Abstract
An approach combining the use of water dissolved chemical species and isotopic fingerprints has been used to understand the behavior of a phreatic aquifer and to determine the origin of its different water components. This aquifer is located in the large sedimentary basin of the Great Oriental Erg (Algeria) and overlies two deeper aquifers: the Complexe Terminal (CT) and the Continental Intercalaire (CI). Besides the deterioration of its groundwater quality, its water table has risen during the last 20 years. A water budget surplus between 950 and 2500 l s−1 was estimated. Down-gradient groundwater evolution (south-north) has shown that the mineralisation increases from 1.23 to 5.20 g l−1 due to evaporite minerals dissolution. Chemical and isotopic data demonstrated that in addition to rainfall there is a contribution from the CT and CI aquifers. The latter are tritium-free and less mineralized than the phreatic aquifer. Their radiocarbon contents are very low (<10 pmC, percent modern Carbon) (Pleistocene recharge) whereas quite the contrary is observed for the superficial aquifer which exhibits fairly high and variable C-14 activities (50–100 pmC), evidence of recent recharge. On the basis of tritium contents, two groundwater groups were identified for the phreatic aquifer.
Résumé
Comportement hydrochimique et isotopique d'un aquifère phréatique saharien subissant des pressions naturelles et anthropiques sévères (Cas de la région de Oued-Souf, Algérie). Une approche combinant l'utilisation des espèces chimiques dissoutes et des traceurs isotopiques de l'eau a été utilisée dans le but de comprendre le comportement d'un aquifère phréatique et de déterminer l'origine de ses différentes composantes. L'aquifère se situe sur le grand bassin sédimentaire du Grand Erg Oriental (Algérie) et se superpose à deux aquifères plus profonds : le Complexe Terminal (CT) et le Continental Intercalaire (CI). Outre une détérioration de la qualité de l'eau souterraine, son niveau piézométrique a crˇ au cours des vingt dernières années. L'excédent estimé du bilan en eau est compris entre 950 et 2500 L/s. L'évolution de l'eau souterraine vers l'aval hydraulique (du sud vers le nord) montre une augmentation de la minéralisation de 1.23 à 5.20 g.L-1, du fait de la dissolution des minéraux évaporitiques. Les données chimiques et isotopiques ont démontré qu'une contribution des aquifères du CT et du CI s'ajoutait aux précipitations. Ceux-ci ne présentent pas de traces de tritium et ont des eaux moins minéralisées que l'aquifère phréatique. Leurs concentrations en radiocarbone sont très faibles (<10 pcm,% de carbone moderne) du fait de la recharge pléistocène, alors que l'inverse a été observé dans l'aquifère superficiel. Ce dernier est caractérisé par des activités 14C relativement élevées et variables (50 à 100 pcm), caractéristiques d'une recharge récente. Les concentrations en tritium ont permis d'identifier deux groupes d'eaux souterraines dans l'aquifère phréatique.
Resumen
Se ha utilizado un enfoque que combina el uso de especies químicas disueltas en agua y huellas isotópicas para entender el comportamiento de un acuífero freático y de esta manera poder determinar el origen de los diferentes componentes hídricos. Este acuífero se localiza en una cuenca sedimentaria grande del Erg Oriental Grande (Argelia) y sobreyace dos acuíferos profundos: el Terminal Complejo (CT) y el Intercalado Continental (CI). Además del deterioro de la calidad del agua subterránea, el nivel freático ha subido durante los últimos veinte años. Se ha estimado un excedente de balance hídrico que varía entre 950 y 2500 l s−1. La evolución aguas abajo del agua subterránea (sur-norte) ha mostrado que la mineralización incrementa de 1.23 a 5.20 g L−1 debido a la disolución de minerales evaporíticos. Los datos isotópicos y químicos demostraron que además de la lluvia existe contribución de los acuíferos CT y CI. Este último acuífero no contiene tritio y se encuentra menos mineralizado que el acuífero freático. Los contenidos de ambos acuíferos, CT y CI, en radiocarbono son muy bajos (<10 pmC, por ciento de Carbono moderno) (recarga Pleistocena) mientras que se observa todo lo contrario para el acuífero superficial el cual presenta actividades bastante altas y variables de C-14 (50 a 100 pmC), lo cual es evidencia de recarga reciente. Basado en el contenido de tritio se identificaron dos grupos de aguas subterráneas para el acuífero freático.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Similar content being viewed by others
