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81
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2012)
© Casa Editrice Università La Sapienza
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2012-01.O-06
G
iuseppe
SAPPA
(*)
&
M
atteo
ROSSI
(*)
(*)
“Sapienza” Università di Roma - Facoltà di Ingegneria, Dipartimento di Idraulica, Trasporti e Strade - Via Eudossiana 18 - 00184 Roma
E-mail: giuseppe.sappa@uniroma1.it - matteo.rossi@uniroma1.it
MODELLAZIONE NUMERICA DELL’EVOLUZIONE DELL’ARTESIANISMO
NEL SISTEMA ACQUIFERO DEL SAHARA SETTENTRIONALE
NUMERICAL MODELING TO ESTIMATE THE ARTESIANISM EVOLUTION
IN NORTH-WESTERN SAHARA AQUIFER SYSTEM
RIASSUNTO
Nel presente lavoro vengono presentati i risultati ottenuti tramite l’ap-
plicazione di un modello numerico di circolazione idrica sotterranea al
bacino artesiano del Sistema Acquifero del Sahara Settentrionale al fine
ottenere delle realistiche simulazioni relative al trend di abbassamento
piezometrico e relativa diminuzione dei fenomeni di artesianismo locale.
L’esperienza effettuata negli ultimi anni nell’ambito di un progetto
di cooperazione intergovernativa ha permesso di utilizzare un recente
modello numerico regionale, elaborato dall’Osservatorio Sahara Sud,
come base per la costruzione di un nuovo modello locale centrato sulla
regione dei Chotts tunisini tramite il quale implementare differenti sce-
nari plausibili di sfruttamento della risorsa idrica sotterranea.
Il modello numerico locale si sviluppa su un’area di circa 30000
Km
2
, comprendente parte del territorio algerino accanto al confine con
la Tunisia e l’intera regione del Chott el Djerid nel sud della Tunisia.
L’attualizzazione del modello regionale servito come base per
la modellazione locale ha richiesto l’utilizzo dei dati raccolti durati
un’apposita campagna di misure svolta nel 2007 e incentrata sul mo-
nitoraggio piezometrico di alcuni pozzi artesiani e sull’esecuzione di
numerose prove di portata.
Le ipotesi fatte sulle possibili evoluzioni dei prelievi nell’area
esaminata ha permesso di definire 16 diversi scenari di sfruttamento
da implementare nel modello locale.
Il risultato delle simulazioni ha mostrato previsioni di trend di abbas-
samento piezometrico variabili tra gli 0,8 e gli 1,2 m/a, con relative scom-
parsa dei fenomeni locali di artesianismo prevista tra il 2015 e il 2035.
P
arole
chiave
: acque sotterranee, artesianismo, regioni aride, modellazione
idrogeologica, Tunisia
INTRODUZIONE
Il Sistema idrico del Sahara Settentrionale (SASS) è un vasto acqui-
fero che interessa l’area desertica del Nord Africa tra l’Algeria e la Libia.
Il volume complessivo immagazzinato nell’acquifero è stimato
in circa 30*10
6
Mm
3
(o
uld
B
aBa
, 2005) , sebbene una larga parte di
esso non sia ancora utilizzato, sia per l’elevata mineralizzazione, sia
perché localizzato al di sotto dei territori sahariani più meridionali del
profondo Erg, inospitali e di difficile accesso.
ABSTRACT
This paper presents the latest results obtained by a numerical
model of the groundwater circulation in the North Western Sahara
Aquifer System (NWSAS). The aim was to obtain some realistic
simulations of the piezometric downward trend and the decrease of
local artesianism.
On the basis of the experience acquired in the last few years
in the framework of an intergovernmental cooperation project, it
was possible to use a recent regional numerical model developed
by the South Sahara Observatory. This model was used to set up a
new local model for the Tunisian Chotts region in order to imple-
ment different plausible scenarios for the exploitation of the under-
ground water resources. The local numerical model covers an area
of about 30000 Km
2
, including part of the Algerian territory close
to the boundary with Tunisia and the whole Chott el Djerid region
in South Tunisia.
Adjusting the regional model for the local modeling study re-
quired using the data gathered during the 2007 ad-hoc survey focused
on the piezometric monitoring of some artesian wells and on several
output measurements.
The assumptions on the possible evolution of withdrawals in this
area allowed for developing16 different exploitation scenarios to be
implemented in the local model.
The simulations showed a piezometric decline ranging between
0.8 and 1.2 m/a and the disappearance of local artesianism between
2015 and 2035 horizon.
K
eywords
: groundwater management, artesianism, arid regions, hydrogeolo-
gical modeling, Tunisia
INTRODUCTION
The North Western Sahara Aquifer System (NWSAS) is a vast aq-
uifer located in the North Africa desert area between Algeria and Libya.
The overall water volume in the aquifer is estimated to amount to
about 30*10
6
Mm
3
(o
uld
B
aBa
, 2005) , although a large part of it has
not yet been exploited, because it is high in mineral content and it is
located under the Southernmost Sahara Erg region which is inhospi-
table and difficult to reach.
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MODELLAZIONE NUMERICA DELL’EVOLUZIONE DELL’ARTESIANISMO NEL SISTEMA ACQUIFERO DEL SAHARA SETTENTRIONALE
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G. S
appa
& M. R
oSSi
This aquifer was identified in the 50’s, but it was first exploited
in the late 80’s when technological development allowed for the
economically drilling of wells and the exploitation of deep under-
water resources. Over the last 15 years, the aquifer has been ex-
ploited at exponential rate due to the growing population in these
Countries and the economic viability of this resource in terms of
access and utilization. In fact, artesianism was some tens of meters
of pressure above the ground level.
