Status of the Korba groundwater resources (Tunisia): observations and three-dimensional modelling of seawater intrusion

Abstract

The Korba aquifer is located in the east of the Cape Bon peninsula in Tunisia. A large groundwater depression has been created in the central part of the aquifer since the 1980s, due to intense groundwater pumping for irrigation. The data collected show that the situation continues to deteriorate. Consequently, seawater is continuing to invade a large part of the aquifer. To better understand the situation and try to forecast its evolution, a three-dimensional (3D) transient density-dependent groundwater model has been developed. The model building process was difficult because of data required on groundwater discharge from thousands of unmonitored private wells. To circumvent that difficulty, indirect exhaustive information including remote sensing data and the physical parameters of the aquifer have been used in a multi-linear regression framework. The resulting 3D model shows that the aquifer is over-exploited. It also shows that after 50 years of exploitation, the time needed to turn back to the natural situation would be about 150 years if the authorities would ban all exploitation now. Such an asymmetry in the time scales required to contaminate or remediate an aquifer is an important characteristic of coastal aquifers that must be taken into account in their management.

Résumé

L’aquifère de Korba est localisé à l’est de la péninsule du Cap Bon en Tunisie. Une large dépression d’eau souterraine a été créée dans la partie centrale de l’aquifère depuis les années 80 à cause d’un pompage intense des eaux souterraines, utilisées pour l’irrigation. Les données collectées montrent que la situation continue à se détériorer. En conséquence, l’eau de mer continue d’envahir une grande partie de l’aquifère. Pour mieux comprendre cette situation et essayer d’estimer l’évolution de l’intrusion, un modèle hydrogéologique tridimensionnel en régime transitoire et à densité variable a été développé. La construction du modèle a été difficile à cause du manque de données sur les pompages à partir de milliers de puits privés non contrôlés. Pour résoudre cette difficulté, l’information exhaustive indirecte incluant les données d'images satellites et les paramètres physiques de l’aquifère a été utilisée dans une analyse de régression multilinéaire. Le résultat du modèle 3D montre que l’aquifère est surexploité. Il indique aussi qu’après 50 ans d’exploitation le temps nécessaire au retour à la situation naturelle serait d’environ 150 ans dans le cas où dans le cas où les autorités interdisent toute exploitation de l’aquifère. Cette asymétrie dans l’échelle de temps nécessaire pour contaminer ou améliorer un aquifère est une importante caractéristique des aquifères côtiers qui doit être prise en compte pour leur gestion.

Resumen

El acuífero Korba está localizado en el este de la península Cape Bon en Túnez. Una gran depresión de aguas subterráneas fue creada en la parte central del acuífero desde los años 1980, debido a un bombeo intenso de aguas subterráneas para la irrigación. Los datos colectados muestran que la situación continúa deteriorándose. Consecuentemente, el agua de mar está continuamente invadiendo una gran parte del acuífero. Para entender mejor la situación y tratar de pronosticar su evolución, se desarrolló un modelo tridimensional (3D) transitorio de aguas subterráneas dependiente de la densidad. El proceso de confección del modelo fue dificultoso debido a que los datos necesarios sobre la descarga de aguas subterráneas provienen de miles de pozos privados no monitoreados. Para salvar esta dificultad, se utilizaron la información exhaustiva indirecta que incluye datos de sensores remotos y los parámetros físicos del acuífero en un marco de regresión multi-lineal. El modelo 3D resultante muestra que el acuífero es sobreexplotado. También muestra que después de 50 años de explotación, el tiempo requerido para retornar a la situación natural sería de alrededor de 150 años si las autoridades prohibieran toda la explotación ahora. Semejante asimetría en las escalas de tiempo requeridas para contaminar o remediar un acuífero constituyen una característica importante de los acuíferos costeros que deberían ser tenidos en cuenta en su manejo.

摘要

Korba含水层位于突尼斯Cape Bon半岛东部。由于1980s以来大量抽取地下水用于灌溉, 在含水层中部已形成大面积的地下水降落漏斗。收集到的资料表明形势仍持续恶化。结果, 海水继续入侵大部分含水层。为了更好地了解状况, 并尝试预测其演化, 建立了一个三维 (3D) 非稳态变密度地下水模型。模型的建立过程很困难, 因为需要从数千口的未作监测的私用井取得所需的地下水排泄量数据。为了解决这些困难, 将各种间接的信息, 包括遥感数据和含水层的物理参数纳入一个多线性回归框架中。三维模拟结果表明含水层处于超采状态。模型还显示, 在开采50后, 如果当局从现在开始全面禁止开采, 要恢复到天然状态也将需要约150年。污染和修复一个含水层的时间尺度如此不对称。这是海岸带含水层的一个重要特征, 在管理当中须作考虑。

Resumo

O aquífero de Korba está localizado na parte leste da península de Cap Bon na Tunísia. Desde 1980 que foi criada uma grande depressão piezométrica na parte central do aquífero, devido a uma intensa exploração de águas subterrâneas para a agricultura. Os dados observados mostram que a situação se continua a deteriorar. Em consequência, a água do mar continua a invadir uma grande parte do aquífero. Para melhor se compreender a situação e tentar prever a sua evolução, foi desenvolvido um modelo 3-D em regime variável em função da densidade. O processo de construção do modelo foi difícil, devido à carência de dados de milhares de furos privados, não monitorizados. Para ultrapassar esta dificuldade, toda a informação indirecta, incluindo detecção remota e parâmetros físicos do aquífero, foi utilizada para um estudo de regressão inversa multi-linear. O modelo 3-D resultante mostra que o aquífero está numa situação de sobre-exploração. Mostra também que, após 50 anos de exploração, o tempo necessário para recuperação e retorno à situação natural seria de 150 anos, mesmo que as autoridades banissem toda a exploração neste mesmo momento. Tal assimetria nas escalas temporais para contaminar o aquífero e para o recuperar constitui uma das características mais importantes dos aquíferos costeiros, a qual deve ser tomada em consideração na sua gestão.