학술논문

Multipeaked breakthrough curves in karstic rivers: effects of a diffluence-confluence system
Document Type
Original Paper
Source
Hydrogeology Journal: Official Journal of the International Association of Hydrogeologists. 32(2):433-451
Subject
Dye tracing
Karst
Numerical modelling
Solute transport
Breakthrough curve
Language
English
ISSN
1431-2174
1435-0157
Abstract
Résumé: En milieu karstique, il n’est pas rare qu’une rivière souterraine se divise en deux ou plusieurs cours d’eau (diffluence) et se rejoignent à l’aval (confluence). Ce type de comportement peut être à l’origine de courbes de restitution (CR) multipics dans le cadre de traçages artificiels au droit d’un site d’échantillonnage localisé à l’aval de la (des) confluence(s). Il est également possible qu’un tel phénomène soit difficile à mettre en évidence par un traçage artificiel si les nuages de traceurs venant des différents cours d’eau atteignent les sites d’échantillonnage en même temps. Dans cette étude, une tentative de quantification de l’importance des différents paramètres dans la survenue des CR multipics est effectuée en réalisant une campagne de traçages artificiels dans un système de diffluence-confluence (DC) à deux affluents et en utilisant un modèle de transport de soluté uni-dimensionnel. Les résultats obtenus à la fois par les données de terrain et le modèle de transport de soluté suggèrent que des CR à double pic se manifestent à l’aval d'un système de DC si les conditions suivantes sont réunies: (1) l’injection est faite suffisamment près de la diffluence, (2) le point d’échantillonnage est situé pas trop loin de la confluence, et (i3) les deux (ou plusieurs) courants ont des temps de transport entre la diffluence et la confluence suffisamment contrastés. L’article illustre le fait que, même si une diffluence se produit dans une rivière karstique, des CR multipics ne sont pas forcément observées à l’aval de la confluence si ces conditions ne sont pas réunies. Ainsi, caractériser un système de DC en utilisant un traçage artificiel constitue un réel défi. Cela pourrait expliquer pourquoi les publications faisant état d’études portant sur des CR multipics sont assez rares.
Resumen: Es frecuente que en los ambientes kársticos un río subterráneo se divida en dos o más corrientes (difluencia) y vuelva a unirse aguas abajo (confluencia). Este tipo de comportamiento puede generar curvas de flujo con múltiples picos (BTCs) en el trazado de colorantes en un punto de muestreo situado aguas abajo de la confluencia o confluencias. También es posible que dicho fenómeno sea difícil de poner de manifiesto con el trazado de colorante si las nubes de trazador procedentes de los diferentes arroyos alcanzan los lugares de muestreo al mismo tiempo. En este estudio, se intenta cuantificar la importancia de diferentes criterios en la aparición de un BTC con múltiples picos mediante la realización de una campaña de rastreo de colorantes en un sistema de difluencia-confluencia (DC) de dos afluentes y el uso de un modelo unidimensional de transporte de solutos. Los resultados, tanto de los datos de campo como del modelo de transporte de solutos, sugieren que se produce una BTC de doble pico aguas abajo de un sistema de DC si se cumplen las siguientes condiciones (1) la inyección se realiza lo suficientemente cerca de la difluencia, (2) el punto de muestreo está situado no demasiado lejos de la confluencia, y (3) las dos (o más) corrientes tienen tiempos de desplazamiento suficientemente contrastados desde la difluencia hasta la confluencia. El trabajo ilustra que, aunque se produzca una difluencia en un río cárstico, no se observan necesariamente BTC de múltiples picos aguas abajo de la confluencia si no se cumplen estas tres condiciones. Por lo tanto, la caracterización de un sistema de DC mediante el trazado con colorantes es un verdadero desafío. Esto podría explicar por qué las publicaciones que informan de estudios que implican BTCs con múltiples picos son bastante escasos.
摘要: 岩溶环境中地下河分为两条或更多的支流(分流), 再在下游汇合在一起(汇流)的情况并不少见。这种行为可以在汇流下游的染色示踪采样区产生多峰的示踪曲线(BTCs)。如果来自不同支流的示踪剂云同时到达采样位置, 这种现象可能很难通过示踪染料来突显。在这项研究中, 通过在两个支流分流汇流(DC)系统中进行示踪染色试验并使用一维溶质运移模型, 试图量化影响多峰BTC出现的不同条件的重要性。来自现场数据和溶质运移模型的结果表明, 如果满足以下条件, DC系统下游会出现双峰BTC:(1)注入靠近分流处, (2)采样点离汇流不太远, 以及(3)两个(或更多)支流从分流到汇流的运移时间具有足够的对比度。该研究表明, 即使岩溶河中发生分流, 如果不满足这三个条件, 汇流下游不一定会观察到多峰BTC。因此, 使用示踪染色对DC系统进行表征是一个真正的难点。这可以解释为什么报道涉及多峰BTC的研究的文献相当少。
Resumo: Em ambientes cársticos, não é incomum que um rio subterrâneo se divida em dois ou mais riachos (defluência) e se fundam novamente a jusante (confluência). Este tipo de comportamento pode gerar curvas de identificação com múltiplos picos (CI) no traçador de corante em um local de amostragem localizado a jusante da(s) confluência(s). Também é possível que tal fenômeno seja difícil de destacar com o traçador de corante se as plumas traçadoras provenientes dos diferentes fluxos atingirem os locais de amostragem ao mesmo tempo. Neste estudo, uma tentativa de quantificar a importância de diferentes critérios na ocorrência de uma CI com múltiplos picos é feita através da realização de uma campanha de traçador com corante em um sistema de defluência-confluência (DC) de dois afluentes e usando um transporte unidimensional de soluto modelo. Os resultados dos dados de campo e do modelo de transporte de soluto sugerem que uma CI de pico duplo ocorre a jusante de um sistema DC se as seguintes condições forem atendidas: (1) a injeção é feita perto o suficiente da defluência, (2) o ponto de amostragem está localizado não muito longe da confluência, e (i3) os dois (ou mais) fluxos têm tempos de viagem suficientemente contrastados da defluência até a confluência. O artigo ilustra que, mesmo que ocorra uma diferença em um rio cárstico, as CI com múltiplos picos não são necessariamente observados a jusante da confluência se estas três condições não forem atendidas. Portanto, caracterizar um sistema DC usando traçado de corante é um verdadeiro desafio. Isso poderia explicar por que as publicações que relatam estudos envolvendo CI com vários picos são bastante raras.