Thesis (Ph. D.)--Lehigh University, 2006. / Includes vita. Includes bibliographical references (leaves 187-192).

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:29:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01240.pdf: 3735807 bytes, checksum: 0e9709821f36bbfb1be6ca3ed86a7d0f (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

A modified thin lens spectrometer has been used with improved geometry. The focussing properties of the instrument have been investigated for various geometries. Using this instrument the conversion electron spectra of Sn¹¹³ and Sb¹²⁵ have been taken. The intensity of the 256 kev conversion line in Sn¹¹³ spectrum showed that this transition is predominantly M1 in character and therefore the spin and parity of 648-kev level in In¹¹³ should be 1/2¯ or 3/2¯. The low energy part of the conversion spectrum of Sb¹²⁵showed the presence of the K conversion lines of 76 kev and 143 kev transitions, not observed before. The presence of these conversion lines confirmed the existence of a weak beta group feeding a level at 540 kev in the excited state of Te¹²⁵. The energy levels of Cs¹³³ have been studied through the decay of Ba¹³³. Scintillation spectra (using NaI(T1 ) crystal) together with photoelectron, conversion and e-gamma coincidence spectra have been taken. An analysis of the results indicate that the ground state and 81, 161, 383 and 437 kev levels in Cs¹³³ have spins and parities of 7/2⁺, 5/2⁺,5/2⁺,3/2⁺, 1/2⁺ respectively. The multipolarities of the connecting transitions are 383 kev (E2 ), 356 (E2 ) 302 kev (M1 with E2 admixture)} 276 kev (E2 ), 161 kev (probably M1 ) Electron capture from Ba¹³³ is limited almost entirely to the 437 and 383 kev levels in Cs¹³³, The decay energy available for capture to the 437 level is approximately 50 kev. / Science, Faculty of / Physics and Astronomy, Department of / Graduate

Dans le contexte péri-urbain à dominance agricole de l’Ile de France, les pressions anthropiques exercées sur les rivières jouent autant sur la qualité que sur le débit des cours d'eau. Située au sud-ouest de Paris, l’Yvette draine un bassin versant de 202 km²et à la géologie homogène. Elle est alimentée directement par des stations d'épuration (STEP) et par la nappe des sables de Fontainebleau qui représente la principale source d’eau. Sur ce type de bassin, la gestion durable du système riverain repose sur la connaissance de la distribution des flux nappe – rivière et sur l’impact de cette répartition sur la qualité des cours d’eau.La dynamique des flux d’eau a été suivie grâce à l’implantation de stations hydrométriques aux points clés du réseau hydrographique (i.e. exutoires des principaux affluents, aval des confluences sur l’Yvette). Les flux chimiques ont été étudiés par analyses d’échantillons d’eau recueillis lors de campagnes de terrain effectuées en période d’étiage sur les cours d’eau. Un modèle conceptuel global, calibré à partir des chroniques de débit, a permis (i) d’estimer des variations spatiales de la recharge de la nappe (60 – 160 mm.an-1), et (ii) d’établir une répartition journalière des parts d’eau de nappe, de STEP et de ruissellement en rivière, pour la période 2001-2014. Par ailleurs, l’analyse des traceurs géochimiques (e.g. Cl-, NO3-, SO42-) et isotopiques (222Rn, δ18Oeau, δ2Heau) soutient la prédominance, aussi bien quantitative que qualitative, de la nappe sur les rivières.D’un point de vue hydrodynamique, le contexte géomorphologique homogène procure aux rivières une dynamique similaire avec des épisodes de crues très courts (de l’ordre de quelques heures) et des périodes d’étiages marqués, quelle que soit la saison. L’étude par sous-bassin a mis à jour une différence entre les bassins topographiques et les bassins d’écoulement souterrains, créant des déficits hydriques sur l’amont de certains cours d’eau (e.g. Mérantaise, Ru des Vaux) au profit d’autres (e.g. Rhodon). Le parallèle entre bassins topographique et souterrain n’a pu se faire qu’au niveau du cours principal de l’Yvette. Sur la période 2001-2014, le débit de l’Yvette provient en moyenne à 55 % de la nappe, à 38 % du ruissellement et à 8 % des STEP. En période de basses eaux, la contribution des STEP reste sensiblement identique tandis que la nappe constitue la principale alimentation des rivières (90 %), contrôlant donc leur qualité. Mais la composition chimique de ce soutien souterrain n’est pas homogène. Pour déterminer l’origine de ces disparités, un travail à plus petite échelle a été conduit sur un affluent majeur de l’Yvette (le Rhodon). La décharge de la nappe en rivière y est bimodale : 15 % arrive par voie souterraine et 85 % transite par les milieux humides en surface. Au sein des zones humides