As a result, while this aquifer remained in equilibrium up to the
late 80’s, the strategic importance of this resource for the econo-
mies of the Countries, involved especially for important agricul-
tural projects in desert and semi-desert areas, has led to a very rapid
growth in withdrawals. As a consequence, some of its main hydr-
ogeological features are quickly altering and many problems are
rising, like aquifer pressure loss, water salinization, natural oases
disappearance (VV.AA., 2003; B
esBes
et alii, 2004; Z
aMMouri
et
alii, 2007; s
appa
et alii, 2008; d
e
V
ito
et alii, 2009).
Moreover, this resource feeds the natural oases and wells along
the main caravan trails, but also part of the most superficial water
table that is instrumental in keeping the spontaneous vegetation alive
which is natural barrier against the spread of the desert. In this con-
nection, in the last few years, adopting correct planning strategies
for the use of this resource has become a priority on the agenda of
national and supranational organizations, thus providing momentum
for regional and local studies of its hydrogeological evolution. (VV.
AA., 2003; OSS, 2009).
Within the framework of a project of rehabilitation some ar-
tificial date palm oases in the Rjim Maatoug area in Southern
Tunisia (a
Goun
et alii, 2007; s
appa
et alii, 2008; d
e
V
ito
et
alii, 2009), some simulations were conducted on the basis of a
local numerical model of the Complexe Terminal aquifer so as
to develop different scenarios of the evolution of artesianism in
view of further agricultural project to be launched in the next few
years in this region.
GEOLOGY AND HYDROGEOLOGY
A conceptual hydrogeological model of the North Western Sahara
Aquifer System was proposed by the OSS (VV.AA., 2003) to cor-
relate the different aquifer levels present under the vast region across
Algeria, Tunisia and Libya (Tab.1).
As mentioned above, the SASS is a single multi-layer aquifer
running through Upper Cretaceous and Eocene limestones and Mio-
Pliocene sands. It is a set of three overlapping aquifers:
• the Continental Intercalaire (CI);
• the Turonian;
• the Complexe Terminal (CT).
The CI hydrogeological basin is similar to a large circular bowl. It
is bounded by the NE Jurassic formations of the Saharan Atlas and by
the S Senonian formations down to the Libyan territory including the
Per quanto questo acquifero sia stato individuato sin dagli anni
’50, il suo primo sfruttamento risale al finire degli anni ’80 quando
lo sviluppo tecnologico ha reso economicamente accessibile la perfo-
razione di pozzi profondi anche per lo sfruttamento di risorse idriche
sotterranee. Nel corso dell’ultimo quindicennio lo sfruttamento ha
subito un incremento esponenziale per la crescente pressione demo-
grafica dei Paesi interessati e grazie alla economicità di accesso e di
utilizzo della risorsa, che si presentava con un artesianismo di alcune
decine di metri di pressione sopra il piano di campagna.
Se quindi fino agli anni ’80 questo acquifero è rimasto in sostan-
ziale equilibrio, l’importanza strategica che questa risorsa riveste
nelle economie dei paesi interessati, soprattutto per lo sviluppo di
importanti progetti agricoli in aree desertiche e semidesertiche, ha
determinato una velocissima crescita dei prelievi che ne sta compro-
mettendo alcune delle principali caratteristiche, prima tra tutte l’ar-
tesianismo stesso (VV.AA., 2003; B
esBes
et alii, 2004; Z
aMMouri
et
alii, 2007; s
appa
et alii, 2008; d
e
V
ito
et alii, 2009).
Non va peraltro dimenticato che questa risorsa garantisce l’ali-
mentazione idrica delle oasi naturali e dei pozzi lungo le principali
piste carovaniere, ma anche la parziale alimentazione di più estese
falde superficiali che garantiscono la vita alla vegetazione spontanea
rappresentante la naturale difesa all’avanzare del deserto.
In questo senso, negli ultimi anni il problema dell’impostazione di
corrette strategie di pianificazione dell’utilizzo di questa risorsa si è im-
posto con forza all’attenzione degli organismi nazionali e sovranazionali
determinando un forte impulso a studi regionali e locali dell’evoluzione
idrogeologica di questo sistema acquifero (VV.AA., 2003; OSS, 2009).
Nell’ambito di un progetto per la riabilitazione di alcune oasi artificiali
di palme da dattero nella zona di Rjim Maatoug, nella Tunisia meridionale
(a
Goun
et alii, 2007; s
appa
et alii, 2008; d
e
V
ito
et alii, 2009), sono state
realizzate alcune simulazioni su un modello numerico locale dell’acquife-
ro del Complexe Terminal, al fine di delineare differenti scenari di evolu-
zione dell’artesianismo in funzione della realizzazione di ulteriori progetti
di sviluppo agricolo previsti per i prossimi anni nella regione di studio.
GEOLOGIA ED IDROGEOLOGIA
Uno schema idraulico concettuale del Sistema Acquifero del Sa-
hara Settentrionale è stato proposto dall’OSS (VV.AA., 2003) al fine
di correlare i differenti livelli acquiferi presenti al di sotto del vasto
territorio comprendente Algeria, Tunisia e Libia (Tab.1).
Raggruppando per quanto detto all’interno di un unico sistema
acquifero multistrato le falde dei Calcari del Cretacico Superiore,
quelli dell’Eocene e le sabbie del Mio-Pliocene, il SASS si presenta
come insieme di 3 acquiferi sovrapposti:
• Il Continental Intercalaire;
• La falda del Turoniano;
• La falda del Complexe Terminal.
