# Transient dynamics in confined aquifers: Planning horizon impacts on sustainable yield estimations

Carlos Felipe Marin Rivera, Alexandre Pryet, Julio Goncalves

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Carlos Felipe Marin Rivera, Alexandre Pryet, Julio Goncalves. Transient dynamics in confined aquifers: Planning horizon impacts on sustainable yield estimations. 29e édition de la Réunion des Sciences de la Terre, Société Géologique de France, Oct 2025, Montpellier, France. hal-05483065

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Submitted on 29 Jan 2026

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[English] Title: Transient dynamics in confined aquifers: Planning horizon impacts on sustainable yield estimations.

Carlos Felipe Marin Rivera¹, Alexandre Pryet¹, and Julio Goncalves²

¹Bordeaux INP, UMR 5805 EPOC, Pessac, France

²Centre de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement, Aix-en-Provence, France

**Keywords:** Hydrogeology, Numerical modelling, Confined aquifers, Sustainability.

Confined aquifers challenge current groundwater sustainability concepts due to their long response time scales and the dampening potential of aquitards. Pumping introduces a perturbation that initiates a transient response, which propagates through the confining units towards adjacent aquifers and surface systems. As a result, the planning horizon, which refers to the timeframe over which management decisions are evaluated, becomes a critical factor in sustainability assessments. This work explores how sustainable yield estimations in confined systems are influenced by climatic conditions, the degree of confinement, and the chosen planning horizon.

To investigate this, a synthetic cross-section model of a multi-layer aquifer system was developed using MODFLOW6 and FloPy. The sustainable yield was estimated through a constrained optimization approach, by iteratively running a transient model with different constant pumping rates. This analysis was conducted under a range of scenarios, including contrasting recharge rates, varying degrees of confinement, and multiple planning horizons. Additionally, the effect of transient recharge rates was investigated to understand their relevance on the transient response of the system and the impact on estimated sustainable yields.

The modelled response times of this type of systems appear to be highly relevant for planning purposes given the typical human timeframes used for management and policy implementations. Our results reveal that sustainable yield is not a single, fixed value but a dynamic variable dependent on the chosen planning horizon. This analysis illustrates that what might be considered a sustainable withdrawal rate over a 25-year horizon could lead to unacceptable or undesirable impacts over a 50-year period, bringing an important question to the debate: which planning horizon to use?

We conclude that effective management of confined aquifers requires a paradigm shift away from steady-state thinking: what is considered sustainable fundamentally depends on when we decide to evaluate it. This demands an adaptive, time-dependent approach where sustainability is analysed within a context-specific planning horizon, acknowledging that our decisions today have consequences that might unfold over decades or even centuries. This introduces broader issues of intergenerational equity, emphasizing that sustainability cannot be determined solely by physical indicators and it must also address long-term governance and ethical considerations.
[Français] Titre: Dynamique transitoire des aquifères captifs : influence de l'horizon de planification sur l'estimation des prélèvements durables.

Carlos Felipe Marin Rivera¹, Alexandre Pryet¹, and Julio Goncalves²

¹Bordeaux INP, UMR 5805 EPOC, Pessac, France

²Centre de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement, Aix-en-Provence, France

**Mots-Clés:** Hydrogéologie, Modélisation numérique, Aquifères captifs, Durabilité.

Les aquifères captifs remettent en question les concepts actuels de durabilité des eaux souterraines en raison de leurs longues échelles de temps de réponse et du rôle amortisseur des aquitards. Le pompage introduit une perturbation qui initie une réponse transitoire, laquelle se propage à travers les unités de confinement vers les aquifères adjacents et les systèmes de surface. En conséquence, l'horizon de planification, qui correspond à la période sur laquelle les décisions de gestion sont évaluées, devient un facteur critique des analyses de durabilité. Ce travail examine l'influence des conditions climatiques, du degré de confinement et de l'horizon de planification sur les estimations de prélèvement durable dans les systèmes aquifères captifs.

Pour explorer ces effets, un modèle synthétique en coupe d'un système aquifère multicouche a été développé à l'aide de MODFLOW 6 et de FloPy. Le prélèvement durable a été estimé au moyen d'une approche d'optimisation sous contraintes, basée sur l'exécution itérative de simulations transitoires avec différents débits de pompage constants. L'analyse a été menée pour une gamme de scénarios incluant des taux de recharge contrastés, des degrés de confinement variables et plusieurs horizons de planification. L'effet de recharges transitoires a également été étudié afin d'évaluer leur influence sur la réponse transitoire du système et sur les estimations de prélèvement durable.

Les temps de réponse modélisés pour ce type de systèmes apparaissent particulièrement pertinents pour la planification, compte tenu des échelles de temps humaines généralement mobilisées en gestion et en élaboration des politiques publiques. Les résultats montrent que le prélèvement durable ne correspond pas à une valeur unique et fixe, mais à une variable dynamique dépendante de l'horizon de planification retenu. Cette analyse illustre qu'un taux de prélèvement considéré comme durable sur un horizon de 25 ans peut conduire à des impacts inacceptables ou indésirables sur un horizon de 50 ans, soulevant une question centrale : quel horizon de planification convient-il d'utiliser ?

Nous concluons qu'une gestion efficace des aquifères captifs nécessite un changement de paradigme, en s'éloignant d'une approche fondée sur l'état stationnaire : ce qui est considéré comme durable dépend fondamentalement du moment auquel l'évaluation est réalisée. Cela implique une approche adaptative et dépendante du temps, dans laquelle la durabilité est analysée au regard d'un horizon de planification spécifique au contexte, en reconnaissant que les décisions prises aujourd'hui peuvent avoir des conséquences qui se manifestent sur plusieurs décennies, voire plusieurs siècles. Cette réflexion introduit également des enjeux plus larges d'équité intergénérationnelle, soulignant que la durabilité ne peut être déterminée uniquement à partir d'indicateurs physiques, mais qu'elle doit aussi intégrer des considérations de gouvernance à long terme et des dimensions éthiques.