Analysis of groundwater-level response to rainfall and recharge estimates in fractured hard rock aquifers, NW Ireland

Despite fractured hard rock aquifers underlying over 65% of Ireland, knowledge of key processes controlling groundwater recharge in these bedrock systems is inadequately constrained. In this study, we examined 19 groundwater-level hydrographs from two Irish hillslope sites underlain by hard rock aquifers. Water-level time-series in clustered monitoring wells completed at the subsoil, soil/bedrock interface, shallow and deep bedrocks were continuously monitored hourly over two hydrological years. Correlation methods were applied to investigate groundwater-level response to rainfall, as well as its seasonal variations. The results reveal that the direct groundwater recharge to the shallow and deep bedrocks on hillslope is very limited. Water-level variations within these geological units are likely dominated by slow flow rock matrix storage. The rapid responses to rainfall (⩽2 h) with little seasonal variations were observed to the monitoring wells installed at the subsoil and soil/bedrock interface, as well as those in the shallow or deep bedrocks at the base of the hillslope. This suggests that the direct recharge takes place within these units. An automated time-series procedure using the water-table fluctuation method was developed to estimate groundwater recharge from the water-level and rainfall data. Results show the annual recharge rates of 42–197 mm/yr in the subsoil and soil/bedrock interface, which represent 4–19% of the annual rainfall. Statistical analysis of the relationship between the rainfall intensity and water-table rise reveal that the low rainfall intensity group (⩽1 mm/h) has greater impact on the groundwater recharge rate than other groups (>1 mm/h). This study shows that the combination of the time-series analysis and the water-table fluctuation method could be an useful approach to investigate groundwater recharge in fractured hard rock aquifers in Ireland.

Métodos robustos em geoestatística

O objectivo principal da presente tese consiste no desenvolvimento de estimadores robustos do variograma com boas propriedades de eficiência. O variograma é um instrumento fundamental em Geoestatística, pois modela a estrutura de dependência do processo em estudo e influencia decisivamente a predição de novas observações. Os métodos tradicionais de estimação do variograma não são robustos, ou seja, são sensíveis a pequenos desvios das hipóteses do modelo. Essa questão é importante, pois as propriedades que motivam a aplicação de tais métodos, podem não ser válidas nas vizinhanças do modelo assumido. O presente trabalho começa por conter uma revisão dos principais conceitos em Geoestatística e da estimação tradicional do variograma. De seguida, resumem-se algumas noções fundamentais sobre robustez estatística. No seguimento, apresenta-se um novo método de estimação do variograma que se designou por estimador de múltiplos variogramas. O método consiste em quatro etapas, nas quais prevalecem, alternadamente, os critérios de robustez ou de eficiência. A partir da amostra inicial, são calculadas, de forma robusta, algumas estimativas pontuais do variograma; com base nessas estimativas pontuais, são estimados os parâmetros do modelo pelo método dos mínimos quadrados; as duas fases anteriores são repetidas, criando um conjunto de múltiplas estimativas da função variograma; por fim, a estimativa final do variograma é definida pela mediana das estimativas obtidas anteriormente. Assim, é possível obter um estimador que tem boas propriedades de robustez e boa eficiência em processos Gaussianos. A investigação desenvolvida revelou que, quando se usam estimativas discretas na primeira fase da estimação do variograma, existem situações onde a identificabilidade dos parâmetros não está assegurada. Para os modelos de variograma mais comuns, foi possível estabelecer condições, pouco restritivas, que garantem a unicidade de solução na estimação do variograma. A estimação do variograma supõe sempre a estacionaridade da média do processo. Como é importante que existam procedimentos objectivos para avaliar tal condição, neste trabalho sugere-se um teste para validar essa hipótese. A estatística do teste é um estimador-MM, cuja distribuição é desconhecida nas condições de dependência assumidas. Tendo em vista a sua aproximação, apresenta-se uma versão do método bootstrap adequada ao estudo de observações dependentes de processos espaciais. Finalmente, o estimador de múltiplos variogramas é avaliado em termos da sua aplicação prática. O trabalho contém um estudo de simulação que confirma as propriedades estabelecidas. Em todos os casos analisados, o estimador de múltiplos variogramas produziu melhores resultados do que as alternativas usuais, tanto para a distribuição assumida, como para distribuições contaminadas.

Galvanic Vestibular Stimulation Induces a Spatial Bias in Whole-body Position Estimates

Letter to the Editor