Abstract
Groundwater pumped from the semi-confined Complexe Terminal (CT) aquifer is an important production factor in irrigated oases agriculture in southern Tunisia. A rise in the groundwater salinity has been observed as a consequence of increasing abstraction from the aquifer during the last few decades. All sources of contamination were investigated using hydrochemical data available from the 1980s. Water samples were taken from drains and observation wells tapping both the CT and the phreatic aquifers and analyzed with regard to chemistry, temperature, isotopes and other environmental tracers. Local salinization mechanisms are suggested, i.e. the upwelling of saline water from the underlying, confined Continental Intercalaire (CI) aquifer, as well as backflow of agricultural drainage water. At this stage, the main salt pan, the Chott el Djerid, is not a contamination source. A finite difference model was also developed to simulate groundwater flow and contaminant transport in the oases. Calibration for the period 1950–2000 was carried out in order to adjust geological and chemical system parameters. The simulation of planned extraction projects predicts a worsening of the present situation. Maintenance of the present abstraction regime will not reduce or stop the salinity increase.
Résumé
L’eau souterraine pompée dans l’aquifère semi-captif du Complexe Terminal (CT) est un facteur de production important pour l’agriculture des oasis irriguées du sud de la Tunisie. Une augmentation de la salinité de l’eau souterraine a été considérée comme la conséquence de l’augmentation des prélèvements dans l’aquifère au cours des dernières décades. Toutes les sources de contamination ont été étudiées à l’aide de données hydro-chimiques disponibles depuis les années 80. Des échantillons d’eau ont été prélevés dans des drains et des puits d’observation qui captent à la fois le CT et les aquifères phréatiques; la chimie, la température, les isotopes ainsi que d’autres traceurs environnementaux ont été analysés. Des processus locaux de salinisation sont proposés, comme par exemple la remontée d’eau salée en provenance de l’aquifère captif du Continental Intercalaire (CI) sous-jacent, ainsi que le reflux des eaux du drainage agricole. A ce stade, le principal marais salé, le Chott el Djerid, n’est pas une source de contamination. Un modèle aux différences finies a également été élaboré pour simuler les écoulements souterrains et le transport de contaminants dans les oasis. Une calibration pour la période 1950–2000 a été effectuée afin d’ajuster les paramètres des systèmes géologique et chimique. La simulation de projets planifiés d’extraction prédit une aggravation de la situation actuelle. La conservation du régime d’extraction actuel ne réduira ou ne stoppera pas l’augmentation de la salinité.
Resumen
El agua subterránea que se bombea del acuífero semi-confinado Terminal Complejo (CT) es un importante factor de producción en la agricultura de riego con oasis en el sur de Túnez. Se ha observado un incremento en la salinidad del agua subterránea como consecuencia de la abstracción creciente del acuífero durante las últimas décadas. Se investigaron todas las fuentes de contaminación usando datos hidroquímicos disponibles de la década de 1980s. Las muestras de agua se tomaron de drenajes y pozos de observación alojados tanto en el CT como los acuíferos freáticos y se analizaron en relación con química, temperatura, isótopos y otros trazadores ambientales. Se sugieren mecanismos de salinización local, i.e. el ascenso de agua salada a partir del acuífero confinado subyacente Intercalado Continental (CI), así como también retorno de flujo de agua de drenaje agrícola. En esta etapa, el pan salado principal, el Chott el Djerid, no es una fuente de contaminación. También se desarrolló un modelo de diferencia finita para simular el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes en los oasis. Se calibró el modelo para el periodo 1950–2000 para de este modo ajustar parámetros del sistema químico y geológico. La simulación de los proyectos de extracción que se han planeado predice un empeoramiento de la situación actual. El mantenimiento del régimen de extracción actual no reducirá o detendrá el incremento de salinidad.
Similar content being viewed by others
References
ARMINES and Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis (ENIT) (1984) Modèle mathématique du Complexe Terminal Nefzawa-Djérid [Mathematical model of the Complexe Terminal, Nefzawa-Djérid]. Ministère de l’Agriculture, Tunis
Ben Dhia H, Bouri S (1995) Overview of geothermal activities in Tunisia. Paper read at World Geothermal Conference 1995, Florence, May 1995
Besbes M, Abdous B, Abidi B, Ayed A, Bachta M, Babasy M, Ben Baccar B, El Batti D, Ben Salah Y, Charreton MB, Biout F, Douma A, Fezzani C, Gadhi M, Horriche F, Kadri S, Khadraoui A, Khanfir R, Kinzelbach W, Larbes A, Latrech D, Margat J, De Marsily G, Mamou A, El Mejerbi M, Mekrazi A, Mhiri A, Moumni L, Nanni M, Pallas P, Pizzi G, Salem A, Salem OM, Taibi R, Zammouri M (2003) The northwestern Sahara aquifer system: joint management of a transborder basin. Houille Blanche-Rev Int Eau 5:128–133
Chiang W-H, Kinzelbach W (2001) 3D-groundwater modeling with PMWIN a simulation system for modeling groundwater flow and pollution. Springer, Berlin
Direction Générale des Resources en Eau (2000) Annuaire de la piézométrie des nappes de Tunisie [Piezometric inventory of the aquifers in Tunisia]. Ministère de l’Agriculture, Tunis
