Springer Science and Business Media LLC

Geochemical and isotopic characterization of groundwater and lake-water samples were combined with water and total dissolved solids balances to evaluate sources of groundwater quality deterioration in eastern Hetao Basin, Inner Mongolia, China. Groundwater quality is poor; 11 of 13 wells exceed drinking-water guidelines for at least one health-based parameter and all wells exceed aesthetic guidelines. The well water is largely derived from Yellow River irrigation water. Notably high uranium concentrations in the Yellow River, relative to world rivers, suggest groundwater uranium and other trace elements may originate in the river-derived irrigation water. Complex hydrostratigraphy and spatial variation in groundwater recharge result in spatially complex groundwater flow and geochemistry. Evapotranspiration of irrigation water causes chloride concentration increases of up to two orders of magnitude in the basin, notably in shallow groundwater around Wuliangsuhai Lake. In addition to evapotranspiration, groundwater quality is affected by mineral precipitation and dissolution, silicate weathering, and redox processes. The lake-water and TDS balances suggest that a small amount of discharge to groundwater (but associated with very high solute concentrations) contributes to groundwater salinization in this region. Increasing salinity in the groundwater and Wuliangsuhai Lake will continue to deteriorate water quality unless irrigation management practices improve.

A laboratory analogue experiment platform with an artificial fracture was built to analyze the effect of slug interference tests on the evaluation of the hydraulic properties of fractured rocks. The response of an aquifer to a slug source well was analyzed using type-curve comparisons under the condition of different radial constant-water-head boundaries. The injecting-water, releasing-water, and pneumatic laboratory experiments of the slug interference tests were conducted in an artificial fracture. The relationship between the critical distance of the radial constant-water-head boundary and the dimensionless storage coefficient approximately followed a power function. The empirical formula provides an intuitive and effective reference criterion for considering the influence of the radial constant-water-head boundaries during field slug interference tests. When the radial constant-water-head boundary distances are less than the critical values, the boundary leads to an obvious increase in the recovery rate during the late response period, and the response peaks of the aquifer shift to an earlier time in the low-storage fractured rocks. The monitoring and analysis of the response in fractured rocks can improve the accuracy of the transmissivity and storage coefficient estimations, particularly when the slug interference tests are affected by the radial constant-water-head boundaries.

A new and efficient theoretical model for studying the seepage field around two noncircular tunnels in sloping ground is proposed through analytical derivation. The model considers the exact interaction between two tunnels with arbitrary shapes and locations, as well as the permeability anisotropy, whose principal orientation is along any direction. By applying the Schwartz alternating method and conformal mapping, the analytical solutions of the hydraulic head and pore pressure can be obtained. These solutions strictly satisfy all governing equations and conditions. The correctness and accuracy of the analytical solutions are verified by the good agreement between the theoretical and numerical results. The proposed theoretical model can be applied to the cases with any tunnel shape, slope angle, anisotropic direction and degree. The quantitative influences of the anisotropy ratio, slope angle and tunnel shape on the seepage field are obtained, and some useful charts are provided. The proposed model can efficiently and quickly predict the seepage flow around tunnels in anisotropic sloping ground.

Hệ thống lưu trữ và thu hồi nước ngầm sử dụng nhiều giếng khoan xuyên thấu một phần (MPPW-ASR) có thể là một giải pháp khả thi cho vấn đề thăng bằng của nước ngọt khi sử dụng các tầng chứa nước lợ để lưu trữ nước ngọt. Nghiên cứu này trình bày kết quả của một loạt các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích hình dung hình dạng của các khối nước ngọt được bơm vào một tầng chứa nước lợ và xác định ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi (RE) của một số biến điều kiện hoạt động của MPPW-ASR. Một mô hình tầng chứa nước đã được xây dựng trong một bể Plexiglas sử dụng bi thủy tinh và nước được bơm vào và khai thác thông qua các giếng điểm và giếng dọc, được vận hành trong nhiều tổ hợp khác nhau. Các mô hình số đã được sử dụng để hỗ trợ giải thích các bức ảnh theo thời gian, và cho thấy rằng các hiệu ứng dòng chảy ba chiều cần được xem xét để giải thích chính xác các mẫu thuốc nhuộm có thể nhìn thấy. Sự di chuyển lên của cả nước ngọt (trong quá trình bơm) và nước lợ (trong quá trình thu hồi) dọc theo các giếng dọc đã được quan sát, cho thấy rằng vai trò của cơ sở hạ tầng giếng như những ống dẫn là một tiêu chí thiết kế quan trọng cho các hệ thống trong thực tế. Sự bất ổn định trọng lực hình thành khi nước ngọt không kéo dài đến đỉnh cao nhất của tầng chứa nước, và điều này đã ảnh hưởng tiêu cực đến RE bằng cách gây tăng cường sự trộn lẫn. Độ nổi dương của nước ngọt dẫn đến các khối nước ngọt trở nên hẹp hơn theo độ sâu, và sự hình thành các vùng đệm mỏng, kéo dài dọc theo đỉnh tầng chứa nước trong các thí nghiệm đa chu kỳ. Sự hình thành đường ống dưới các giếng khai thác dẫn đến các giá trị RE thấp hơn, củng cố khả năng của các giếng thu hồi để nâng cao hiệu suất của hệ thống MPPW-ASR.

