Presentation Presentation by by Prof. Dr. Mohamed Fahmy Hussein Prof. Dr. Mohamed Fahmy Hussein The 4 The 4 th th Conference on Recent Technologies Conference on Recent Technologies in Agriculture in Agriculture Challenges of Agricultural Modernization Challenges of Agricultural Modernization Faculty of Agriculture, Faculty of Agriculture, Cairo University Cairo University Tuesday, 3 November, 2009 Tuesday, 3 November, 2009
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PresentationPresentationbyby
Prof. Dr. Mohamed Fahmy HusseinProf. Dr. Mohamed Fahmy Hussein
The 4The 4thth Conference on Recent Technologies in Agriculture Conference on Recent Technologies in Agriculture
Challenges of Agricultural Modernization Challenges of Agricultural Modernization
run off 28-Apr-2007 Run-off water, at Boy-Rab -5.46 -39.5421 1-Apr-2007 River O ubangui 7.67 68.0 0.55 0.37 0.33 0.09 0.97 0.16 0.05 0.02 0.98 13.40 2.51
Site
meq.l-1
/SMOW% o
B a
n g
u i
C
i t
y ,
R C
A, C
e n
t r
a l
A
f r
i c
a
Prelude – page-1Prelude – page-1
1) The isotope hydrogeochemical approach is a modern technique used for studying GW.
2) Coupling the hydrochemical and isotope data (e.g. d18O and d2H) provides an interesting insight into GW origin and composition needed for the management of the available water resources.
3) Many GW aquifers are isotopically and chemically unknown, in particular in Africa south of the Sahara.
4) The studied aquifer is heavily used by the local population despite the nearby river flow and urban pollution.
Prelude – page-2Prelude – page-2
5) Despite the nearby river and abundant precipitation (~1500mm yr-1, subdivided into 7 months wet-season and 5 months dry-season) a major part of the urban-zone population depends on groundwater and is exposed to health hazard related to groundwater contamination.
6) The objective is to conjugate the geochemical and isotope data to understand the major processes governing GW composition and exploring aquifer conditions such as mineralogy, water-balance, flow and porosity.
0
50
100
150
200
250
month
mmstation 1
station 2
400600800
10001200
1400160018002000
1960 1970 1980 1990 2000 2010
year
mm.y-1
station 1
mean 1
station 2
mean 2
Local Precipitation RateLocal Precipitation Rate
11
9
1032
4
1
12
813 7
56
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
0 1 2 3 4 5 6 7
pH
HCO3, meq l-1
Rain, shippment. lab
Rain forced to PCO2 = -3.5
Pure rain equil.atm CO2
Groundwater
11
9
10
3
24
1
12
8
13 7
5
6
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
S cations + S anions, meq l-1
Rain, shippment. lab
Rain forced to PCO2 = -3.5
Pure rain equil.atm CO2
Groundwater
11
9
10 32
4
112
813
75
6
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
1 10 100 1000
pH
PCO2, in groundwater (expressed as times its atmospheric level)
Groundwater
pH pH versusversus HCO HCO33 and Total Ions, and Total Ions, in meq.l-1, and PCO, and PCO22
Stable isotope composition of rain water, river water and groundwater, Bangui
Rain, Dry Season, Bangui
GW, Bangui
recycled Trans. (S=8, I=18)
Rozansky line
Craig line
evapo_1 (S=7.4, I=6.0)
evapo_3 (S=3.2, I=20)
V. cross-hair
H. cross-hair
d2H%o = 8.00 d18O%o + 10.0 (Craig line) (or MWL)
d2H%o = 8.17 d18O%o + 11.3 (Rosanky line)
dd1818O O & & dd22H H –– EC, Cameron EC, Cameron
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
d18O/SMOW
EC, mmho/cm
Mineralisation mechanisms as shown byEC - d18O relationship, river water, Cameron
mixingevaporation?
dissolution
-20.0-18.0-16.0-14.0-12.0-10.0-8.0-6.0-4.0-2.00.0
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
d2H/SMOW
EC, mmho/cm
Mineralisation mechanisms as shown byEC - d18O relationship, river water, Cameron
mixingevaporation?
dissolution
dd1818O O –– T Taa°°CCmean air temperaturemean air temperature
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
d18 O
, %o
Dansgaard Temperature, Ta� C
Ta - 18O Dansgaard relation
Bangui mean 18O in GW
Bangui mean Ta
Rain, Bangui, Dry Season
Rain, Cameron
Cameron GW
Bangui GW
modified intercept -19.75
Ta modified intercept -19.75
mean d18O rain, Dry Season, Bangui
Ta corresponding to mean d18 rain, Dry Season, Bangui
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
d2H
, %o
Dansgaard Temperature, Ta� C
Ta - 2H Dansgaard relation
Bangui mean 2H in GW
Bangui mean Ta
Rain, Bangui, Dry Season
Rain, Cameron
Cameron GW
Bangui GW
modified intercept -146
Ta modified intercept -146
mean d2H rain, Dry Season, Bangui
Ta corresponding to mean d2H rain, Dry Season, Bangui
d18O%o = (0.7* Ta) - 13.75
d2H%o = (5.6* Ta) - 100
SynopsisSynopsis11
• Africa, south of the Great Sahara, has abundant water resources. However its huge aquifers are seldom studied and/or inadequately managed.