sont observées de fortes hétérogénéités dans les écoulements et leur chimie, avec des flux de subsurface totalement épurés en nitrates et du ruissellement riche en nutriments. La prédominance de des flux de surface réduit fortement le pouvoir épurateur des milieux humides, avec seulement 6 % des eaux de nappe épurées avant leur décharge en rivière. Cette faible efficacité renforce l’impact direct de la qualité de la nappe sur les rivières. Sur le bassin, la nappe est stratifiée par l’intervention de nombreux processus de recharge (infiltrations d’eau d’étang, de STEP, de zones humides de plateau). Les petits sous-bassins (< 50 km²) semblent dominés par cette stratification, ainsi que par les apports de STEP qui contribuent aux flux chimiques des rivières à hauteur de 30 à 50 %. Le cours principal de l’Yvette, dans sa partie aval, dépend des mélanges issus des confluences avec ses affluents. Les outils utilisés ici ont donc mis en avant les différences de fonctionnement des bassins selon l’échelle concernée, tout en reliant l’importance de la compréhension du système à petite échelle pour la gestion à grande échelle. / In the peri-urban context with large farm practices of the Paris region, anthropogenic pressures on streams and rivers impact both their flow and quality. Located in the southwestern of Paris, the Yvette stream drains a watershed of 202 km², in a homogeneous geological context. The stream is sustained by waste water treatment plant (WWTP) and by the Fontainebleau sands aquifer which represents the main source of water.In this context, the sustainable management of the stream and its riparian zones needs the assessment of groundwater discharge locations and chemistry, and their impact on the stream water quality.Water fluxes in the stream and in its main tributaries have been recorded at 11 stations. Dissolved elements distributions have been studied by field works in low-flows conditions. A lumped model, calibrated with stream flow hydrographs, has allowed (i) the estimation of groundwater recharge rates (60 – 160 mm.y-1) and (ii) the distribution of stream flow contributions between 2001 and 2014 (i.e. 55 % from groundwater, 38 % from runoff and 8 % from WWTP). Moreover, the use of geochemical and isotopic tracers (e.g. Cl-, NO3-, SO42-, 222Rn, δ18Owater, δ2Hwater) confirmed the large impact of groundwater on stream flow and quality.The hydrological dynamics of the Yvette stream and its tributaries are similar because of the homogeneity of the geomorphological context of the catchment. The flood events are really fast (on the order of hours) and low-flow conditions can be observed in every season. The discretization of the Yvette catchment in 11 sub-watersheds highlighted a divergence between the topographical and hydrogeological catchments. This generates a water deficit in some tributaries heads (e.g. Mérantaise, Ru des Vaux) in favor of some others (e.g. Rhodon). The matching limits of these catchments can only be made on the Yvette channel. During the 2001 – 2014 period, considering a fairly constant WWTP contribution, the groundwater discharge provides more than 90 % of the stream flow during low-flow conditions. This highlights a stream quality dominated by groundwater discharge. However, groundwater chemistry largely varies over the catchment. To study this phenomenon, a small-scale field work has been directed on the Rhodon stream, a main tributary of the Yvette River. At this scale, the groundwater discharge appeared to have two main pathways: 15 % come from the streambed while 85 % transit in wetlands before going to the stream. Within these wetlands, a large part of groundwater flows at the surface and has high levels of nutrients, whereas a small part (6 %) goes through sediments and is nutrients free. reduces The purifying power of these wetlands, significantly reduced by this distribution, is likely related to historical drainage and reinforces the direct connection between the stream and groundwater quality. On the Yvette catchment, the stratification of groundwater chemistry is due to several recharge processes (e.g. pond water infiltration, WWTP effluents infiltration, wetlands water infiltration). Small sub-watersheds (< 50 km²) seem to be dominated by (i) this stratification, and (ii) the WWTP discharges which can contribute from 30 % to 50 % to dissolved fluxes in the streams. The main channel of the Yvette stream primarily depends of the mixing of its tributaries waters. The methods developed here allowed highlighting (i) differences of catchment functioning according to the scale used, and (ii) the utmost importance of the small-scale assessment to understand/decipher and manage streams at larger scales.

