New analytical solution for the study of hydraulic interaction between Alpine tunnels and groundwater

La solution analytique dite du « puits artésien » développée par Jacob et Lohman [1952] est appliquée au contexte des tunnels profonds en haute montagne pour modéliser la décroissance en fonction du temps du débit des venues d’eau. La comparaison de la solution avec un modèle numérique démontre sa validité durant les premiers instants après le percement du tunnel. Ensuite, les conditions aux limites supposées dans la résolution du cas analytique – milieu infini – ne sont plus conformes à la réalité. Les simulations numériques effectuées montrent que la durée de validité de la solution de Jacob et Lohman est notamment inversement proportionnelle à la diffusivité hydraulique du massif. Les résultats de ces simulations permettent de scinder la décroissance du débit des venues d’eau en deux phases distinctes : la première phase correspond à la période de validité de la formule de Jacob et Lohman. Elle est caractérisée par l’extension d’un cône de rabattement autour de l’ouvrage après percement. Durant la seconde phase, le cône de rabattement atteint les limites physiques de l’aquifère (latérales et supérieure) et les débits décroissent plus rapidement suite à la décroissance des potentiels hydrauliques aux limites. Sous réserve du peu de données disponibles, ce type de comportement a été mis en évidence dans les Alpes aux tunnels du Simplon et du Mont-Blanc. Dans la seconde partie de l’article, un abaque paramétrique est présenté, permettant d’évaluer, après le percement d’un tunnel, le temps nécessaire pour qu’un rabattement donné soit atteint en un point défini du massif. Bien que négligeant les effets de limites mis en évidence dans la première partie de l’article, cet abaque permet néanmoins de mettre en évidence la grande inertie, à cette échelle d’observation, des aquifères en massifs montagneux. Il peut être appliqué à la détermination du temps nécessaire pour que l’effet hydraulique du tunnel soit mesurable en surface et dès lors étendu au dimensionnement des campagnes de surveillance des sources lors du percement d’un ouvrage souterrain. Cet abaque démontre l’influence de la géométrie du tunnel (rayon, profondeur) et des caractéristiques hydrauliques de l’aquifère (diffusivité, hauteur de la nappe) sur la durée nécessaire des campagnes de surveillance. Celles-ci devraient être ajustées au cas par cas en fonction du contexte de l’ouvrage souterrain

The Merti aquifer (Kenya), a sustainable water resource for the Dadaab refugee camps and local communities?

The Merti aquifer (Kenya) is the only permanent water resource for the supply of the Dadaab refugee camps and local community. Risk of well salinisation and water level depletion has led to the concerns regarding sustainability of groundwater management. A methodology was developed to quantify groundwater recharge, based on hydrogeological data analysis, linking river discharge rates to groundwater recharge by combining remote sensing techniques with surface/groundwater numerical modelling. Also, the risk of salinisation of wells was assessed by means of numerical modelling combined with data provided from a groundwater monitoring network. Groundwater recharge estimates yielded 50 to 100 times higher values than previous studies, suggesting a multi-layered aquifer system. Since abstractions are concentrated within only one aquifer horizon of the system, they were found to be close to recharge rates. Hence, groundwater prospection of deeper horizons could reveal a potential for new groundwater resources in the area

Change of biological soil quality in organic and conventional farming systems of the DOK trial

The DOK trial has started in the 1970ies, when first reports warned us on the consequences of our actions and the limits to growth. Even though farmers and a huge research community know better, we are still not managing our soils in a sustainable way. It seems inevitable that the mainstream agriculture wants to go beyond natural frontiers. Soils have an enormous buffering capacity, but this ends, when ecosystems are collapsing not only at the local, but also at the global level

Modelling Discharge Rates and Ground Settlement Induced by Tunnel Excavation

Interception of aquifers by tunnel excavation results in water inflow and leads to drawdown of the water table which may induce ground settlement. In this work, analytical and numerical models are presented which specifically address these groundwater related processes in tunnel excavation. These developed models are compared and their performance as predictive tools is evaluated. Firstly, the water inflow in deep tunnels is treated. It is shown that introducing a reduction factor accounting for the effect of effective stress on hydrodynamic parameters avoids overestimation. This effect can be considered in numerical models using effective stress-dependent parameters. Then, quantification of ground settlement is addressed by a transient analytical solution. These solutions are then successfully applied to the data obtained during the excavation of the La Praz exploratory tunnel in the Western Alps (France), validating their usefulness as predictive tools

Improved computation of non‐linear advection in porous media using slightly modified basic finite element algorithms

The numerical stability of standard finite element schemes applied to the advection–diffusion equation is evaluated using a space‐time eigenvalue analysis. Unlike the usual approaches which only consider temporal aspects of stability, this analysis also describes the spatial stability of the solutions. To this end, the one‐dimensional advection–diffusion equation is put into an alternative semi‐discrete form which allows the derivation of a very practical stability condition. In multidimensional flow situations the latter is applied along the streamlines by means of a tensorial corrective function that prevents excessive numerical smearing of fronts or phase interfaces. The efficiency of the procedure is illustrated by an example which successfully simulates the coupling of two low miscible fluid phases in a variably saturated porous medium. Copyrigh