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Formación, cursos, eventos y seminarios

Groundwater studies in Mongolia

Groundwater studies in Mongolia
a cargo de
Buyankhishig Nemer 
(School of Geology and Mining Engineering, Ulaanbaatar)

Jueves 22 de Junio a las 12:15 h
Departamento de Ingeniería del Terreno, Aula CIHS, Planta Baja

The seminar will give general information about groundwater conditions in Mongolia

Lectura de Tesis: Water resources assessment in cold regions: the Upper Tuul River basin, Mongolia





Water resources assessment in cold regions: the Upper Tuul River basin, Mongolia

Enkhbayar Dandar

Thesis advisors: 
Dr. Jesús Carrera (CSIC)  
Dr. Maarten Saaltink (UPC) 

Dr. Buyankhishig Nemer (MUST)   


DATE: Wednesday, June 21th 2017
Hour: 11:00 


Place: UPC, Campus Nord. Building C1. Classroom: 002.


Groundwater withdrawals are growing in most developing countries, including Mongolia, where freshwater resources are limited and unevenly distributed, and most surface waters are frozen during winter. Groundwater represents some 80% of the water supply in the country. Computation of recharge is important, but is complicated in cold regions, because of phase change and permafrost, which is found on 63 percent of the country, and causes conventional physically-based land surface models to be inaccurate.


We have developed a two-compartment water and energy balance model that accounts for freezing and melting and includes vapor diffusion as a water and energy transfer mechanism. It also accounts for the effect of slope orientation on radiation, which may be important for mountain areas. We applied this model to the Upper Tuul River Basin to evaluate recharge under different soil and vegetation types. The basin is divided into 12 zones (models) based on elevation ranges, orientation and slope. Due to the limited number of observation data in this area, precipitation, air temperature and relative humidity were corrected as a function of elevation by means of lapse rates. Results show that recharge is relatively high and delayed with respect to snowmelt during spring, because it is mainly associated to thawing at depth, which may occur much later. Most importantly, we find that vapor diffusion plays an important quantitative role in the energy balance and a relevant qualitative role in the water balance. Except for a few large precipitation events, most of the continuous recharge is driven by vapor diffusion fluxes. Large vapor fluxes occur during spring and early summer, when surface temperatures are moderate, but the subsoil remains cold, creating large downwards vapor pressure gradients. Temperature gradients reverse in fall and early winter, but the vapor diffusion fluxes do not, because of the exponential shape of the saturated vapor pressure as a function of temperature giving smaller vapor pressure differences at lower temperature. The computed sensible heat flux is higher than the latent heat flux, which reflects the dry climate of the region. The downward latent heat flux associated to vapor diffusion is largely compensated by an upward heat conduction, which is much larger than in temperate regions.

The alluvial aquifer around Ulaanbaatar supplies water to the city and is under pressure because of the growing water demand. To address this concern, we built a numerical model, which is challenging, not only because of the lack of data, but also because the river freezes during winter. River flow under the ice is sustained by groundwater, which provides the energy to prevent full freezing of the whole river thickness, but which may not occur where groundwater levels are depleted by pumping. At present, the river still flows under the ice during winter at both ends of the Ulaanbaatar alluvial aquifer. The downstream end, to the West, receives aquifer discharge, whereas the river is fed by discharge from adjacent alluvial aquifers upstream of the east end. But, in the central portion, the river is fully frozen. In fact, the river bed in this portion becomes dry in April most years, probably because of sublimation and because melted water immediately infiltrates into the aquifer. If groundwater pumping increases, either at the Ulaanbaatar alluvial aquifer or at the alluvial

aquifer near Gachuurt village, it is likely that the currently winter flowing portion of the river will also dry or, rather, become fully frozen during winter. This will not be a major problem from a quantitative point of view because aquifer storage is sufficient to support winter pumping, even if pumping is increased. However, it may have other environmental and cultural implications. Therefore, further study is needed to monitor at both the upper and downstream stream parts of the aquifer.

Towards quantification of mixing-relevant quantities from geophysics



Towards quantification of mixing-relevant quantities from geophysics

Niklas Linde (University of Lausanne)

Día: 15 de Junio a las 12.15 h
Lugar: Aula CIHS. Departamento de Ing. Terreno

Geophysics provides non-invasive field-scale imaging of spatially- and temporally-variable upscaled physical properties. Among those, electrical conductivity is closely linked to salinity. Because of non-linear averaging, these upscaled properties are oftentimes unrepresentative of (arithmetic) mean properties. Sub-resolution effects (impacts of property distributions below the resolution of geophysical tomograms) are seldom accounted for when using geophysics to infer hydrogeologically relevant information. In this talk, I will first illustrate sub-resolution effect with an example of fracture-aperture estimation using ground penetrating radar data. I will then present two
laboratory-scale examples that use electrical resistivity measurements to monitor tracer test experiments: one concerns the effect of two distinct fluid conductivities with application to dual-domain mass transfer, the other concerns the effect of small-scale salinity fluctuations below the averaging scale of the measurements. We hypothesise that sub-resolution effects carry information that is relevant to characterise mixing of solutes in groundwater systems, with implications for the characterisation of saline intrusion processes and interpretations of tracer tests using geophysics.

