Hydrogeological investigations in the upper Ouémé catchment in Benin, West Africa

The scope of this PhD thesis was the hydrogeological conceptualisation of the Upper Ouémé river catchment in Benin. The study area exceeds 14,500 km**2 and is underlain by a crystalline basement. At this setting the typical sequence of aquifers - a regolith aquifer at the top and a fractured bedrock aquifer at the bottom - is encountered, which is found in basement areas all over Africa and elsewhere in the world. The chosen regional approach revealed important information about the hydrochemistry and hydrogeology of this catchment. Based on the regional conceptual model a numerical groundwater flow model was designed. The numerical model was used to estimate the impact of climate change on the regional groundwater resources. This study was realised within the framework of the German interdisciplinary research project IMPETUS (English translation: "Integrated approach to the efficient management of scarce water resources in West Africa"), which is jointly managed by the German universities of Bonn and Cologne. Since the year 2000 the Upper Ouémé catchment was the principal target for investigations into the relevant processes of the regional water cycle. A first study from 2000 to 2003 (Fass, 2004, http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hbz:5n-03849) focused on the hydrogeology of a small local catchment (~30 km**2). In the course of this thesis five field campaigns were underdone from the year 2004 to 2006. In the beginning of 2004 a groundwater monitoring net was installed based on 12 automatic data loggers. Manual piezometric measurements and the sampling of groundwater and surface water were realised for each campaign throughout the whole study area. Water samples were analysed for major ions, for a choice of heavy metals and for their composition by deuterium, oxygen-18 and tritium. The numerical model was performed with FEFLOW. The hydraulic and hydrochemical characteristics were described for the regolith aquifer and the bedrock aquifer. The regolith aquifer plays the role of the groundwater stock with low conductivity while the fractures of the bedrock may conduct water relatively fast towards extraction points. Flow in fractures of the bedrock depends on the connectivity of the fracture network which might be of local to subregional importance. Stable isotopes in combination with hydrochemistry proved that recharge occurs on catchment scale and exclusively by precipitation. Influx of groundwater from distant areas along dominant structures like the Kandi fault or from the Atacora mountain chain is excluded. The analysis of tritium in groundwater from different depths revealed the interesting fact of the strongly rising groundwater ages. Bedrock groundwater may possibly be much older than 50 years. Equilibrium phases of the silicate weathering products kaolinite and montmorillonite showed that the deeper part of the regolith aquifer and the bedrock aquifer feature either stagnant or less mobile groundwater while the shallow aquifer level is influenced by seasonal groundwater table fluctuations. The hydrochemical data characterised this zone by the progressive change of the hydrochemical facies of recently infiltrated rainwater on its flow path into deeper parts of the aquifers. Surprisingly it was found out that seasonal influences on groundwater hydrochemistry are minor, mainly because they affect only the groundwater levels close to the surface. The transfer of the hydrogeological features of the Upper Ouémé catchment into a regional numerical model demanded a strong simplification. Groundwater tables are a reprint of the general surface morphology. Pumping or other types of groundwater extraction would have only very local impact on the available groundwater resources. It was possible to integrate IMPETUS scenario data into the groundwater model. As a result it was shown that the impact of climate change on the groundwater resources until the year 2025 under the given conditions will be negligible due to the little share of precipitation needed for recharge and the low water needs for domestic use. Reason for concern is the groundwater quality on water points in the vicinity of settlements because of contamination by human activities as shown for the village of Dogué. Nitrate concentrations achieved in many places already alerting levels. Health risks from fluoride or heavy metals were excluded for the Upper Ouémé area.

Tab. 1 Mole % CO2 and 13C values of CO2 at baseline and at the final monitoring event for the eight observation wells

During CO2 storage operations in mature oilfields or saline aquifers it is desirable to trace the movement of injected CO2 for verification and safety purposes. We demonstrate the successful use of carbon isotope abundance ratios for tracing the movement of CO2 injected at the Cardium CO2 Storage Monitoring project in Alberta between 2005 and 2007. Injected CO2 had a d13C value of -4.6±1.1 per mil that was more than 10 per mil higher than the carbon isotope ratios of casing gas CO2 prior to CO2 injection with average d13C values ranging from -15.9 to -23.5 per mil. After commencement of CO2 injection, d13C values of casing gas CO2 increased in all observation wells towards those of the injected CO2 consistent with a two-source end-member mixing model. At four wells located in a NE-SW trend with respect to the injection wells, breakthrough of injected CO2 was registered chemically (>50 mol % CO2) and isotopically 1-6 months after commencement of CO2 injection resulting in cumulative CO2 fluxes exceeding 100000 m**3 during the observation period. At four other wells, casing gas CO2 contents remained below 5 mol % resulting in low cumulative CO2 fluxes (<2000 m**3) throughout the entire observation period, but carbon isotope ratios indicated contributions between <30 and 80% of injected CO2. Therefore, we conclude that monitoring the movement of CO2 in the injection reservoir with geochemical and isotopic techniques is an effective approach to determine plume expansion and to identify potential preferential flow paths provided that the isotopic composition of injected CO2 is constant and distinct from that of baseline CO2.

