FOUSSOUBIE et autres cavités voisines (Ardèche, France)                              www.foussoubie.fr

 

 

PAGE : Mise en ligne 10.05.2013 - Mise à jour 02.10.2014 - 3574 visites   au 30.11.2017

WORTHINGTON Stephen Richard Hurst (1991) Karst hydrogeology of the Canadian Rocky Mountains. dans Mémoire of Doctor of Philosophy (Geography) (soutenue en mai 1991) ; School of Graduate Studies - McMaster University (Ontario Canada) {xxx p. + 370p., 105 fig., 50 tableaux}

Couverture Collection Edytem n°12 (2011)

Mis en ligne avec l'aimable autorisation de
Stephen WORTHINGTON
  Thèse Sommaire détaillé
Mis en ligne
10.05.2013
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  au 30.11.2017

Cavité(s) ardéchoise(s) citée(s) :
Foussoubie [réseau de], p.XV, 144, 145, 146, 161, 178, 357

Sommaire résumé >>>Sommaire détaillé

p.

vii • Contents
xiii • List. of figures
xxi • List of tables
xxv • Symbols used
xxvii • Glossary
Chapter 1 Introduction
1 • 1.1 Rcscarch objectives
5 • 1.2 Choice of study area
9 • 1.3 Organisation of the thesis
10 • 1.4 The problem of sampling bias
Chapter 2 The study area: Crowsnest Pass
13 • 2.1 Geology
20 • 2.2 Topography and drainage
27 • 2.3 Modern hydrogeology
30 • 2.4 Paleohydrogeology
Chapter 3 Hydrological and meteorological measurements
31 • 3.1 Introduction
32 • 3.2 Discharge measurement
41 • 3.3 Fluorometry
53 • 3.4 Hydrochemistry
68 • 3.5 Meteorology
69 • 3.6 Characterisation of the springs at Crowsnest Pass
Chapter 4 The influence of boundary conditions on spring discharge and chemistry
73 • 4.1 Introduction
73 • 4.2 Underflow, full flow and overflow regimes
81 • •4.3 Springs of the Dinaric karst, Yugoslavia
84 • 4.4 Valles - San Luis Potosi region, Mexico
88 • 4.5 The Mendip Hills, England
89 • 4.6 Karst springs of Nittany Valley, Pennsylvania, USA
94 • 4. 7 Karst springs of Ariège, France
98 • 4.8 Conclusion
Chapter 5 The hydraulics of karstic groundwater flow
99 • 5.1 Introduction
100 • 5.2 Diffuse flow and conduit flow
103 • 5.3 The Darcy - Weisbach equation
126 • 5.4 Conclusion
Chapter 6 Flow nets in karst aquifers: morphometry and initial conditions
127 • 6.1 Introduction
130 • 6.2 Morphometric analysis of flow paths
149 • 6.3 Geological controls
158 • 6.4 Hydraulic controls on conduit development
164 • 6.5 Topological controls
166 • 6.6 Kinetic controls on solution
169 • 6.7 Models of conduit development
Chapter 7 Flow nets in karst aquifers: the locus of flow during one generation
173 • 7.1 Introduction
173 • 7.2 Flow depth as a function of catchment length, dip and strike
181 • 7.3 Phreatic lifts and drops
187 • 7.4 Prediction of water well yields
188 • 7.5 Tributary junctions
192 • 7.6 Factors possibly modifying the initial flow net
196 • 7.7 Conclusion
Chapter 8 Flow nets in karst aquifers: response to a failing water table
199 • 8.1 Introduction
201 • 8.2 Longevity of flow in conduits within one tier
204 • 8.3 Active conduits are mostly below the water table
206 • 8.4 Response at initial phreatic drops and terminal phreatic lifts
208 • 8.5 Hydraulics of existing and developing conduits
216 • 8.6 There may be flooded conduits and low-gradient streams in the vadose zone
221 • 8.7 Cave tiers are equidistant
224 • 8.8 Hydrochemical characteristics of the flow field beneath active conduits
233 • 8.9 Conclusions
Chapter 9 Catchment delineation of the springs at Crowsnest Pass
235 • 9.1 Problems of catchment delineation in karst
239 • 9.2 Catchment area model for Crowsnest Pass
250 • 9.3 Underflow and overflow regimes
266 • 9.4 Catchment altitude
273 • 9.5 Geology of catchments
273 • 9.6 Definition of catchments at Crownest Pass
Chapt
er 10 Karst groundwater flow at Crowsnest Pass
277 • 10.1 Karst spring hydraulics
282 • 10.2 Aquifer characterisation from paleohydrology
283 • 10.3 Aquifer characterisation from hydrochemical evidence
288 • 10.4 Aquifer characterisation from the karst flow model
289 • 10.5 Reasons for the contrasting regimes of Ptolemy Spring and Crowsnest Spring
289 • 10.6 Flow vectors in the Flathead and High Rock Ranges
>>>