Minimizing the risk of inducing felt seismicity in geologic carbon storage



Minimizing the risk of inducing felt seismicity in geologic carbon storage


a cargo de 

Víctor Vilarrasa

Jueves 01 de Junio a las 12:15 h
Departamento de Ingeniería del Terreno, Aula CIHS, Planta Baja

The feasibility of geologic carbon storage as an option to significantly reduce CO2 emissions to the atmosphere has been questioned recently. It has been argued that the overpressure induced by CO2 injection would reactivate faults through which CO2 could migrate upwards, ruining the objective of permanently storing CO2 deep underground. In this presentation, it will be shown that geologic carbon storage can be performed safely, i.e., without inducing seismic events that could reactivate faults and without compromising the caprock sealing capacity. To support this statement, a multidisciplinary research has been performed combining analytical and numerical solutions of fluid overpressure evolution, a detailed analysis of coupled hydro-mechanical simulations of CO2 injection in the presence of a low-permeability fault and the proposal of a methodology to detect and locate low-permeability faults. Overall, we conclude that a proper site characterization and pressure management are required to achieve a safe CO2 storage.



Grupo de Hidrología Subterránea

Unidad Asociada (UPC-CSIC)




dia 9 de juny de 2017 a les 11.00 hrs.

Universidad Politécnica de Cataluña. Aula Màster del Campus Nord .

Carlos Ayora Ibañez (IDAEA-CSIC)
Enric Vazquez Suñé (IDAEA-CSIC)



El entorno natural en el que vivimos está siendo degradado, en mayor o menor medida, por la actividad humana, donde el agua es una de las principales víctimas. Cada vez más, los gobiernos de todo el mundo están poniendo más presión sobre la industria que utiliza grandes cantidades de agua, especialmente las actividades mineras, para que sean más sostenibles. Un nuevo modelo de minería pretende lograr un equilibrio entre las buenas prácticas ambientales, la reducción de costes y la alta productividad minera.

El acuífero Niebla-Posadas (NP) constituye uno de los recursos hídricos, dentro de la cuenca del Guadalquivir, que da apoyo a la agricultura tradicional de la zona y es la fuente de agua potable para muchas poblaciones. En los últimos años, la competencia por este recurso se ha incrementado debido a la expansión de la agricultura de regadío y el desarrollo de la actividad minera con la apertura de la mina Cobre Las Cruces (CLC). CLC es una de las minas de cobre a cielo abierto más importantes de Europa que ha implementado unas metodologías de gestión de las aguas pioneras dentro de la industria minera. Uno de los puntos fuertes de esta metodología es el Sistema de Drenaje y Reinyección (SDR) de las aguas subterráneas en el entorno de la actividad minera. El SDR permite extraer las aguas subterráneas y drenar la corta minera mediante una serie de pozos a su alrededor. Asimismo, estas aguas, una vez tratadas para cumplir los requerimientos ambientales exigidos, son reinyectadas al acuífero mediante otro conjunto de pozos que rodean los pozos de extracción.

Además, las aguas subterráneas en las inmediaciones del CLC presentan características hidroquímicas inusuales y condicionando así sus posibles usos. Las elevadas concentraciones de algunos contaminantes han alertado a la opinión pública y numerosos grupos ecologistas han centrado su atención sobre las principales actividades antropogénicas de la zona, especialmente la explotación minera.

El objetivo general de esta tesis es proporcionar un marco metodológico para la gestión de las aguas subterráneas de un entorno minero. Desarrollar este marco metodológico es de gran interés y puede constituir una herramienta de apoyo para la gestión sostenible y protección de los recursos hídricos subterráneos en zonas afectadas por actividades mineras.

Este marco metodológico incluye estudios hidrogeoquímicos, isotópicos, estadísticos relacionados con las aguas subterráneas y la interacción agua-roca, y modelos de flujo y transporte reactivo.

La combinación de técnicas hidroquímicas e isotópicas, tanto isótopos estables como radiactivos, en las aguas subterráneas han permitido:

1)      Identificar dos aguas con características diferentes: 1) Acuífero Cenozoico (NP): agua joven con bajo grado de mineralización y composición bicarbonatada cálcica. Esta agua se utiliza para fines agrícolas y de consumo, y su uso está regulado para la actividad minera; 2) Acuífero Paleozoico: agua con mayor tiempo de tránsito, con alto grado de mineralización y composición clorurada sódica. Debido a la calidad que presentan estas aguas no se utilizan para ninguna actividad y no hay una legislación que regule su uso para actividades mineras. Además, este trabajo ha detectado una evolución en la hidroquímica del acuífero debido a la existencia de mezclas entre ambas aguas y de reacciones como de intercambio de cationes, disolución de calcita, y oxidación de materia orgánica, etc.