Características físico-químicas y aptitud agronómica de aguas subterráneas período 1997-2001 (Mendoza-Argentina)

El objetivo del presente estudio fue establecer las características físico-químicas y la aptitud agronómica de aguas subterráneas de la Provincia de Mendoza, correspondientes a perforaciones realizadas en el período 1997/ 2001. Se analizaron 206 muestras de aguas subterráneas provenientes de 15 departamentos de la provincia, para determinar -analíticamente o por cálculo- diversos parámetros fisicoquímicos y de aptitud agronómica. El 90 % de las aguas estudiadas resultó apto para el riego de todo tipo de cultivos y fue considerado de buena calidad de acuerdo con los criterios utilizados. En el Este de la provincia, debido a la contaminación de los acuíferos superficiales, se determinó que se requiere mayor profundidad para acceder a calidades aceptables. Los departamentos de Tupungato, Tunuyán y San Carlos, del Valle de Uco, poseen las aguas de mejor calidad, sobresaliendo Tunuyán. Excluida dicha zona, la mayor aptitud agronómica del agua se detectó en Maipú, mientras que la peor la detentan los departamentos de La Paz y General Alvear.

Impactos en el agua subterránea de un sistema de efluentes para riego : el Sistema Paramillos (Lavalle, Mendoza, Argentina)

En este trabajo se evalúa el impacto de un sistema de aprovechamiento de efluentes domésticos para riego en la calidad del agua subterránea. Los puntos de muestreo seleccionados son parte de un monitoreo a mayor escala del cual sólo se incluyeron aquellos relacionados con el sistema de la planta depuradora Paramillos, ubicada al Norte del aglomerado Mendoza. Esta planta consiste en una laguna de estabilización facultativa. Los resultados, presentados en gráficos, mapas y tablas, se discuten a partir del comportamiento de tres componentes del sistema hídrico: agua superficial (efluente), agua subterránea del nivel superior del acuífero (freática) y agua subterránea del acuífero profundo (confinado/ semiconfinado) y su interacción con el perfil del suelo. Se concluye que el acuífero profundo no es alcanzado por nitratos ni nitritos productos de la degradación biológica de la materia orgánica del efluente, lo que se atribuye a la capa impermeable subyacente. En el nivel superior o freático, el perfil del suelo remueve parte del N total y P total ingresado, entre el 39 y 90%. La remoción de DBO varía entre 30 y 90% y la remoción de E. coli remanente en efluente es total.

Cooperación nacional e internacional universitaria

Cumplidos 500 años del descubrimiento de América, la Junta Andalucía (Universidades de Córdoba, Sevilla, Cádiz y Málaga), decide contactarse con Universidades Argentinas (Tucumán, Jujuy, Santiago del Estero, La Rioja; San Juan y Mendoza) para trabajar temas de la Región Andina Argentina , poblada por españoles desde siglo XVI. Cuyo cumple entonces un importante rol socioeconómico en la franja árida sudamericana por la fuerte vinculación con Capitanía General de Chile, con dependencia política del Alto Perú. La posterior inclusión de Cuyo en Virreinato del Río de la Plata (1756) significa una decadencia. Pasa a tener posición marginal, gran dependencia del mercado interno y del centralismo de Buenos Aires. La UNCuyo integra el equipo dirigido por la UNTucumán para llevar adelante el programa “Inventario de Recursos y Servicios para la Gestión y Planificación Regional de la Región Andina Argentina ", que consta de subproyectos que encaran las actividades agropecuarias e industrial, los sistemas de asentamientos, ordenamiento del territorio y población.