Si la relation entre l’enregistrement géochimique au sein de ces travertins et les paramètres environnementaux semble admise, le détail des processus, notamment cinétique et dégazage, ainsi que leur poids respectifs dans les reconstitutions paléoenvironnementales ne sont clairement établis. Afin de mieux contraindre ces processus, un travail minutieux de reconnaissance des mécanismes de précipitation et d’enregistrement de la signature géochimique a été effectué sur les travertins –récents et fossiles- d’une source carbogazeuse située dans le Massif Central (France). Il couple expériences de laboratoire innovantes et travail sérié sur le terrain.Le taux de dégazage du CO2 dans les sources carbogazeuses est l’un des facteurs principaux conduisant aux conditions de précipitation via la modulation du taux de précipitation de la calcite et par conséquent, sa composition en 18O et 13C. Les tests en laboratoire ont été conduits en deux étapes : (1) caractérisation des mécanismes de dégazage seuls, et (2) des expériences combinant dégazage et précipitation pour mieux appréhender les processus cinétiques lors de la précipitation des travertins. En parallèle, un travail de terrain spécifique par pose de plaques de plexiglas le long de différents écoulement de la source, nous a permis de connaitre la résolution de précipitation des travertins et d’obtenir une meilleure estimation des facteurs de fractionnement.Les tests en laboratoire confirment que, lors d’un dégazage important, i.e. conduisant à la précipitation de travertins, la spéciation des espèces du carbone inorganique dissout (CID) et les flux entre ces espèces sont des paramètres primordiaux à considérer. Le facteur de fractionnementεDIC-CO2(g) qui dépend du pH suit alors une distillation de Rayleigh dans un système cinétique. Les évolutions des espèces carbonées en solution ont ainsi pu être modélisées à l’aide d’une équation de diffusion faisant intervenir les paramètres propres à l’expérience.Les résultats de terrain permettent de démontrer que les variations de conditions de précipitation sont principalement dues aux variations de conditions hydrodynamiques et, secondairement, aux variations de température, ce qui a pu être modélisé à l’aide de l’équation définie par Plummer en 1968 et qui a montré la variabilité des conditions de précipitation in-situ. Dans le cas des expériences de précipitation en laboratoire et par comparaison avec les données de terrain, le facteur de fractionnement εCID-calcite va dépendre des concentrations de chaque espèce de CID mais aussi de la partition du carbone entre phase gaz et phase solide. Pour l’oxygène 18, de 0°C à 10°C, les résultats acquis sur les travertins actuels nous ont permis d’utiliser la droite définie récemment par Coplen (2007) pour lier de façon fiable la température au moment de la précipitation et le facteur de fractionnement. Toutefois, pour des températures plus élevées, le facteur de fractionnement est plus important que ce qu’il devrait et confirmant ainsi la non-représentativité des droites de Coplen pour la détermination de la température de précipitation. Lors des expériences de précipitation la tendance est inverse à celle observée pour les travertins confirmant l’influence de la vitesse de dégazage et de l’indice de saturation sur le fractionnement isotopique. Nous avons également confirmé avec les expérimentations, l’impact de la vitesse de précipitation sur les teneurs isotopiques enregistrées dans les travertins.Ce travail a mis en lumière des mécanismes cinétiques complexes et qui ne sont pas complètement contraints par la seule utilisation des outils isotopiques. L’utilisation du partitionnement des éléments traces est un outil primordial pour appuyer l’étude de ces mécanismes. / The response of continental groundwater systems to recent climate fluctuations can be reconstructed via the continuous measurement of groundwater level, spring flow and climatic chronicles. When any data exist, recent reconstructions of groundwater dynamics may be reached through various recorders of environmental and hydrological conditions such as travertine. Although the relationship between geochemical records in travertine and environmental parameters seems to be accepted, the details of processes and their respective weight in the paleo-information are not clearly established.Rate of CO2 degassing in CO2-rich spring likely influences calcite precipitation rate and the related δ18O and δ13C composition. Isotopic equilibrium is rarely maintained during travertine deposition and the degassing rate is the main controlling factor of the disequilibrium. Due to the lack of knowledge, fractionation processes, either kinetic or equilibrium, occurring between CO2-rich water, gas and travertine required specific pH and temperature-controlled laboratory tests. These tests were conducted on synthetic water at different pH to focus only on the degassing processes. Other tests were conducted on trace elements partitioning during calcite precipitation, to identify the origin of isotopic signature variability, and to constraint the way of recording past conditions.All these tests confirmed that during a degassing leading to travertine precipitation, the speciation of dissolved inorganic carbon species is a major parameter to be tackled since a linear relationship between εDIC-CO2(g) and pH is observed. Indeed, we highlighted that for a high degassing rate, the isotopic equilibrium is not reached because the reaction greater involves light isotopes than heavy ones. There is thus different reaction rate between the species of dissolved inorganic carbon, the reactions occurring faster in the water than the one between water and gas, the latter being controlled by diffusion.