Il bacino idrogeologico del CI, in una sorta di esteso catino circo-
lare, è perimetralmente delimitato a NE dalle formazioni Giurassiche
dell’Atlas Sahariano per poi piegare a S nelle formazioni del Senoniano
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ed estendersi fin dentro al territorio libico interessando l’intero altopia-
no del Tarabulus (Tripolitania) interessato dagli affioramenti dell’Eoce-
ne e Paleocene. Sul lato meridionale, il CI si dispone direttamente al di
sopra dei depositi marini paleozoici del complesso basale continentale,
che affiorano in più parti, innalzandosi in direzione S verso l’Hoggar.
L’acquifero CI è racchiuso, analogamente per quanto avviene per
i depositi di combustibili fossili, tra le pieghe Erciniane del Carboni-
fero-Permiano dove sono andate sedimentando le formazioni conti-
nentali di arenarie del Cretaceo inferiore (PNUD, 1983; s
ieGfried
et
alii, 2002; o
uld
B
aBa
, 2005).
L’acquifero del CT algero-tunisino comprende invece più acqui-
feri di natura geologica differente in continuità idraulica tra loro. Ad
eccezione della zona dei Chotts, vi sono in tutto il bacino del CT nu-
merosi riscontri di interconnessioni tra le formazioni del Senoniano,
Eocene e Mio-Pliocene tanto da giustificare l’utilizzo di una stessa
denominazione per l’acquifero multistrato del CT (B
el
et alii, 1969;
B
esBes
et alii, 2004; VV.AA., 2003; o
uld
B
aBa
, 2005).
L’area investigata dalla modellazione numerica è situata in pros-
simità del Chott El Djerid, nella Tunisia meridionale e include le re-
gioni della Nefzaoua e del Djerid (Fig.1).
La maggior parte dei prelevi locali interessa l’acquifero del Com-
plexe Terminal, confinato nei Calcari del tardo Senoniano nella zona
del Djerid e nei sovrastanti livelli sabbiosi mano a mano che ci si
sposta verso l’area di Rjim Maatoug e il confine algerino.
Le caratteristiche idrogeologiche del CT determinano nella zona un
artesianismo significativo con pressioni comprese tra i 200 e i 300 KPa
negli anni ’90 e portate artesiane che, nell’area delle oasi di Rjim Maa-
toug, raggiungevano i 100-150 l/s (a
Goun
, 2005; a
Goun
et alii, 2007).
Tarabulus (Tripolitania) plateau with outcrops from the Eocene and
Paleocene. In the South, the CI is directly above the Paleozoic marine
deposits of the basal continental complex that crop up in many areas
and rise towards the South and the Hoggar.
Similarly to the deposits of fossil fuels, the CI aquifer is located
inside the Carboniferous-Permian Ercinian folds where the Lower
Cretaceous continental sand formations have built up. (PNUD, 1983;
s
ieGfried
et alii, 2002; o
uld
B
aBa
, 2005).
Instead, the Algerian-Tunisian CT system consists of several
hydraulically connected aquifers with a different geological nature.
Except for the Chotts area, there are several interconnections be-
tween the Senonian, Eocene and Mio-Pliocene formations in the
whole CT basin, and this explains the use of the same name for
the multi-layer CT aquifer. (B
el
et alii, 1969; B
esBes
et alii, 2004;
VV.AA., 2003; o
uld
B
aBa
, 2005).
The numerical model study area is located near Chott El Djerid
in Southern Tunisia and it includes the Nefzaoua and el del Djerid
area (Fig.1).
Most local withdrawals occur in the CT aquifer confined in the
late Senonian limestones in the Djerid area and in the towering above
sandy layers of the Rjim Maatoug area, near the Algerian boundary.
The CT hydrogeological characteristics produced a significant ar-
tesianism in the area, with pressures ranging from 200 and 300 KPa
in the 90’s and an artesian output of 100-150 l/s in the Rjim Maatoug
oases. (a
Goun
, 2005; a
Goun
et alii, 2007).
Tab. 1 - Schema idrogeologico del SASS
(Fonte: modificato da OSS, 2003)
- The SASS hydrogeological system
(Source: VV.AA., 2003 modified)
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MODELLAZIONI NUMERICHE PREESISTENTI
Il SASS è stato fatto oggetto di numerosi studi di modellazione
numerica a cominciare da quello condotto nel 1972 nell’ambito del
progetto UNESCO “ERESS” (Etude des Ressources en Eau du Saha-
ra Septentrional) con passo di discretizzazione di 15 Km.
Questo primo modello numerico, attualizzato dieci anni dopo con
i prelievi registrati nel decennio 1971-1981, è servito da base per la
costruzione di un sottomodello per la zona Nefazoua-Djerid, con pas-
so di 1,875 Km, elaborato dalla Scuola di Ingegneria dell’Università
di Tunisi nel 1984 (Armines-ENIT, 1984).
Su questo sottomodello sono state implementati gli scenari di svi-
luppo agricolo di tutta la zona del sud tunisino, ivi compreso il progetto
di realizzazione delle oasi di Rjim Maatoug, da attuarsi in due tranches,
per raggiungere un prelievo complessivo di 2000 l/s entro il 2010.
Le simulazioni effettuate illustravano al 2010 uno scenario con
artesianismo residuo in tutta la zona del progetto di Rjim Maatoug e
totale assenza di rischi di contaminazione delle acque sotterranee da
parte delle acque salmastre superficiali.