Evaluación de la contaminación de acuíferos producida por actividades de saneamiento y re-uso de efluentes en el norte de la provincia de Mendoza

En la zona norte de la provincia de Mendoza se desarrollan actividades que pueden afectar la calidad natural del agua subterránea: disposición y re-uso de efluentes industriales para riego agrícola, utilización de fertilizantes, saneamiento in-situ, fugas de redes de alcantarillado, etc. En esta región, surcada superficialmente por los ríos Mendoza y Tunuyán, la sedimentación cuaternaria determinó la formación de dos grandes unidades hidrogeológicas: acuíferos libres (sector de conos aluviales), y acuífero freático superior y acuíferos subyacentes confinados y/o semiconfinados. El área de estudio se encuentra ubicada en esta última unidad hidrogeológica donde se ha detectado contaminación de acuíferos por nitratos. El objetivo de este trabajo es identificar el origen de la contaminación, utilizando metodología hidroquímica mediante la evaluación de diversos parámetros físicoquímicos y biológicos, y técnicas isotópicas para corroborar la procedencia del agua subterránea y el origen de los nitratos. Los resultados obtenidos muestran que la presencia de nitratos en los acuíferos semiconfinado y confinado no proviene de la influencia del acuífero libre suprayacente, afectado por el re-uso de efluentes, sino que se relaciona con el ingreso de flujo horizontal de aguas subterráneas contaminadas provenientes del área del Gran Mendoza, debido a las pérdidas en las redes de alcantarillado y obras de saneamiento in situ.

Determinación de parámetros hidráulicos en columnas experimentales de suelos del sudeste de la provincia de Buenos Aires

La cuenca del Río Quequén Grande constituye una región representativa de los sistemas agrícolas pampeanos. El acuífero en esta región es la principal fuente de abastecimiento de agua para todos los usos, lo que pone de manifiesto la importancia de desarrollar los elementos necesarios para el estudio de la movilidad de los contaminantes a través de los suelos hacia la zona saturada. El objetivo del presente trabajo fue obtener parámetros hidráulicos bajo condiciones de saturación en columnas intactas de distintos tipos de suelos de la región, contemplando suelos de uso agrícola y natural. Se estudiaron dos series de suelo: Serie Azul y Serie Semillero Buck, con muestras tomadas en dos sectores próximos a las localidades de Lobería y La Dulce, respectivamente. Las columnas fueron eluidas con una solución acuosa de iones cloruro y se midió el incremento progresivo de conductividad. A partir de las curvas de arribo obtenidas, se ajustó la ecuación de transporte, obteniendo los valores de dispersividad y porosidad. Dichos parámetros no presentaron diferencias significativas según el uso para los suelos de Lobería, de textura franco arcillosa, indicando que la labranza no produciría modificaciones evidentes en el perfil del suelo. En La Dulce, donde los suelos poseen una textura más arenosa, los parámetros variaron según el uso del suelo, presentando una mayor dispersividad y menor porosidad del suelo bajo explotación agrícola extensiva.

Composition of soil samples from injection location

CO2 leakage from subsurface storage sites is one of the main concerns connected with the CCS technology. As CO2 leakages into near surface formations appear to be very unlikely within pilot CCS projects, the aim of this work is to emulate a leakage by injecting CO2 into a near surface aquifer. The two main questions pursued by the injection test are (1) to investigate the impact of CO2 on the hydrogeochemistry of the groundwater as a base for groundwater risk assessment and (2) to develop and apply monitoring methods and monitoring concepts for detecting CO2 leakages in shallow aquifers. The presented injection test is planned within the second half of 2010, as a joint project of the University of Kiel (Germany), the Helmholtz-Centre for Environmental Research (Leipzig, Germany) and the Engineering Company GICON (Dresden, Germany). The test site has been investigated in detail using geophysical methods as well as direct-push soundings, groundwater well installation and soil and groundwater analyses. The present paper presents briefly the geological and hydrogeological conditions at the test site as well as the planned injection test design and monitoring concept.

Desafíos de la gestión de áreas protegidas en espacios turísticos. Bahía de Samborombón (Buenos Aires. Argentina)

La Bahía de Samborombón (provincia de Buenos Aires, Argentina) constituye un área de interface entre el ámbito fluvial-marítimo (desembocadura del Río de la Plata en el Mar Argentino) y el terrestre. La franja litoral sur de la misma fue sistemáticamente marginada por los procesos de valorización que dominaron el territorio pampeano. Sin embargo, en los últimos 30 años se han constituido diferentes áreas protegidas, correspondientes a diversas jurisdicciones del sector público (nacional, provincial, municipal) y privado (ONGs). El objetivo de este trabajo apunta a poner de relieve las problemáticas generadas en torno a la valorización del territorio y la gestión de las mencionadas áreas protegidas, en el marco de las actividades económicas dominantes (ganadería, pesca y turismo)

Desafíos de la gestión de áreas protegidas en espacios turísticos. Bahía de Samborombón (Buenos Aires. Argentina)