We have performed a careful measurement of the shape of the beta spectrum of He⁶. A detailed study of the phenomenon of electron scattering in our thin lens magnetic spectrometer enabled us to interpret the spectrum shape from the end point at Wₒ = 3.50 ± .02 Mev. down to 1/14 Wₒ = 0.250 Mev. The experimental shape has been compared with the theoretically predicted shape for allowed spectra. The influence of the pseudoscalar interaction on the shape of the He⁶ spectrum has also been considered. From these measurements we have been able to set limits on the Fierz interference in the Gamow-Teller interaction as well as on the magnitude of the pseudoscalar coupling constants. These limits have been interpreted in terms of the relative magnitudes of the axial vector, pseudoscalar, and tensor coupling constants using the two component theory of the neutrino and assuming that the complete beta decay Hamiltonian proposed by Lee and Yang is or is not invariant under time reversal. We have also calculated the effect on the spectrum shape of the production of inner Bremsstrahlung in beta decay and have shown this effect to be at the limit of experimental detectability.

Le méthane a la deuxième plus grande contribution à au forçage radiatif global des gaz à effet de serre anthropiques. Après une période de stabilité, son taux de croissance atmosphérique a augmenté rapidement depuis 2007. Les émissions anthropiques de méthane ont un potentiel important d'atténuation ce qui encourage les efforts visant à réduire ses émissions conformément à l'accord de Paris. Toutefois, beaucoup d’incertitudes demeurent concernant la contribution de différentes sources de méthane, les processus et les estimations des émissions, même à une échelle locale ; ce qui entrave la mise en œuvre efficace des stratégies d'atténuation du méthane. Jusqu’à maintenant, de nombreuses études ont été réalisées pour mesurer les flux globaux de méthane, la répartition et la caractérisation des sources de méthane par région mais les processus doivent encore être mieux déterminés.Cette thèse présente et applique des méthodes pour caractériser les différentes sources de CH4 présentes dans les mesures de l'air ambiant des sites industriels et développe des outils ciblés pour répondre à cette question. Le premier chapitre traite des améliorations apportées à un instrument CRDS fréquemment déployé pour les mesures de CH4 et de δ13CH4. Nous proposons un schéma d'étalonnage pour corriger les interférences C2H6 sur δ13CH4 et permettre des mesures fiables de C2H6. Les résultats de ces travaux sont ensuite utilisés pour explorer la valeur ajoutée sur les données de la mise en œuvre de cette méthode sur une station de compresseur de gaz naturel, où une forte corrélation de C2H6 et de CH4 est normalement attendue. Le deuxième chapitre poursuit la caractérisation des sources de CH4 sur le même site mais porte plus sur l'application et la comparaison des différentes méthodes de répartition des sources. Les contributions des sources de CH4 et composés organiques volatils (COV) sont explorées selon la méthode de l'analyse isotopique, de l'analyse des séries temporelles multi-espèces à l’aide de modèles source-récepteur (PCA et PMF), des données météorologiques et des échantillons directs de gaz naturel. Le troisième chapitre présente une utilisation des méthodes de répartition des sources de CH4 sur les mesures ambiantes des sources de CH4 biogénique dans la région Ile de France et aide ainsi à compléter l'étude des sources anthropiques de CH4 les plus pertinentes.Cette thèse identifie et documente les signatures en δ13CH4 de différentes sources de CH4 sur des environnements contrastés à proximité de fermes d’élevage intensif, de stations d’épuration des eaux usées, de décharges d’enfouissement des déchets ou encore de sites de compression du gaz naturel, et étudie leur variabilité spatiale et temporelle pour faciliter la contrainte des émissions. Les résultats obtenus suggèrent que l’identification de différentes sources biogéniques et thermogéniques avec le δ13CH4 est robuste et adaptable à une grande diversité d’environnements. L'utilisation d'une combinaison d'outils est idéale pour étudier la variabilité à court terme et long terme. Cette thèse présente différentes utilisations de ces nouveaux outils pour diriger les investigations des émissions anthropiques de méthane et sont la base pour de futurs travaux dans ce domaine. / Methane has the second largest contribution to global radiative forcing impact of anthropogenic greenhouse gasses. Since 2007 its atmospheric growth rate, after a period of stability, has again been rising rapidly. Anthropogenic methane emissions hold a large mitigation potential, promoting efforts to curb emissions in accordance with the Paris Agreement. However, the considerable uncertainties regarding methane