Sotto l’impulso della Direzione Generale delle Risorse Idriche
del Ministero dell’Agricoltura (DGRE), nel 1997 sono state fatte
girare nuove simulazioni per analizzare l’impatto locale dei prelievi
della II tranche di Rjim Maatoug alla luce della progressione tempo-
rale effettiva del progetto, dei prelievi censiti nel frattempo e della
piezometria misurata attraverso le reti di monitoraggio disponibili.
I risultati delle simulazioni, forniti in termini di abbassamenti pie-
zometrici attesi nel periodo 1995-2010, prevedevano valori compresi
tra i 2-3 metri per la zona del Djerid, ove il CT è costituito dalle for-
mazioni di calcare detritico altamente permeabili, fino ad un massimo
di 6-7 metri per la zona di passaggio alle Sabbie Mioceniche situate
in corrispondenza delle oasi di Rjim Maatoug.
PRE-EXISTING NUMERICAL MODELS
The NWSAS was extensively studied with numerical models,
starting from the survey conducted in 1972 within the UNESCO “ER-
ESS” (Etude des Ressources en Eau du Sahara Septentrional) project
with a discretization step of 15 Km.
This first numerical model - adjusted ten years later with the
1971-1981 withdrawals - was used to develop a submodel for Ne-
fazoua-Djerid, with a 1,875 Km step, developed by the Engineering
School of the Tunis University, in 1984. (Armines-ENIT, 1984).
This submodel was used to implement the agricultural devel-
opment scenarios of the whole South Tunisian area, including the
project to create the Rjim Maatoug oases, with an overall withdrawal
of 2000 l/s by 2010.
The simulations conducted showed a 2010 scenario with residual
artesianism in the whole Rjim Maatoug area, without any risk of con-
tamination of the underground water from superficial brackish water.
By the support of the General Direction of Water Resources
of the Ministry of Agriculture (DGRE), new simulations were
conducted in 1997 to analyze the local impact of withdrawals of
the II stage in the Rjim Maatoug area, in the light of the actual
time progression of the project, of the withdrawals monitored in
the meantime and of the piezometric levels measured through the
available monitoring networks.
The simulation results of the expected 1995-2010 piezometric
levels showed a decline by 2-3 meters for the Djerid area, where the
CT aquifer consists of highly permeable limestone debris formations,
down by a maximum of 6-7 meters for the Miocene Sand area near
the Rjim Maatoug oases.
Finally in 2002, under the aegis of the OSS (Observatoire du Sa-
hel et du Sahara), a numerical model of the whole North Western Sa-
Fig. 1 - Limiti dell’area di studio
- Investigated region boundaries
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Nel 2002 infine, sotto l’egida dell’OSS (Observatoire du Sahel et du
Sahara), è stato approntato un modello numerico dell’intero SASS tra-
mite codice MODFLOW, comprendente i due acquiferi del CT e del CI,
sulla sua intera estensione, comprendente Tunisia, Algeria e Libia (OSS,
2003). Lo studio, pur confermando i risultati delle simulazioni DGRE del
1997, ha dato la possibilità di implementare la modellazione numerica su
piattaforme informatiche più potenti ed aggiornate delle precedenti fattue
di mettere a punto lo strumento ufficiale sul quale implementare scenari
di sviluppo regionali e locali per la gestione della risorsa trasnfrontaliera.
Il modello si estende su una superficie complessiva di 2.580.000
Km
2
, discretizzati attraverso una griglia con un passo di 12,5 Km
suddivisa in 11 differenti layers secondo il modello idrogeologico
concettuale rappresentato in Tab. 1.
La durata adottata per la simulazione è pari a 50 anni, assunto
come stato iniziale di riferimento l’anno 2000.
Sul modello sono stati poi calati differenti scenari previsionali
per i prelievi dei tre paesi riassumibili secondo lo schema seguente:
• Scenario zero: Prelievi “congelati” all’anno 2000;
• Scenario Forte: Prelievi aumentati progressivamente in Algeria per
complessivi 101 m
3
/s e in Libia per 90 Mm
3
/a sulla base dei program-
mi di sviluppo previsti dai due paesi; in Tunisia, si è adottata l’ipotesi
secondo la quale il risparmio idrico conseguente alla messa in opera di
strategia di miglioramento dell’efficienza irrigua compensa l’eventua-
le nuova domanda connessa alla realizzazione di nuove oasi artificiali;
• Scenario Debole: Scenario “zero” per la Tunisia e prelievi au-
mentati solo parzialmente per Algeria (62 m
3
/s) e Libia.
In dipendenza dello scenario implementato, all’orizzonte 2050 gli
abbassamenti piezometrici previsti in Algeria per i diversi acquiferi
sono compresi tra i 40 m per lo Scenario Zero e i 300 m per lo Scena-
rio Forte mentre in Libia, nel caso peggiore, questi sono contenuti nei
50 m; in Tunisia, sempre al 2050, gli abbassamenti previsti, dell’or-
dine dei 200 m, provocano la scomparsa pressoché completa del fe-
nomeno dell’artesianismo in tutto l’area della Nefzaoua e del Djerid
ed una parziale rialimentazione dei livelli acquiferi più superficiali da
parte dei laghi salati di superficie (Chotts).
IL MODELLO NDRM
Nell’ambito degli studi idrogeologici condotti per il progetto
MAE di Riabilitazione delle Oasi di Palme da Dattero di Rjim Maa-
toug è stata avviata l’attività di modellazione numerica locale dell’ac-
quifero del CT al fine di implementare nuovi scenari di sviluppo e va-
lutare l’impatto della conclusione del progetto sul sistema acquifero
nel suo complesso (a
Goun
et alii, 2007).
