Coastal aquifer recharge and groundwater–seawater exchanges using downscaled GRACE data: case study of the Djeffara plain (Libya–Tunisia)
Julio Gonçalvès, Pierre Séraphin, Thomas Stieglitz, Amine Chekireb, Bruno Hamelin, Pierre Deschamps
Abstract
The Djeffara plain, extending over Tunisia and Libya <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>48</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>000</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mspace width="3.33333pt"/> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">km</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , experiences unsustainable exploitation of groundwater, the severity of which needs to be determined. Here, we used data from Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) and Global Land Data Assimilation System (GLDAS) to assess the groundwater storage variation <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>Δ</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">GWS</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> for the period 2002–2016. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>Δ</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">GWS</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> values, downscaled over a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mtext>°</mml:mtext> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mtext>°</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> grid using pumping wells spatial distribution and rates, were introduced in a discrete set of groundwater and salt budget equations to ascertain the recharge and the coastal fluxes. An average recharge of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mspace width="3.33333pt"/> <mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi> <mml:mo>·</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">yr</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> representing <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> of the domain-averaged annual rainfall was obtained. A saline intrusion of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>147</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>46</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace width="3.33333pt"/> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>·</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">yr</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> was calculated for the Tripoli (Libya) and Djerba (Tunisia) areas, respectively. The overall Submarine Groundwater Discharge (SGD) of freshwater along the 450 km long Djeffara coast represents about <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>339</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace width="3.33333pt"/> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>·</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">yr</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for the 2002–2016 period.