Edmunds WM, Shand P, Guendouz AH, Moulla AS, Mamou A, Zouari K (1997) Recharge characteristics and groundwater quality of the grand Erg oriental basin. British Geological Survey, Keyworth, Nottingham
El-Fahem T (2003) Salinisation of groundwater in the Nefzaoua Oases: South Tunisia, Institute of Hydromechanics and Water Resources Management, Swiss Federal Institute of Technology, Zürich
Food and Agricultural Organization (FAO) (2005) FAOSTAT. Food and Agricultural Organization. http://faostat.fao.org/. Cited 16 April 2007
Gardner G (1996) Shrinking fields: cropland loss in a world of eight billion. Worldwatch paper no. 131. In: Worldwatch papers. The Worldwatch Institute, Washington, DC
Ghassemi F, Jakeman AJ, Nix HA (1995) Salinisation of land and water resources: human causes, extent, management and case studies. CABI, Wallingford, UK
Gueddari M (1980) Géochimie des sels et des saumures du Chott el Djérid [Geochemistry of salts and brines from the Chott el Djerid], Univ. de Paul Sabatier, Toulouse, France
Harbaugh AW, Banta ER, Hill MC, McDonald MG (2000) Modflow-2000, the U.S. geological survey modular ground-water model: user guide to modularization concepts and the ground-water flow Process. US Geological Survey, Reston, VA, USA
Hillel D (2000) Salinity management for sustainable irrigation: integrating science, environment and economics. In: Bank TW (ed) Environmentally and socially sustainable development: rural development. The World Bank, Washington, DC
International Atomic Energy Agency (IAEA) (2001) Global network for isotopes in precipitation. The GNIP database. IAEA, Vienna
Kbir-Ariguib N, Chehimi DB, Zayani L (2001) Treatment of Tunisian salt lakes using solubility phase diagrams. Pure Appl Chem 73(5):761–770
Kriaa S (2003) Contribution à l’étude de la qualité des eaux de la nappe du Complexe Terminal dans la Nefzaoua [Contribution to the study of the Complexe Terminal water quality in the Nefzawa], Ecole Nationale d’Ingenieurs de Tunis, Tunis
Mamou A (1990) Caractéristics et évaluation des ressources en eau du sud Tunisien [Characteristics and evaluation of the water resources in southern Tunisia]. PhD Thesis, Université du Paris-Sud Centre d’Orsay, Paris
Mamou A, Hlaimi A (1999a) Les nappes phréatiques de la Nefzaoua. Direction Générale des Ressources en Eau. Ministère de l’Agriculture, Tunis
Mamou A, Hlaimi A (1999b) Les nappes phréatiques de la Nefzaoua [Phreatic groundwater in the Nefzawa oases]. Direction Générale des Ressources en Eau. Ministère de l’Agriculture, Tunis
Meckelein W (1977) Geographische Untersuchungen am Nordrand der tunesischen Sahara [Geographical investigations on the northern fringe of the Tunisian Sahara]. Stuttgarter Geographische Schriften, Stuttgart, Germany, pp 247–301
Observatoire du Sahara et du Sahel (OSS) (2003) The North West Sahara aquifer system: joint management of a transborder basin. OSS, Tunis
Perennes J-J (1993) L’eau et les hommes au Maghreb: Contribution d’une politique de l’eau Mediterranee [Water and people in the Maghrib: contribution to a Mediterranean water policy]. Karthala, Paris
Pouget M (1966) Etude pédologique des oasis de la PIK et du groupe Mansoura [Soil study in the PIK oases and the Mansoura group]. Direction Generale des Resources en Eau. Ministère de l’Agriculture, Tunis
Swezey CS (1996) Structural controls on Quaternary depocentres within the Chotts Trough region of southern Tunisia. J Afr Earth Sci 22(3):335–347
The World Bank Group (2004) Countries and regions. The World Bank Group, Washington, DC
United Nations Educational Scientific and Cultural Organization (UNESCO) (1972) Etude des Ressources en Eau du Sahara Septentrional [Study of the water resources in the north-western Sahara]. Final report and appendixes. In: ERESS, UNESCO, Paris
Whittemore DO (1984) Geochemical identification of salinity sources. In: French RH (eds) Salinity in watercourses and reservoirs (Proceedings of the International Conference on State-of-the-Art Control of Salinity). Butterworth, Stoneham, MA, USA
Whittemore DO (1988) Bromide as a tracer in ground-water studies: geochemistry and analytical determination. In: Proceedings ground water geochemistry conference, National Water Well Association. Dublin, OH, USA
World Health Organization-United Nations Environment Programme (WHO-UNEP) (1989) In: Meybeck M, Chapman D, Helmer R (eds) Global fresh-water quality: a first assessment. Blackwell, Oxford
Zheng C, Wang PP (1999) A modular three-dimensional multi-species transport model for simulation of advection, dispersion and chemical reactions of contaminants in groundwater systems; documentation and user’s guide. In: SERDP-99-1. Contract report, US Army Engineer Research and Development Center, Vicksburg, MS
Acknowledgements
The authors wish to acknowledge Dr. B. Ben Baccar and Prof. M. Besbes for their valuable help and comments in the data analysis. The comments of three anonymous reviewers were greatly appreciated. Tobias Siegfried and Tobias El-Fahem were partially supported by the Alliance for Global Sustainability (AGS).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Zammouri, M., Siegfried, T., El-Fahem, T. et al. Salinization of groundwater in the Nefzawa oases region, Tunisia: results of a regional-scale hydrogeologic approach. Hydrogeol J 15, 1357–1375 (2007). https://doi.org/10.1007/s10040-007-0185-x
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s10040-007-0185-x