L’attività si è articolata secondo tre differenti fasi:
• Prima fase: attualizzazione del Modello SASS, limitatamente alla
porzione tunisina del sistema acquifero, attraverso l’implementa-
zione dei prelievi censiti nell’orizzonte 2000-2006 e la calibrazio-
ne con i livelli piezometrici registrati nella regione attraverso la
rete di monitoraggio esistente;
• Seconda fase: costruzione e validazione di un nuovo modello di
hara Aquifer System was developed through the MODFLOW code,
including the whole CT and CI aquifers in the region across Tunisia,
Algeria and Libya (OSS, 2003). The study confirmed the results of
the DGRE simulations of 1997 and allowed for implementing the nu-
merical model on more powerful and updated IT platforms, with the
aim to refine the official tool for the regional and local development
scenarios to manage this transboundary water resource.
The model covers an area of 2,580,000 Km
2
, with a discretization
step of a 12.5 Km subdivided into 11 different layers according to the
conceptual hydrogeological model presented in Table 1.
The simulation period is 50 years, starting from the year 2000.
Then different scenarios developed on the model for the with-
drawals of the three countries can be summarized as follows:
• “Zero Scenario”: withdrawals “frozen” at the year 2000;
• Strong Scenario: progressive increase in withdrawals in Algeria
up to 101 m
3
/s and in Libya up to 90 Mm
3
/a in view of the de-
velopment programs planned by the two Countries; in Tunisia,
according to the assumption adopted, the water saved due to the
strategies to improve the irrigation efficiency compensates for the
new demand for additional artificial oases,
• Weak Scenario: “Zero” Scenario for Tunisia and partial increase
in withdrawals in Algeria (62 m
3
/s) and Libya.
According to the scenario implemented, by 2050, the piezo-
metric levels in Algeria in the different aquifers are expected to go
down by 40 m for the Zero Scenario and by 300 m for the Strong
scenario; while in Libya, they are expected to drop by 50 m, in the
worst case; in Tunisia, always by 2050, the expected drop in these
levels by about 200 m will lead to the almost complete disappear-
ance of artesianism in the whole Nefzaoua and Djerid area and a
partial contamination of the more superficial levels by the water
from superficial brackish lakes (Chotts).
THE NDRM MODEL
Within the framework of the hydrogeological studies conducted
within the framework of the MAE project for the Rehabilitation of the
Rjim Maatoug Date Palm Oases, a local numerical modeling study
was launched for the CT aquifer so as to implement new development
scenarios and evaluate the impact of the project on the whole aquifer
system. (a
Goun
et alii, 2007).
This activity was subdivided into three different phases:
• First phase: adjustment of the NWSAS model only for the
Tunisian part of the aquifer, by implementing the withdrawals
recorded between 2000-2006 and by weighing the piezome-
tric levels measured in the region through the existing moni-
toring network;
• Second phase: set up and validation of a new detailed model of
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dettaglio nella regione della Nefzaoua, del Djerid e di Rjim Maa-
toug (Modello NDRM) come sottomodello del SASS aggiornato
per esprimere i risultati della modellazione su scala locale;
• Terza fase: implementazione di differenti scenari previsionali
sui modelli di grande scala (SASS) e piccola scala (NDRM) per
verificare effetti locali e regionali sull’acquifero del Complexe
Terminal dei progetti di sviluppo agricolo regionale tunisino con
particolar riferimento a quello di Rjim Maatoug.
Le simulazioni di scenario sono state effettuate sul periodo 2007-
2050, inizialmente sul modello SASS per stimare gli effetti regionali
dei prelievi e successivamente trasferite sul modello NDRM per affi-
nare i risultati ed ottenere un’interpretazione di dettaglio dell’evolu-
zione dell’artesianismo nella zona di studio.
Durante la fase di calibrazione ed attualizzazione del modello,
nell’ottica di affinare i risultati nella regione di interesse del sottomo-
dello NDRM corrispondente, come detto, alla zona della Nefzaoua,
del Djerid e di Rjim Maatoug, è stata utilizzata come riferimento la
piezometria registrata nella rete di monitoraggio al 2000; gli scosta-
menti iniziali in questa regione, forniti dal modello SASS 2000 ori-
ginale, si attestavano su valori prossimi in media ai 5 metri (Fig.2a).
Tali valori, del tutto accettabili alla scala di modello SASS, sono
stati considerati non appropriati per la simulazione locale di picco-
la scala e pertanto è stato necessario apportare delle modifiche nelle
condizioni imposte nel modello originale per meglio approssimare la
situazione reale presentatasi nel 2000 nella regione NDRM.
Al fine di non compromettere il modello nella sua interezza, si è
scelto di agire esclusivamente sul regime transitorio dello stesso evi-
tando di modificare i valori di conducibilità idraulica che avrebbero in-
fluenzato gli scambi tra i diversi livelli acquiferi del SASS e le portate in
uscita dal modello: tramite piccole modifiche locali, per approssimazio-
ni successive, della distribuzione del coefficiente di immagazzinamento
(Fig.2b), si è arrivati a scarti medi, tra i valori simulati e quelli registrati
al 2000, interamente compresi al di sotto di 1,5 metri, valore considerato
soddisfacente per il grado di dettaglio del modello locale (Fig.2c).
Relativamente all’aggiornamento dei prelievi censiti al 2006,
questo ha riguardato esclusivamente le porzioni di territorio incluse
nel dominio del sottomodello NDRM, ovverosia le regioni della Ne-
fzaoua, del Djerid e di Rjim Maatoug; i prelievi “esterni” utilizzati
per le simulazioni sono invece stati assunti pari a quelli previsti nel
modello SASS per le simulazioni di Scenario 0.