REFERENCES
ANRH (Agence Nationale des Ressources Hydrauliques) (1993) Etude hydrogéologique de la région d’El-Oued: contribution au problème de la remontée des eaux de la nappe phréatique (El-Oued region hydrogeological study: A contribution to the assessment of the phreatic aquifer piezometric level rise). Tech Rep ANRH, Ouargla, 47 pp
Bel F, Cuche D (1970) Etude des nappes du Complexe Terminal du bas Sahara. Données géologiques et hydrogéologiques pour la reconstruction du modèle mathématique (Investigation of the Complexe Terminal aquifers of lower Sahara: geological and hydrogeological data for the reconstruction of the mathematical model). Tech Rep, Direction de l’Hydraulique de la Wilaya de Ouargla, Algeria
Bel F, Demargne F (1966) Etude géologique du Continental Intercalaire (Geological study of the Continental Intercalaire aquifer). Tech Rep ANRH, Algiers
Bel F, Cuche D, Schoute M, Lefort O (1970) Etude du Complexe Terminal. Données hydrogéologiques et géologiques (Study of the Complexe Terminal aquifer, hydrogeological and geological data). Rep ERESS Project, Ouargla, Algeria
BNEDER (Bureau National d’Etudes pour le Développement Rural) (1992) Etude d’un plan directeur de développement de l’agriculture dans la wilaya d’El-Oued. Rapport No. 3. Analyse diagnostique de la situation actuelle (Study of the agricultural development plan of the province of El-Oued. Report No. 3: Diagnosis of the present situation). Direction des Services Agricoles d’El-Oued. Rep DE/302/92-3
Bonnard D, Gardel A (1998) Etude de la remontée des de la nappe phréatique de la région de Oued Souf, Wilaya d’El-Oued-Algérie (Investigation of the phreatic aquifer water table rise in the Oued-Soud region, Algeria). Final Tech Rep Ministry of Water Resources, Algiers
Bouzenboua Z, Messen N, Moulla AS, Souag M (1998) Variation des concentrations en tritium dans les précipitations à Birine en relation avec les conditions météorologiques rencontrées (Precipitation tritium contents variation as related to local meteoric conditions in Birine). 1ères Journées d’Études sur les Applications des Techniques Nucléaires en Ressources Hydriques et en Agriculture, COMENA/CDTN, Alger, 30 November – 2 December
Cote M (1993) Une région saharienne malade de trop d’eau: Le Souf (The Souf, a saharan region sick of having too much water). Tech Rep, 17 pp
Dervieux F (1956) La nappe phréatique du Souf (Algérie). Etude du renouvellement de la nappe. Contribution à l’étude des phénomènes capillaires dans un milieu pulvérulent (The Souf's phreatic aquifer, A study of the aquifer replenishment: a contribution to the investigation of capillary phenomena taking place in a pulverulent environment). Terres et eaux 29:5–39
Dubief J (1959) Le climat du Sahara (The Saharan climate). Mém. Hors-série. Inst. Rech. Sah. Tome 1, Algiers, 312 pp
Edmunds WM, Shand P, Guendouz A, Moulla AS, Mamou A, Zouari K (1997) Recharge characteristics and groundwater quality of the Grand Erg Oriental basin, final report. EC (Avicenne), Contract CT93AVI0015, BGS Tech Rep WD/97/46R, Hydrogeology Ser
Edmunds WM, Guendouz A, Mamou A, Moulla AS, Shand P, Zouari K (2003) Groundwater evolution in the continental intercalaire aquifer of southern Algeria and Tunisia: trace element and isotopic indicators. Appl Geochem 18(6):805–822
Fontes JCh, Yousfi M, Allison GB (1986) Estimation of long-term, diffuse groundwater discharge in the northern Sahara using stable isotope profiles in soil water. J Hydrol 86:315–327
Girard P, Hillaire Marcel C (1997) Determining the source of nitrate pollution in the Niger discontinuous aquifers using the natural15N/14N ratios. J Hydrol 199:239–251
Gonfiantini R, Conrad G, Fontes JCh, Sauzay G, Payne BR (1974) Etude isotopique de la nappe du Continental Intercalaire et ses relations avec les autres nappes du Sahara septentrional (Isotopic investigation of the Continental Intercalaire aquifer and its relationship with the other aquifers in the northern Sahara). In: Isotope Techniques in Groundwater Hydrology, vol 1, pp 227–241. IAEA SM-182/25, Vienna
Guendouz A (1985) Contribution à l’étude géochimique et isotopique des nappes profondes du Sahara nord-est septentrional, Algérie (A contribution to the geochemical and isotopic study of the northern Sahara deep groundwaters in Algeria). Thesis, Paris-Sud University, Orsay, France, 243 pp
Guendouz A, Moulla AS, Reghis Z (1992) Etude isotopique et hydrochimique des eaux souterraines de la cuvette de Ouargla (Algérie) (Hydrochemical and isotopic investigation of Ouargla depression groundwaters, Algeria, 1993–1995). 2nd Tech Rep CDTN/DDHI, Algiers
