer with a defective casing seal at the soil-bedrock interface. A hydraulic short circuit was detected that produced some leakage between the rock and the overlying deposits. A falling-head permeability test performed in this well showed that the usual method of data interpretation is not valid in this particular case due to the presence of a piezometric error. This error is the direct result of the preferential flow originating from the hydraulic short circuit and the subsequent re-equilibration of the piezometric levels of both aquifers in the vicinity of the inlet and the outlet of the defective seal. Numerical simulations of groundwater circulation around the well support the observed impact of the hydraulic short circuit on the results of the falling-head permeability test. These observations demonstrate that a properly designed falling-head permeability test may be useful in the detection of defective casing seals.