La Bahía de Samborombón (provincia de Buenos Aires, Argentina) constituye un área de interface entre el ámbito fluvial-marítimo (desembocadura del Río de la Plata en el Mar Argentino) y el terrestre. La franja litoral sur de la misma fue sistemáticamente marginada por los procesos de valorización que dominaron el territorio pampeano. Sin embargo, en los últimos 30 años se han constituido diferentes áreas protegidas, correspondientes a diversas jurisdicciones del sector público (nacional, provincial, municipal) y privado (ONGs). El objetivo de este trabajo apunta a poner de relieve las problemáticas generadas en torno a la valorización del territorio y la gestión de las mencionadas áreas protegidas, en el marco de las actividades económicas dominantes (ganadería, pesca y turismo)

Desafíos de la gestión de áreas protegidas en espacios turísticos. Bahía de Samborombón (Buenos Aires. Argentina)

La Bahía de Samborombón (provincia de Buenos Aires, Argentina) constituye un área de interface entre el ámbito fluvial-marítimo (desembocadura del Río de la Plata en el Mar Argentino) y el terrestre. La franja litoral sur de la misma fue sistemáticamente marginada por los procesos de valorización que dominaron el territorio pampeano. Sin embargo, en los últimos 30 años se han constituido diferentes áreas protegidas, correspondientes a diversas jurisdicciones del sector público (nacional, provincial, municipal) y privado (ONGs). El objetivo de este trabajo apunta a poner de relieve las problemáticas generadas en torno a la valorización del territorio y la gestión de las mencionadas áreas protegidas, en el marco de las actividades económicas dominantes (ganadería, pesca y turismo)

Digital surface model, hillshade and Lambertian reflectance model of the rock glaciers Oelgrube and Aeusseres Hochebenkar (Oetztal Alps, Tyrol, Austria)

With full-waveform (FWF) lidar systems becoming increasingly available from different commercial manufacturers, the possibility for extracting physical parameters of the scanned surfaces in an area-wide sense, as addendum to their geometric representation, has risen as well. The mentioned FWF systems digitize the temporal profiles of the transmitted laser pulse and of its backscattered echoes, allowing for a reliable determination of the target distance to the instrument and of physical target quantities by means of radiometric calibration, one of such quantities being the diffuse Lambertian reflectance. The delineation of glaciers is a time-consuming task, commonly performed manually by experts and involving field trips as well as image interpretation of orthophotos, digital terrain models and shaded reliefs. In this study, the diffuse Lambertian reflectance was compared to the glacier outlines mapped by experts. We start the presentation with the workflow for analysis of FWF data, their direct georeferencing and the calculation of the diffuse Lambertian reflectance by radiometric calibration; this workflow is illustrated for a large FWF lidar campaign in the Ötztal Alps (Tyrol, Austria), operated with an Optech ALTM 3100 system. The geometric performance of the presented procedure was evaluated by means of a relative and an absolute accuracy assessment using strip differences and orthophotos, resp. The diffuse Lambertian reflectance was evaluated at two rock glaciers within the mentioned lidar campaign. This feature showed good performance for the delineation of the rock glacier boundaries, especially at their lower parts.

Seal census raw data during POLARSTERN expedition ANT-XV/3 (PS48)

The density, species composition, and possible change in the status of pack ice seals within the Weddell Sea were investigated during the 1997/1998 summer cruise of the RV "Polarstern" (ANT-XV/3, PS48). Comparisons were made with previous surveys in the Weddell Sea where it was assumed that all seals were counted in a narrow strip on either side oft he ship or aircraft. A total of 15 aerial censuses were flown during the period 23 January - 7 March 1998 in the area bounded by 07°08' and 45°33' West longitude. The censused area in the eastern Weddell Sea was largely devoid of pack ice while a well circumscribed pack ice field remained in the western Weddell Sea. A total of 3,636 (95.4 %) crabeater seals, 21 (0.5 %) Ross seals, 45 (1.2 %) leopard seals and 111 (2.9 %) Weddell seals were observed on the pack ice during a total of 1,356.57 linear nautical miles (244.2 nm) of transect line censused. At a mean density of 21.16 1/nm**2 over an area of 244.2 nm, it is the highest densities on record for crabeater seals, density of up to 411.7 1/nm**2 being found in small areas. The overall high densities of seals (30.18 1/nm**2) recorded for the eastern Weddell Sea (27.46 1/nm**2, 0.27 1/nm**2, and 0.66 1/nm**2 for crabeater, leopard and Weddell seals respectively) is a consequence of the drastically reduced ice cover and the inverse relationship that exists between cover and seal densities. Ross seal densities (0.08 1/nm**2) were the lowest on record fort the area. It is suggested that seals largely remain within the confines of the pack ice despite seasonal and annual changes in its distribution. Indications are that in 1998 the El Niño has manifested itself in the Weddell Sea, markedly influencing the density and distribution of pack ice seals.