In Tab.2 e Fig.3 vengono riportati il numero dei pozzi e le relative
portate estratte suddivisi per settori, così come censiti nell’annuario
ufficiale dei prelievi sotterranei elaborato dalle autorità competenti
tunisine (DGRE, 2006).
the Djerid and Rjim Maatoug areas (NDRM Model) as a NWSAS
submodel updated to express the results of the local modeling;
• Third phase: implementation of different scenarios on large scale
NWSAS model and small scale NDRM model to verify the local
and regional effects on the CT of the Tunisian regional agricultu-
ral development projects, in particular the Rjim Maatoug one.
The scenario simulations were conducted for the period 2007-
2050, initially on the SASS model to assess the regional impact of the
withdrawals and later on the NDRM model, to refine the results and
trace the detailed evolution of artesianism in the area investigated.
During the calibration phase, in order to refine the results in the
NDRM submodel region, that is the Nefzaoua, Djerid and Rjim Maa-
toug area, the piezometric levels obtained during the 2000 survey
were used as reference parameters; the initial differences found in this
region on the basis of the original 2000 NWSAS model, amounted to
5 meters on average (Fig.2a).
These values - that were acceptable at NWSAS scale - were con-
sidered inadequate for the small scale local simulations. Therefore it
was necessary to make some changes to the conditions imposed in the
original model to better represent the real situation which occurred in
the year 2000 in the NDRM region.
In order to avoid a negative impact on the whole model, the deci-
sion was made to exclusively consider the transitory condition, with-
out changing the hydraulic conductivity values which would have im-
paired the exchanges across the NWSAS layers and the output of the
model: by means of slight local changes, by subsequent approxima-
tions of the storage coefficient distribution, (Fig.2b), the differences
obtained between the simulated data and the 2000 data were below
Fig. 2a - Scarti di livello sui punti di osservazione prima della calibrazione
- Level differences at test points before calibration
Fig. 2b - Adattamento della distribuzione del coefficiente di immagazzinamento
- Storage coefficient distribution adjustment
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Allo stesso tempo si è proceduto con l’archiviare i dati relativi
all’evoluzione piezometrica 2000-2006 sulla base delle registrazioni
della rete di monitoraggio esistente al fine della validazione e calibra-
zione del modello regionale SASS nella zona di studio.
E’ il caso di ricordare in questa sede che il modello SASS
originale possiede una struttura multilayers della quale l’acqui-
fero del Complexe Terminal, oggetto dello studio in questione,
costituisce lo strato più superficiale; con riferimento allo schema
idrogeologico presentato precedentemente, le sottostanti forma-
zioni acquifere non vengono interessate dall’aggiornamento del
modello e pertanto, le considerazioni effettuate sui prelevi e gli
abbassamenti piezometrici riguardano esclusivamente l’acquifero
del Complexe Terminal.
Quanto alle condizioni ai limiti, si è fatto ricorso sostanzialmente
a condizioni di Dirichlet (potenziale imposto) e Cauchy (miste) se-
condo il seguente schema:
• limiti a potenziale imposto in corrispondenza delle zone di bordo
del CT che sono stati utilizzati per determinare i flussi di alimen-
tazione sotterranea supposti costanti;
• condizioni di tipo “Drain” per rappresentare le sorgenti artesia-
ne naturali (oasi) ancora presenti, in numero assai limitato, nelle
zone del Djerid e della Nefzaoua;
• condizioni di tipo “Drain” in corrispondenza dei Chotts (laghi sa-
lati): queste sono state scelte, in luogo delle condizioni di poten-
ziale imposto, per evitare una rialimentazione forzosa della falda
da parte dei Chotts superficiali che avrebbe avuto il risultato di
sottostimare notevolmente gli abbassamenti artesiani registrati.
In Tab.3 sono riportati gli scarti tra i valori simulati e quelli regi-
1.5 meters, which was considered adequate for the level of detail of
the local model. (Fig.2c).
The 2006 withdrawals were updated only for the areas included
in the NDRM submodel; on the contrary, the “external” withdrawals
used for the simulations were assumed to be very close the ones an-
ticipated by the NWSAS model for the 0 Scenario simulations.
Tab.2 and Fig.3 report the number of wells and their relative dis-
charges according to their location, as they are registered in the of-
ficial directory of the annual underground withdrawals created by the
competent Tunisian authorities. (DGRE, 2006).
At the same time, the data on the 2000-2006 piezometric evolu-
tion was stored on the basis of the recordings of the existing moni-
toring network in order to validate and weigh the NWSAS regional
model in the study area.
It is worth recalling that the original NWSAS model had a multilayer
structure and the Complexe Terminal aquifer investigated in this study is
the most superficial layer; as to the hydrogeological configuration present-
ed before, the underlying aquifers are not included in the updated model.
Therefore, the considerations on withdrawals and on piezometric down-
ward trends are exclusively related to the Compexe Terminal aquifer.
As to boundary conditions, the model is based on the Dirichlet
(imposed) and Cauchy (mixed) conditions, according to the follow-
ing approach:
• Imposed potential boundaries near the CT edges, used to determi-
ne the supposed constant groundwater inflows;
• “Drain” type conditions for the natural artesian sources (oases) that
still exist in very small numbers, in the Djerid and Nefzaoua areas;
• “Drain” type conditions for the Chotts (brackish lakes): the-
Fig. 2c - Scarti di livello sui punti di osservazione dopo la calibrazione
- Level differences at test points after calibration
Fig. 3 - Distribuzione dei prelievi nell’area NDRM
- Withdrawal location in NDRM area
Tab. 2 - Prelevi nell’area del modello
NDRM (a
Goun
et alii, 2007)
- Withdrawal amounts in NDRM
area (a
goun
et alii, 2007)
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strati per i pozzi appartenenti alla rete di monitoraggio locale alla fine
dell’aggiornamento del modello SASS all’orizzonte 2006.