Guendouz A, Moulla AS, Reghis Z (1993) Etude de la remontée des eaux de la nappe phréatique de la région de Oued-Souf (Erg Oriental, Sahara nord-est septentrional) par les méthodes isotopiques et hydrochimiques (Investigation of the phreatic aquifer piezometric level rise in the Oued-Souf region, Oriental Erg, North-eastern Algerian Sahara). 2èmes Journ Géol App Sfax, Tunisia, 17–19 May 1993
Guendouz A, Moulla AS, Edmunds WM, Shand P, Zouari K, Mamou A (2003) Hydrogeochemical and isotopic evolution of the Complexe Terminal groundwaters in the Algerian Sahara. Hydrogeol J 11:483–495
Herczeg AL, Edmunds WM (1999) Inorganic ions as tracers. In: Cook PG, Herczeg AL (eds) Environmental tracers in subsurface hydrology, pp 31–77. Kluwer, Boston
Levassor A (1978) Simulation et gestion des systèmes aquifères. Application aux nappes du ‘Complexe Terminal’ du bas Sahara, Algérie (Modeling and management of aquifers: application to the Complexe Terminal aquifer in the lower Sahara, Algeria). Thesis, Paris-VI University, Paris, France
Moulla AS, Guendouz A, Reghis Z (1992) Etude de la remontée des eaux de la nappe phréatique de la région de Oued-Souf (Investigation of the phreatic aquifer piezometric level rise in the Oued-Souf region). 1st internal report, Centre de Développement des Techniques Nucléaires (CDTN), Algiers, 72 pp
Moulla AS, Guendouz A, Reghis Z (1995) Qualité chimique et bactériologique des eaux de la nappe phréatique de la région de Oued-Souf, Sahara nord-est septentrional, Algérie (Chemical and bacteriological quality of phreatic groundwater in the Oued-Souf region, north-eastern Algerian Sahara). 2ème Coll. Nat. Climat et Environnement: l’eau, Oran, Algeria, 24–25 December 1995
Moulla AS, Guendouz A, Reghis Z (1996) Etude de la remontée des eaux de la nappe phréatique de la région de Oued-Souf (Investigation of the phreatic aquifer piezometric level rise in the Oued-Souf region, final report). Rapport final de synthèse, Centre de Développement des Techniques Nucléaires (CDTN), Algiers, 19 pp
ONM (Office National de la Météorologie) (1975–1984) Bulletins mensuels de relevés des paramètres climatologiques en Algérie de 1975 à 1984 (Monthly bulletins of climatological records in Algeria of 1975 to 1984). Centre Climatologique National (CCN), Dar El Beïda, Algiers
ONM (Office National de la Météorologie) (1990–2000) Bulletins mensuels de relevés des paramètres climatologiques en Algérie de 1990 à 2000 (Monthly bulletins of climatological records in Algeria of 1990 to 2000). Centre Climatologique National (CCN), Dar El Beïda, Algiers
OSS (2003) Système Aquifère du Sahara Septentrional (The northern Sahara aquifer system, the mathematical model). Observatoire du Sahara et du Sahel (OSS), Modèle Mathématique, vol 4
Paix P (1956) Les nappes artésiennes de l’Oued Rhir (Artesian aquifers of the wadi Rhir valley). Thesis, Algiers University, Algeria, 125 pp
Saibi H (2003) Analyse qualitative des ressources en eau de la vallée de l’oued Souf et impact sur l’environnement, région aride à semi-aride d’El-Oued (Qualitative evaluation of Oued-Souf valley water resources and their impact on the environment). Thesis, Houari Boumedienne University, Algiers, Algeria, 200 pp
UNESCO (1972) Projet ERESS: Etude des ressources en eau du Sahara septentrional. Rapport final (ERESS Project: study of the northern Sahara water resources. Final report). United Nations Educational Scientific and Cultural Organisation (UNESCO), Paris
WHO (World Health Organization) (1985) Directives de qualité pour l’eau de boisson (Potable water quality guidelines). Organisation Mondiale de la Santé, Genève, 127 pp
Acknowledgements
The authors express their gratitude to their colleagues of the Applied Hydrology and Sedimentology Department of the Algiers Nuclear Research Centre which carried out all of the analytical work. We also thank the staff members of the ‘Hydraulics Directorate’ of El-Oued province who helped a lot during field campaigns. The authors are also thankful to the members of the ‘Bacteriology Laboratory’ of El-Oued hospital who performed the bacteriological measurements.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Guendouz, A., Moulla, A.S., Remini, B. et al. Hydrochemical and isotopic behaviour of a Saharan phreatic aquifer suffering severe natural and anthropic constraints (case of Oued-Souf region, Algeria). Hydrogeol J 14, 955–968 (2006). https://doi.org/10.1007/s10040-005-0020-1
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s10040-005-0020-1