• This work presents the first geochemistry-isotope hydrology study on the aquifer of Bangui city (the capital of the Central African Republic, RCA, at the northern border of Congo, RDC with RCA.)
SynopsisSynopsis22
• The obtained hydrochemical data demonstrated the role of biogenic CO2 gas, weathering, solid-phase dissolution, and cation exchange in defining the composition of the studied groundwater.
• The conjunctive use of the major dissolved constituents and the isotope contents (d18O and d2H) showed that the alteration of primary-silicates and the dissolution of solid-phase carbonates are the predominant processes that locally define the zones of dilute and relatively-charged groundwater, respectively.
SynopsisSynopsis33
• The isotope data illustrated that evaporation does not significantly contribute to water-loss from the aquifer, while transpiration (that goes on without isotope fractionation) is prevailing , with a part of the transpired vapor recycled.
• Annual aquifer-recharge is mediocre due to poor infiltration through the Oxisols that induces precipitation to runoff. Recharge during the dry and the humid seasons may be equal.
• The isotopic “inverse” continental-effect (from Cameron to RCA) is explained by differences in air-temperatures, amount and altitude of precipitation, rather by inverse movement of humid air-masses westward in Central Africa.
SynopsisSynopsis44
• The results helped to distinguish between the dynamic GW-flow sections (deep fractured aquifer to the north of the urban-zone) from the less-active parts (the upper porous aquifer to the south of the city.)
• The data showed that the aquifer is void of evaporites, while its carbonate rocks are mostly made-up of Calcite or Mg-Calcite, not dolomite.
• Groundwater pollution, by NO3-, is a serious growing-up
problem in city center, and would spread allover the urban agglomeration.
ملخصملخص
تتمتع أفريقيا جنوب الصحراء بوفرة أحواضها المائية، لكن العديد من خزاناتها الجوفية لم –يخضع للدراسة وقد يستغل بطريقة غير مناسبة. يقدم هذا العمل أول تطبيق للجيوكيمياء
وهيدرولوجيا النظائر البيئية على خزان مدينة بانجى )عاصمة ج. أفريقيا الوسطى( الواقعة )الرافد الشمالى لنهر الكونجو، وهذا الرافد يشكل جزءاI من الحدود "وبانجى"أعلى نهر
الجنوبية ألفريقيا الوسطى مع الكونجو( حبث يعتمد معظم سكان المدينة على نزح المياه )من الخزان المسامى الضحل حر-السطح( وضخها )من الخزان المتشقق العميق شبه-المحصور(،
بالرغم من سريان النهر ووفرة األمطار .أظهرت المكونات الذائبة دور األطوار الصلبة والتبادل الكاتيونى وغاز ثاني أكسيد الكربون –
حيوى-النشأة )بالنطاقين غيرالمشبع ثم المشبع( في تعيين المالمح الهيدروكيميائية لتلك المياه . أوضح االستخدام المتضافر للبيانات الكيميائية والنظائرية أن تجوية السيليكات فى
البداية، ثم ذوبان صخور الكربونات )المتشققة و/أوالمسامية تحت نظام مفتوح أو مغلق( Iهما العمليتان السائدتان في ترسيم تواجد المياه المخففة وتلك غنية التركيز نسبيا ،Iالحقا
بمختلف أجزاء المدينة .أشارت البيانات النظائرية أن البخر ال يdسهم بأى قدر ملموس في فقد مياه من الخزان )وإن –
كان الفاقد بالبخر ملموساI بالموازنة المائية لحوض الصرف السطحى(، على حين أن النتح )بدون تجزئ نظائرى( سائد، ويعاد تدوير جزء من بخاره، فيساهم مجدداI فى نوبات الهطول
بوسط أفريقيا على "التأثير القارى المعكوس للتركيب النظائرى بالهطول"المتتابعة. فسرنا أساس فوارق درجات الحرارة، وتفاوت شدة األمطار، ومدى االرتفاع عن سطح البحر )بدالI من
تفسير سابق، على خزان بالكاميرون، كان أساسه حركة معكوسة – غيرمؤكدة – لكتل هوائية حن الخزان mنحو المحيط األطلنطى(. أوضحت البيانات النظائرية أن ش Iرطبة تسرى غربا
حنهd خالل موسم القحط )بسبب ضعف مسامية mالجوفى خالل موسم األمطار قد ال يتجاوز شتربة األوكسيزول الذى يdفضى إلى تفوق الجريان السطحى خالل موسم األمطار(، مما يعنى
أن الشحن السنوى عموماI ضعيف .ان – Iالصم( ساعدتنا البيانات التحليلية في تمييز جهات تواجد الطبقات العميقة المتشققةKarst )
ذات الدينامية المائية الملحوظة بخزان شمال المدينة عن تكوينات النظام المسامى )ذو السريان المائى الضعيف( بخزان جنوب المدينة، كما بينت النتائج أن األطوار الصلبة تخلو من
األمالح التبخرية، وأن صخورالكربونات العميقة عبارة عن كالسيت وليست دولوميت، كما ظهر تلوث ملحوظ بالنترات بالمياه الجوفية، بوسط العاصمة لكنه سوف ينتشر بكل المنطقة