2)      Conocer la tasa de renovabilidad de los recursos hídricos subterráneos. Se ha estimado el tiempo de residencia de las aguas subterráneas del acuífero NP utilizando 3H, 14C y 36Cl. La datación de dichas aguas ha permitido la zonificación del área de estudio en: zona de recarga (<0.06 ka), zona intermedia (0.06-20 ka), zona profunda 1 (20-30 ka) y zona profunda 2 (> 30 ka).

3)      Identificar el origen de ciertos compuestos presentes en las aguas subterráneas (amonio, arsénico y boro) y diferenciar un posible origen natural o antropogénico. El incremento de NH4 y B se ha interpretado como el resultado de la degradación de la materia orgánica sólida marina del sedimento por el sulfato disuelto en el agua de recarga. Las altas concentraciones de arsénico en el agua subterránea serían el resultado de la disolución reductiva de mineralizaciones de óxidos de hierro (gossan) paleozoicos ricos en As debida a la oxidación de la materia orgánica disuelta en el agua. Por lo tanto, estas concentraciones anómalas de NH4, B y As en el agua subterránea se han atribuido a procesos geogénicos.

Por otra parte, el agua que se acumula en el fondo de la corta minera que ha estado en contacto con el yacimiento requiere un tratamiento muy diferente y más costoso, y no se puede reinyectar al acuífero. Se debe determinar que parte del agua que alcanza el fondo de corta debe ser compensada. El agua acumulada puede tener diferentes procedencias: acuíferos Cenozoico y Paleozoico y agua de escorrentía. El empleo de métodos estadísticos multivariados ha permitido calcular mensualmente las proporciones de mezcla de cada una de las procedencias. De esta manera se ha determinado el volumen de agua extraído del acuífero Cenozoico que debe ser compensado anualmente de acuerdo con la normativa vigente.

Finalmente, la singularidad de la composición mineralógica algunas rocas del yacimiento de Las Cruces han despertado un especial interés y controversia en la comunidad científica.  Gran parte de esta complejidad se debe al resultado de la interacción entre las aguas subterráneas (hidroquímica, hidrodinámica, etc) y el propio yacimiento. Para aclarar estos aspectos, se ha realizado un modelo de transporte reactivo 1D que ha permitido calcular que la acumulación inusual de siderita, presente en una parte del yacimiento, se ha podido formar debido a la interacción del agua subterránea semejante a la actual con una masa de óxido de hierro (gossan) original en una escala de tiempo de unos 105 años.

La combinación de todos estos aspectos metodológicos se ha centrado y aplicado a CLC, lo que ha permitido: validar su uso conjunto con el fin de conocer y cuantificar los aspectos básicos de la hidrodinámica subterránea en un entorno minero complejo y definir las bases para una gestión sostenible de los recursos hídricos de la zona.

Transport upscaling from pore- to Darcy-scale: incorporating pore-scale Berea sandstone Lagrangian velocity statistics into a Darcy-scale transport CTRW model


Transport upscaling from pore- to Darcy-scale: incorporating pore-scale Berea sandstone Lagrangian velocity statistics into a Darcy-scale transport CTRW model

a cargo de
Alexandre Puyguiraud

Jueves 25 de mayo a las 12:15 h
Departamento de Ingeniería del Terreno, Aula CIHS, Planta Baja

Understanding flow and transport at pore-scale is a key issue for the effective modeling of (anomalous) transport, mixing and reaction in porous media. However, the quantification of spatial and temporal evolution and distribution of particle velocities remains a challenge.
In order to attack this problem, we simulate particle motion at pore-scale on digitized three-dimensional images of a Berea sandstone sample. Images of the rock are obtained using x-ray micro-tomography (XRMT) imaging. Image segmentation results in black and white images of the sample. Then Stokes flow simulations are performed using OpenFoam allowing us to obtain the velocities at the interfaces of a cubic mesh. Thus particle tracking simulations are performed based on a streamline reconstruction technique which uses the Eulerian velocity field previously obtained, based on a modified Pollock algorithm. Anomalous transport is investigated through breakthrough curves which exhibit early arrivals and long tailing, and in terms of the particle dispersion, which evolves with different non-Fickian scalings. These behaviors and their representation in an upscaled transport framework are analyzed in terms of the Lagrangian particle velocities measured isochronically (t-Lagrangian) and equidistantly (s-Lagrangian) along streamlines. We investigate the ergodicity of the s- and t-Lagrangian velocity series and analyze their statistical properties in terms of the velocity one- and two-point statistics. Intermittent patterns in t-Lagrangian velocity series can be observed and are due to the persistence of low velocities over a characteristic spatial scale. This intermittency is removed in the equidistantly sampled s-Lagrangian velocity.  Thus, we model the s-Lagrangian velocity series as a Markov process, which forms the basis of a continous time random walk (CTRW) approach for the probabilistic representation of porescale particle motion.
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