contributors, drivers and emission estimates even at local scales, hinder the effective implementation of methane mitigation strategies. While many approaches have been established to measure total methane fluxes, the partitioning and characterisation of methane sources by region and processes still need to be better constrained.This thesis presents practical methods for characterising different CH4 sources in ambient air measurements at industrial sites, as well as developing more targeted tools. The first chapter focuses on improvements to a CRDS instrument that is commonly deployed for CH4 and δ13CH4 field measurements. We propose a calibration scheme to correct for C2H6 interference on δ13CH4, and enable robust C2H6 measurements. The results of this work are then used to explore the added value gained when implemented on data from a natural gas compressor station, a site where high correlation of C2H6 and CH4 is expected. The second chapter continues the investigation of CH4 sources at the same site; with focus shifted towards the application and comparison of different source apportionment methods from time series analysis based on measurements of multiple species, some co-emitted with CH4. Here the CH4 and Volatile Organic Compounds (VOC) source contributions are explored through the use of isotopic analysis, receptor model analysis (PCA and PMF), metrological data and direct samples of natural gas. The third chapter applies a selection of the developed CH4 source apportionment methods to ambient measurements at biogenic CH4 sites in the Ile de France region and helps complete the survey of the most relevant anthropogenic CH4 sources.This thesis identifies and reports local δ13CH4 source signatures for livestock, wastewater, landfill and natural gas and studies their spatial and temporal variability to aid the constraint of emission inventories. Our findings suggest that source apportionment from δ13CH4 is robust, and adaptable to the majority of sites. Using a combination of tools is ideal for more specific source determination and for an understanding of long and short term variability. The work presented in this thesis offers example applications of these new tools to directed investigations of anthropogenic methane emissions and lays the foundation for future work in this field.

La dégradation de la qualité de l'eau, la variabilité climatique et la croissance démographique font partie des facteurs limitant la disponibilité de l'eau dans les régions semi-arides de Katari et de Lago Menor (6,350 Km2), entraînant une exploitation croissante des ressources en eaux souterraines. Cette thèse a pour but de conceptualiser le système d'écoulement souterrain à grande échelle et de détecter les sources de contamination par les nitrates dans les régions de Katari et Lago Menor.Dans cette étude, on a utilisé une approche multidisciplinaire comprenant un inventaire régional des sources d’eaux souterraines et des mesures du niveau piézométrique, des techniques d’investigation géophysique (sondages électromagnétiques à domaine temporel TDEM), la construction et l’installation de piézomètres, l’analyse chimique des ions majeurs et les isotopes de 15N-NO3 et de 18O-NO3.Les résultats ont permis d'identifier les limites de deux contextes géologiques différents (le sous-système du Piémont et la plaine lacustre), la géométrie du milieu géologique poreux du Quaternaire et les limites inférieures de l'aquifère. L’analyse régionale montre que les flux souterrains suivent le modèle classique d’écoulement basé sur la gravité. Six sous-domaines ont été identifiés possédant des propriétés hydrauliques différentes. Une grande partie de l'aquifère présente un comportement non confiné, en particulier sur le Piémont, alors qu'il reste confiné dans les zones de plaine. L'épaisseur de la portion non confinée varie de 50 à 150 mètres. Les valeurs de conductivité hydraulique pour la portion non confinée vont de 1.1E-4 à 5.0E-6 m/sec, le rendement spécifique de 0,16 à 0,20 et les valeurs de recharge vont de 118 à 382 mm/year. Tandis que pour la partie confinée, les valeurs de transmissivité se situent autour de 6.0 E-6 m2/sec avec une valeur de stockage de 1.2E-2 à 6.0E-3.En particulier, dans les hautes régions du Piémont où se trouvent les fortes pressions hydrauliques, les compositions minérales, chimiques et isotopiques montrent que la source d'eau souterraine est de bonne qualité. En revanche, dans la partie inférieure du Piémont, les nappes phréatiques moins profondes de la séquence alluvial-fluvioglaciaire-lacustre rendent cette zone plus vulnérable à la contamination. En fait, le faciès chimique et la composition isotopique du NO3 dissous ont révélé que l'origine principale de cet anion est liée aux engrais azotés vers le nord-ouest du Piémont et aux déchets humaines / animales vers le SE. De plus, les