| Abstract |
Improved groundwater flow conceptualization was achieved using environmental stable isotope (ESI) and hydrochemical information to complete a numerical groundwater flow model with reasonable certainty. The study aimed to assess the source of excess water at a pumping shaft located near the town of Stilfontein, North West Province, South Africa. The results indicate that the water intercepted at Margaret Shaft comes largely from seepage of a nearby mine tailings dam (Dam 5) and from the upper dolomite aquifer. If pumping at the shaft continues at the current rate and Dam 5 is decommissioned, neighbouring shallow farm boreholes would dry up within approximately 10 years. Stable isotope data of shaft water indicate that up to 50 % of the pumped water from Margaret Shaft is recirculated, mainly from Dam 5. The results are supplemented by tritium data, demonstrating that recent recharge is taking place through open fractures as well as man-made underground workings, whereas hydrochemical data of fissure water samples from roughly 950 m below ground level exhibit mine-water signatures. Pumping at the shaft, which captures shallow groundwater as well as seepage from surface dams, is a highly recommended option for preventing flooding of downstream mines. The results of this research highlight the importance of additional methods (ESI and hydrochemical analyses) to improve flow conceptualization and numerical modelling.Une amélioration de la conceptualisation des écoulements d’eau souterraine a été réalisée en utilisant les isotopes stables environnementaux (ISE) et des informations hydrochimiques afin de réaliser un modèle numérique d’écoulement avec une certitude raisonnable. L’étude a pour but d’évaluer l’origine de l’excès d’eau à un puits de pompage situé près de la ville de Stilfontein, Province du Nord-Ouest, Afrique du Sud. Les résultats indiquent que l’eau interceptée au puits Margaret vient en grande partie du suintement d’un barrage de résidus miniers situé à proximité (Barrage 5) et de l’aquifère de dolomitique supérieur. Si le pompage se poursuit au puits au débit actuel et si le Barrage 5 est déclassé, les puits agricoles superficiels voisins devraient s’assécher approximativement d’ici dix ans. Les données d’isotopes stables sur les eaux du puits de pompage indiquent que jusqu’à 50 % de l’eau pompée au puits Margaret provient principalement du Barrage 5. Ces résultats sont complétés par des données en tritium, démontrant que la recharge récente se produit dans des fractures ouvertes aussi bien que dans les travaux souterrains artificiels, tandis que les données hydrochimiques d’échantillons d’eau de fissure localisées à environ 950 m de profondeur présentent des signatures d’eaux minières. Le pompage au puits, qui capte les eaux souterraines peu profondes aussi bien que le suintement des barrages superficiels, est une option fortement recommandée pour empêcher l’inondation des mines situées à l’aval. Les résultats de cette recherche mettent en évidence l’importance de méthodes complémentaires (ISE et analyses hydrochimiques) pour améliorer la conceptualisation des écoulements et le modèle numérique.Se logró mejorar la conceptualización del flujo de agua subterránea usando isótopos ambientales estables (ESI) e información hidroquímica para completar un modelo numérico de flujo de agua subterránea con una certidumbre razonable. El estudio tuvo como objetivo evaluar la fuente de excesos de agua en un eje de bombeo cercano a la ciudad de Stilfontein, Provincia North West, Sudáfrica. Los resultados indican que el agua interceptada en el Margaret Shaft proviene en gran parte de un dique de cola (Dam 5) situado en las inmediaciones de la mina y desde el acuífero dolomítico superior. Si el bombeo en el eje continúa con el caudal actual y el Dam 5 se desmantela, los pozos someros agrícolas vecinos se secarán dentro de aproximadamente diez años. Los datos de isótopos estables del agua del eje indican que hasta el 50 % del agua bombeada desde el Margaret Shaft es recirculada, principalmente desde Dam 5. Los resultados se suplementaron con datos de tritio, demostrando que la recarga reciente se está llevando a cabo a través de fracturas abiertas así como a partir de trabajos de subsuelo realizados por el hombre, mientras que los datos hidroquímicos de muestras de agua de una fisura extraídas a aproximadamente 950 m debajo del nivel del terreno exhiben signos de agua de mina. El bombeo en el eje, que captura agua subterránea somera así como filtraciones desde los diques de superficie, es una opción altamente recomendada para la prevención de inundaciones de las minas agua abajo. Los resultados de esta investigación resaltan la importancia de los métodos adicionales (ESI y análisis hidroquímicos) para mejorar la conceptualización del flujo y el modelado numérico.本篇文章中,我们采用足够可靠的稳定同位素以及水化学信息完善一个地下水流动数值模型,并因此改进了概念模型。该研究的目的是评价位于南非西北省Stilfontein镇的一个抽水矿井的地下水来源。研究结果表明,玛格丽特抽水井中的水大部分来源于附近一个尾矿坝(5号坝)的渗漏以及上部的白云岩含水层。如果以当前的强度持续抽水且5号坝停止使用的话,周围农场中的浅层钻孔大概在十年内将会干涸。抽水矿井中水的稳定同位素数据显示,大概有50 %的水是循环水,主要来源于5号坝。氚的数据对该结果进行了补充,表明近期的补给主要是通过开放裂隙和人为的地下巷道发生;而地下950米处裂隙水样本的水化学数据显示了很明显的矿井水特征。矿井抽水截流了浅层地下水以及地表大坝的渗漏水,是为了防止下游矿山洪水一款非常值得推荐的选择。这项研究的结果强调了附加方法( ESI和水化学分析)在改进地下水流动的概念模型和数值模型中的重要性。O aperfeiçoamento da concetualização do fluxo de água subterrânea foi conseguido usando isótopos ambientais estáveis (IAE) e informação hidroquímica para completar, com razoável certeza, um modelo numérico de fluxo de água subterrânea. O estudo teve como objetivo avaliar a origem do excesso de água numa estação de bombeamento localizada perto da cidade de Stilfontein, Província Noroeste, África do Sul. Os resultados indicam que a água intercetada na estação de bombeamento Margaret provém, em grande parte, da infiltração a partir de uma barragem de resíduos mineiros vizinha (Barragem 5) e a partir do aquífero dolomítico superior. Se o bombeamento em Margaret continuar ao ritmo atual e a barragem 5 for desativada, os poços agrícolas superficiais vizinhos secarão no prazo aproximado de 10 anos. Dados de isótopos estáveis da estação de bombeamento indicam que até 50 % da água bombeada a partir de Margaret é proveniente da recirculação, principalmente a partir da Barragem 5. Os resultados são complementados por dados de trítio, demonstrando que a recarga recente está a ter lugar através de fraturas expostas, bem como através de trabalhos subterrâneos de origem antrópica, enquanto dados hidroquímicos de amostras de água em fissuras a cerca de 950 m abaixo do nível do solo apresentam assinaturas de água da mina. O bombeamento em Margaret, que capta as águas subterrâneas subsuperficiais, bem como as águas de infiltração a partir de barragens de superfície, é uma opção altamente recomendada para a prevenção de inundações em minas a jusante. Os resultados desta pesquisa destacam a importância de métodos adicionais (IAE e análises hidroquímicas) para melhorar a concetualização do fluxo e a modelação numérica. |