Sự thay đổi trong hóa học nước ngầm trong aquifer Great Bend Prairie, một phần của aquifer High Plains ở phía nam trung Kansas (Mỹ), đã được nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm và bền vững của aquifer. Để đánh giá sự thay đổi, các mẫu nước ngầm từ 22 giếng quan trắc đã được phân tích trong năm 2016. Kết quả sau đó được so sánh với dữ liệu thu được trước đó từ cùng các giếng trong những năm 1970 và 1980. Trong số các giếng được lấy mẫu, có 13 giếng được lắp đặt gần mực nước ngầm (độ sâu trung bình 22 m) và 9 giếng được lắp đặt gần đáy aquifer (độ sâu trung bình 41 m). Mức nitrate trong năm 2016 cao hơn đối với 20 trong số 21 giếng có dữ liệu để so sánh. Mức tăng trung bình cho các mẫu từ aquifer nông và đáy aquifer lần lượt là 9.5 (độ lệch chuẩn, SD, 12.9) và 3.4 (SD 3.1) mg/L tính theo N. Tỷ lệ đồng vị nitrate (δ15N-NO3 và δ18O-NO3) của các mẫu năm 2016 nhất quán với quá trình nitrat hóa của phân bón dựa trên ammonium như là nguồn gốc năng lượng nitrat với những đóng góp tiềm năng từ chất thải động vật. Tổng mức chất hòa tan trong mẫu cũng cao hơn ở chín trong số 12 giếng aquifer nông và bốn trong số tám giếng đáy aquifer, với mức tăng trung bình lần lượt là 191 (SD 238) và 194 (SD 133) mg/L. Tổng thể, các kết quả này cho thấy chất lượng nước đã giảm đáng kể trong 40 năm qua chủ yếu do việc sử dụng phân bón, nhưng sự pha trộn nước ngầm, thoát hơi nước và có thể là đầu vào từ chất thải động vật cũng đã ảnh hưởng đến hóa học nước ngầm. Những phát hiện này giúp xác định quy mô của sự suy thoái chất lượng nước trong aquifer High Plains.

Construction of a conveyance tunnel through rock often induces the ingress of groundwater into the tunnel, a flow that changes both the hydrogeological regime of the tunnel and its environment. To explore this key interaction, a novel modeling approach using the conduit flow process (CFP) is developed that considers both the hydraulic head and the ingress of water from the rock matrix during excavation. The resulting flow values are predicted through an adapted MODFLOW numerical model into which the tunnel is introduced with the aid of the new CFP approach. The CFP approach can simulate both laminar and turbulent flow in the tunnel whether the flow is free surface or pressurized. Several simulations, including one for which the permeability of the tunnel perimeter is assumed to be identical to the hydraulic conductivity of the surrounding rock matrix, are then used to explore the sensitivity of the predicted head and flow conditions to the permeability of the tunnel perimeter. Comparisons of the numerical results with field data from the Kerman Water Conveyance Tunnel in Iran show that the proposed approach accurately predicts the spatial variation of both groundwater ingress and hydraulic head.

Groundwater abstraction has resulted in spring flow and groundwater base-flow declines in the Hillsborough River system of central Florida, USA. These declines have resulted in reduction of inflows to the Tampa city reservoir as well as likely adverse environmental effects on riverine and estuarine biota. Causes evaluated for the declines include effects of groundwater development, reduced rainfall, and land alterations. The karstic, heterogeneic nature of the area renders groundwater flow modeling an ineffective method for overall evaluation. Therefore, the evaluation of these declines is accomplished through the systematic use of parametric and nonparametric statistical techniques. These techniques include contingency table analysis, linear regression, Kendall-Theil and Mann-Kendall trend analysis, locally weighted regression, Pearson correlation, Kendall-tau correlation, Spearman correlation, runs test, Student’s t test, and the Kruskall-Wallis test. Data evaluated include groundwater withdrawals, rainfall, base flow, streamflow, stream stage, spring flow, and groundwater levels. Additional methods used include double mass analysis, base flow separation, a low-stage trend analysis, data visualization techniques, and water level change maps. The methodical application of these analyses and techniques to the hydrologic and climatic data yields the conclusion that the primary factor causing the spring flow and base-flow declines is lowered groundwater levels caused by over-abstraction.

Karst aquifers are characterized by a high degree of hydrologic variability and spatial heterogeneity of transport parameters. Tracer tests allow the quantification of these parameters, but conventional point-to-point experiments fail to capture spatiotemporal variations of flow and transport. The goal of this study was to elucidate the spatial distribution of transport parameters in a karst conduit system at different flow conditions. Therefore, six tracer tests were conducted in an active and accessible cave system in Vietnam during dry and wet seasons. Injections and monitoring were done at five sites along the flow system: a swallow hole, two sites inside the cave, and two springs draining the system. Breakthrough curves (BTCs) were modeled with CXTFIT software using the one-dimensional advection-dispersion model and the two-region nonequilibrium model. In order to obtain transport parameters in the individual sections of the system, a multi-pulse injection approach was used, which was realized by using the BTCs from one section as input functions for the next section. Major findings include: (1) In the entire system, mean flow velocities increase from 183 to 1,043 m/h with increasing discharge, while (2) the proportion of immobile fluid regions decrease; (3) the lowest dispersivity was found at intermediate discharge; (4) in the individual cave sections, flow velocities decrease along the flow direction, related to decreasing gradients, while (5) dispersivity is highest in the middle section of the cave. The obtained results provide a valuable basis for the development of an adapted water management strategy for a projected water-supply system.