Per la costruzione del sottomodello NDRM si è sfruttata la possibilità
offerta dal software utilizzato PMWIN (Chiang et alii, 2001) di trasferi-
mento automatico di tutti i parametri del modello regionale a quello locale
costruito affinando le maglie del modello SASS nella regione di interesse.
La delimitazione spaziale del sottomodello è riportata in Fig.4
e copre una superficie di circa 30000 Km
2
attraverso una griglia di
discretizzazione regolare con passo pari ad ¼ di quello del modello
SASS2000 per un totale di 68*44 (=2992) celle.
Sul sottomodello sono state riprodotte le simulazioni già effettua-
te per la calibrazione del SASS nel periodo 2000-2006 ridistribuendo
i prelievi sulle nuove maglie e ottenendo pertanto risultati più affinati
a livello locale in termini livelli, abbassamenti e portate di falda.
Se la rappresentazione delle curve piezometriche non evidenzia,
come auspicato, significative differenze tra i risultati delle due simula-
zioni (Fig.5), gli abbassamenti stimati dal NDRM sembrano adattarsi
meglio alla distribuzione e alla concentrazione dei prelievi censiti.
A supporto dell’affidabilità dei risultati della modellazione, si
riportano in Fig.6 gli andamenti degli abbassamenti simulati in al-
cuni punti di osservazione confrontati con quelli registrati nelle
campagne di monitoraggio.
SCENARI IMPLEMENTATI
Il fine ultimo della costruzione dell’attività di modellazione im-
plementata è quello di fornire le probabili evoluzioni dell’artesiani-
smo residuo dell’acquifero del CT in funzione di differenti scenari
concernenti i prelievi insistenti sull’area di studio.
Questi sono stati accorpati con criteri geografici secondo il se-
guente schema:
- prelievi direttamente insistenti sull’area delle oasi di Rjim Maa-
toug;
se conditions were preferred to the imposed potential ones to
avoid a forced recharge of the water table by the superficial
water from the Chotts. This would have significantly underesti-
mated the artesian decline.
Tab.3 reports the differences between the data simulated and the
data recorded for the wells of the local monitoring network after ad-
justing the NWSAS model up to 2006.
In order to build the NDRM submodel, the PMWIN software pro-
gram (Chiang et alii, 2001) was used to automatically transfer all the
parameters of the regional model to the local one, built by refining the
NWSAS model grid in this region.
Fig. 4 illustrates the spatial dimension of the submodel, which
covers an area of about 30000 Km
2
with a regular discretization grid
and a step equal to ¼ with respect of the 2000 NWSAS model for a
total of 68*44 (=2992) cells.
The simulations already conducted for weighing the 2000-2006
NWSAS model were reproduced on the submodel, by redistributing
withdrawals onto new grids, thus obtaining more refined local results
in terms of levels, drawdowns and water table output.
While the piezometric curves do not show the expected signifi-
cant differences in the results between the two simulations (Fig.5), the
drawdowns estimated by the NDRM model seem to be better adjusted
to the distribution and identification of the withdrawals identified.
Fig.6 reports the drawdowns simulated in some observation
points with respect to the ones of the monitoring surveys in order to
support the reliability of the modeling data.
IMPLEMENTED SCENARIOS
The final aim of the implemented modeling activity was to pro-
vide the possible evolution of residual artesianism of the CT aquifer
according to the different scenarios on withdrawals in the area.
These scenarios were pooled together with geographical criteria
according to the following approach:
- Water consumption in the Rjim Maatoug oasis area;
- Water consumption in the Nefzaoua region (Kebili, East of Chott
Djerid);
Tab. 3 - Abbassamenti 2000-2006 [m]
- Drawdown 2000-2006 [m]
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- prelievi nella regione della Nefzaoua (zona di Kebili, ad Est del
Chott Djerid);
- prelievi nella regione del Djerid (zona di Tozeur, a Nord del Chott
Djerid);
- prelievi in regioni limitrofe (zona algerina prossima al confine
con la Tunisia).
Per ciascuna di queste tipologie, sono state in linea generale indi-
viduate due ipotesi: una più debole, di mantenimento dei prelievi alla
situazione 2006, ed una più gravosa, che tenesse conto degli scenari
di sviluppo, per lo più agricolo, delle regioni interessate.
Ciascuna simulazione è stata fatta girare inizialmente sul modello
regionale SASS per determinare il quadro regionale e le condizio-
ni ai limiti nel transitorio per il sottomodello e successivamente su
quest’ultimo per l’affinamento dei risultati.
Relativamente alla zona di Rjim Maatoug, i due scenari indivi-
duati possono essere brevemente descritti come segue:
• Scenario RM1: il numero dei pozzi esistenti al 2006 rimane co-
stante per un prelievo complessivo di 1597 l/s;
• Scenario RM2: realizzazione di una seconda tranche di oasi con un
prelievo annesso che porta l’emungimento a complessivi 2000 l/s.
Per le zone del Djerid e della Nefzaoua:
• Scenario T0: prelievi nella zona di Tozeur fermi al 2006 per com-
plessivi 4,2 m
3
/s;
• Scenario T1: aumento dei prelievi al 2012 fino a 4,5 m
3
/s secondo gli
scenari di sviluppo agricolo previsti effettivamente per la regione;
• Scenario K0:prelievi nella zona di Kebili fermi al 2006;
• Scenario K1: creazione di 3 nuove oasi previste nella regione per
- Water consumption in Djerid area (Tozeur, North of Chott Djerid);
- Water consumption in neighbouring areas (Algerian area close to
the border with Tunisia).