processus naturels d'atténuation du nitrate se produisent principalement dans le secteur inférieur du Piémont, lorsque les eaux souterraines se mélangent au réservoir d'origine lacustre.En revanche, les eaux souterraines s'écoulant dans les plaines présentent principalement des faciès de Na (K) -Cl mettant en évidence la présence d'évaporites. Dans cette zone, les eaux souterraines sont sujettes à la contamination, en particulier lorsque la couche d'argile est absente et dans les endroits où une connexion au Piémont est mise en évidence (canaux souterrains). La contribution des eaux souterraines au lac Titicaca actuel (baie de Cohana) semble être retardée en raison de la présence de la couche d'argile.Ce modèle conceptuel d'écoulement des eaux souterraines permet une bonne compréhension du fonctionnement de l’aquifère et fournit un guide pour la collecte future de données afin d'améliorer la robustesse d’une future modélisation numérique des flux d’eau souterrains. Toutes les informations scientifiques issues de cette recherche ont été rassemblées dans une base de données spatiales SIG pour aider les décideurs à gérer et à protéger les ressources en eaux souterraines. Ces informations scientifiques contribuent également à l'assainissement de l'environnement du lac Titicaca, une priorité nationale de l'État plurinational de Bolivie. / Water quality degradation, climate variability and population growth are among the factors that constrains water availability in the semi-arid Katari and Lago Menor region (6,350 Km^2), leading to an increasingly exploitation of groundwater resources. This thesis aims to conceptualize subsurface flow and trace nitrate contamination sources in the groundwater system within the Katari and Lago Menor Region.A multidisciplinary approach for field investigation was used in this study, including a regional groundwater source inventory and groundwater level measurements, geophysical investigation techniques (e.g. TDEM-Time Domain ElectroMagnetic soundings), piezometer construction and installation, and a regional sampling campaign and analysis for major ion chemistry and dual isotopes of 15N-NO3 and 18O-NO3.The results allowed identifying the limits of two different geological settings (Piedmont subsystem and Lacustrine plain), the geometry of the Quaternary porous geologic media and the bottom boundaries of the aquifer.The groundwater flow regime corresponds to a classical gravity-driven regional flow system. Six subdomains possessing different hydraulic properties were identified. A large portion of the aquifer presents an unconfined behaviour, particularly on the Piedmont, whereas it remains confined in the plain areas. The thickness of the unconfined portion varies from 50 to 150 meters. Values of hydraulic conductivity for the unconfined portion range from 1.1E-04 to 5.9E-08 m/sec, specific yield ranges from 0.16 to 0.20 and recharge values range from 118 to 382 mm/year. While for the confined part the transmissivity values range around 6.0E-06 m^2/sec with a storavity value of 1.2E-02 to 6.0E-03.In the high Piedmont areas where the hydraulic heads are high, the low mineralization and the chemical and isotopic compositions showed that the groundwater source is of good quality. In contrast, in the lower sector of the Piedmont, the shallower water tables of the alluvial-fluvioglacial-lacustrine sequence, make this area more vulnerable to contamination. Chemical facies and the isotopic composition of the dissolved NO3 revealed that the main origin of this anion is related to nitrogen fertilizers towards the NW of the Piedmont and human/animal waste towards the SE. Moreover, natural nitrate attenuation processes occur mainly in the lower sector of the Piedmont, when groundwater mixes with the reservoir of lacustrine origin. Groundwater flowing in the plain areas, present primarily Na(K)-Cl facies relating the presence of evaporites. In this area groundwater is prone to contamination, especially when the clay layer is absent and in places where a connection to the Piedmont is evidenced (subterranean channels). The contribution of groundwater to the current Lake Titicaca (Cohana Bay) appears to be retarded due to the presence of the clay layer.This basin-scale conceptual groundwater flow model provides a good understanding of the aquifer functioning, and a guide to future data collection, in order to improve the robustness of future groundwater flow numerical modeling. All the science-based information generated from this research was arranged into a GIS spatial database to support decision makers in the management and protection of groundwater resources. This science-based information also contributes to the environmental remediation of Lake Titicaca, a national priority for the Plurinational State of Bolivia.

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