Abstract
An analysis of the discharge and hydrochemical variations of contrasting springs at Crowsnest Pass showed they were part of a vertical hierarchy in the aquifer, in which underflow and overflow components play a dominant role. It was found that karst springs at Crowsnest Pass and elsewhere show a range between two end members. Thermal springs have long, deep flow paths, with high sulphate concentrations, low discharge variance and low flow velocities. Overflow springs have local shallow flow paths, low sulphate, high discharge variance, and high flow velocities. Intermediate between these end members are underflow springs; in the Rocky Mountains these are mostly aggraded, and give the sustained winter flow and high sulphate concentrations found in major rivers. It was found that underflow or overflow behaviour is able to explain most of the contrasts found between karst springs in discharge and sulphate concentrations. Conversely, differences in bicarbonate concentration are principally due to the ratio of allogenic to autogenic recharge to the aquifer. Hydraulic analysis showed that gradients decrease in the downstream direction, and are typically 0.0001-0.05 at maximum discharges, that friction factors vary by a factor of >1000, and that most active conduits have closed-channel flow and are in dynamic equilibrium with sediment supply. The analysis of the hydrological data from Crowsnest Pass and elsewhere has led to the development of a new conceptual model for groundwater flow in karst, in which the Hagen-Poiseuille flow net conditions the aquifer for conduit development, and determines where the conduits will be. The model explains why most conduits are in dynamic equilibrium with sediment supply, why temperate karst springs are mostly vauclusian, what the mean time for speleogenesis is, how >98% of the solution of limestone is in the surficial zone, and why there are karstic hot springs in the Rocky Mountains and elsewhere. The model enables predictions to be made of sink to resurgence flow velocities, of conduit depth below the water table, of the ratio of beds to joints used by conduits, of the spacing between cave tiers, and of the depth of vauclusian springs. This new understanding of how karstic aquifers develop and function gives a powerful predictive ability to karst hydrogeology.

Résumé (1991) Michel LABRIE et Louise POTVIN (Société Québécoise de Spéléologie)
[+ quelques modifications mineures PLR]
Une analyse du débit et des variations hydrochimiques contrastées des exsurgences à Crowsnest Pass a montré qu'elles faisaient partie d'une hiérarchie verticale dans l'aquifère. Il est normal de retrouver un delta souterrain dans lequel il y a des cours supérieurs (trop-pleins) et des cours inférieurs. On a trouvé que les sources karstiques à Crownest Pass et ailleurs montrent un écart entre les deux extrêmes. Les sources thermales ont de longs et profonds cours, avec de grandes concentrations de sulfates, peu de variation de débit et un écoulement lent. Les trop-pleins ont des cours souterrains localisés et peu profonds, peu de sulfates, une grande variation de débit et un écoulement rapide. Entre ces extrêmes, nous retrouvons les cours inférieurs ; dans les Montagnes Rocheuses, ces exsurgences sont principalement diffuses, et donnent un débit hivernal soutenu et une grande concentration de sulfates trouvés dans les rivières principales.
On peut expliquer les variations du débit et de la concentration en sulfates par le comportement des cours inférieurs et supérieurs des deltas souterrains. Par ailleurs, les différences de concentration en bicarbonate sont principalement dues au rapport entre les pertes et les infiltrations dans l'aquifère. Les analyses hydrauliques montrent que la pente de la nappe phréatique diminue vers l'aval, et qu’elle est typiquement 0,0001-0,05 au débit maximum, que les facteurs de friction varient d'un facteur >1000, et que la plupart des conduits actifs ont des écoulements en conduite forcée et sont en équilibre dynamique avec l'apport de sédiments.
L'analyse des données hydrologiques prises à Crowsnest Pass et ailleurs a mené à l'élaboration d'un nouveau modèle conceptuel pour l'écoulement des eaux souterraines dans le karst, dans lequel l’écoulement Hagen-Poiseuille détermine le développement et la position des conduits dans l’aquifère. Le modèle explique pourquoi la plupart des conduits sont en équilibre dynamique avec l'apport de sédiments, pourquoi les exsurgences des karsts tempérés sont pour la plupart vauclusiennes, quel est le temps moyen pour la spéléogenèse, comment plus que 98% de la dissolution du calcaire se retrouve dans la zone épikarstique, et pourquoi il y a des sources karstiques d'eau chaude dans les montagnes Rocheuses et d'ailleurs. Le modèle permet de prédire la vitesse d'écoulement entre la perte et sa résurgence, la profondeur des conduits sous la nappe phréatique, le rapport entre les plans de stratification et les fissures utilisées par les conduits, l'espacement entre les différents paliers, et la profondeur des sources vauclusiennes.
Cette nouvelle compréhension du développement et du fonctionnement de l’aquifères karstique donne une grande capacité de prédiction des caractéristiques hydrologiques d’un karst donné.


>>>
Chapter 11 Karst groundwater flow in the Rocky Mounfains
293 • 11.1 Introduction
293 • 11.2 Hydraulics
301 • 11.3 The water balance
302 • 11.4 Surface runoff from Rocky Mountains karst
303 • 11.5 Aggraded karst springs
304 • 11.6 Regional strike-oriented under flow in the Rocky Mountains
307 • 11.7 Regional dip-oriented flow in the southern Rocky Mountains
311 • 11.8 Regional flow to thermal springs in the northern Rocky Mountains
314 • 11.9 Conclusions
Chapter 12 Karst groundwater as a geomorphic agent
317 • 12.1 The vertical distribution of solutional erosion
322 • 12.2 Erosion processes and fluxes in the Rocky Mountains
324 • 12.3 Erosional fluxes in the Ptolemy catchment
330 • 12.4 Conclusion
Chapter 13 Karst hydrogeology: a new paradigm
331 • 13.1 Introduction
331 • 13.2 Hydrochemistry
332 • 13.3 Hydraulics
333 • 13.4 Discharge and drainage
334 • 13.5 Morphometric analysis of conduits and conduit flow
334 • 13.6 A comprehensive model of karst groundwater flow
339Chapter 14 Conclusions
341References