For each type, two assumptions were formulated: a weaker one
with withdrawals unchanged vs. 2006 and a stronger one with (main-
ly agricultural) development scenarios in the regions at issue.
Each simulation was initially run on the NWSAS regional model
to determine the regional situation and the transitory boundary condi-
tions for the submodel and ultimately on the NDRM model to refine
the results.
In the Rjim Maatoug area, two scenarios were identified:
• RM1 scenario: the number of existing wells in 2006 does not
change with an overall consumption of 1597 l/s;
• RM2 scenario: development of another series of oases with a wi-
thdrawal up to 2000 l/s.
for the Djerid and Nefzaoua areas:
• T0 scenario: the amount of water drawn in the Tozeur area re-
mains at 4.2 m
3
/s as it was in 2006;
• T1 Scenario: increase in the amount of water drawn up to 2012
for a total of 4.5 m
3
/s according to the agricultural development
scenarios envisaged in this region;
• K0 Scenario: the water consumption in the Kebili area does not
change with respect to 2006;
• K1 Scenario: creation of three new oases in the region with a
Fig. 4 - Raffinamento telescopico della griglia per il modello NDRM
- NDRM model grid refinement
Fig. 5 - Abbassamenti simulati dal NDRM e distribuzione dei prelievi
- Drawdown simulated by NDRM model and withdrawal distribution
Fig. 6 - Evoluzione degli abbassamenti 2000-2006 in tre punti di
osservazione
- Drawdown evolution 2000-2006 in 3 test points
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complessivi 1,5 m
3
/s addizionati progressivamente fino all’oriz-
zonte 2030.
Infine, per i prelievi algerini, i due scenari individuati sono i seguenti:
• Scenario S0: viene ripreso lo Scenario 0 del SASS2000, con i
prelievi congelati al 2000;
• Scenario S1: viene ripreso lo Scenario “Forte” del SASS2000.
A partire dalle ipotesi formulate, in Tab.4 vengono presentati gli 8
scenari possibili derivati come combinazione di quelli relativi ai pre-
lievi per parte tunisina (Rjim Maatoug, Kebili e Tozeur) con i prelievi
corrispondenti nel periodo di simulazione 2007-2050.
Combinati con le due ipotesi per i prelievi algerini, S0 ed S1,
risultano in totale 16 differenti scenari da implementare nelle opera-
zioni di modellazione.
Come noto, alla base del codice MODFLOW usato per la model-
lazione, vi è l’equazione generale di flusso in mezzo poroso saturo,
qui di seguito riportata, con evidente significato dei termini:
Risultando essa lineare, risulta possibile applicare il principio di
sovrapposizione degli effetti che, a somme linee, enuncia come, date
due soluzioni praticolari h1 ed h2 dell’equazione, una generica com-
binazione lineare a coefficienti costanti delle stesse risulta anch’essa
soluzione dell’equazione.
Questa considerazione permette pertanto di ridurre i 16 scenari
individuati a 5 scenari base, i cui risultati, in termini di potenziali e
abbassamenti, possono essere combinati in maniera additiva per otte-
nere le soluzioni desiderate per qualunque scenario si desideri.
In questo senso, gli scenari base utilizzati per le simulazioni sono
stati i seguenti:
RISULTATI E DISCUSSIONE
I risultati delle simulazioni effettuate, congiuntamente ai campi
di potenziale ricavati per sovrapposizione degli effetti degli scenari
base, vengono in questa sede presentati in termini di livelli piezome-
trici e di abbassamenti.
Particolare attenzione viene posta all’evoluzione del fenomeno
dell’artesianismo nell’area delle oasi di Rjim Maatoug al fine di va-
lutare l’orizzonte temporale oltre il quale si renderà necessaria l’ado-
zione diffusa di tecniche di emungimento meccanico, con conseguen-
ti ricadute in termini di costi e sostenibilità dei prelievi.
progressive increase up to 1.5 m
3
/s by 2030.
Finally, Algeria has the following scenarios:
• S0 Scenario: in line with the SASS2000 0 Scenario, with no chan-
ge with respect to the year 2000;
• S1 Scenario: in line with the “Severe” Scenario of the
SASS2000 model.
Starting from these hypotheses, Tab 4 reports the 8 possible
scenarios derived from a combination of those related to Tunisian
withdrawals (Rjim Maatoug, Kebili and Tozeur) for the 2007-2050
simulation period.
When combined to the two assumptions for the Algerian with-
drawals, S0 and S1, there are 16 different scenarios to be implement-
ed in the numerical modeling.
As well known, the MODFLOW code used for modeling is based
on the general flow equation in a saturated porous medium as re-
ported below, with a clear meaning of the terms:
Being a linear equation, it is possible to apply the principle of the
superimposition of the effects which states that given two particular
solutions h1 and h2, a generic linear combination with constant coef-
ficients is also a solution of the equation.
This consideration makes it possible to reduce the 16 scenarios
identified to 5 basic scenarios, whose results can be additionally com-
bined in terms of potentials and drawdowns in order to obtain the
desired solutions for any scenario.
In this connection, the basic scenarios used for the simulations
are as follows:
RESULTS AND DISCUSSION
The results of the simulations conducted together with the po-
tential fields obtained from the superimposition of the effects of the
baseline scenario are presented here in terms of piezometric levels
and drawdowns.
Particular attention was attached to the evolution of artesianism
in the Rjim Maatoug oasis area in order to evaluate when it will be
necessary to extensively adopt mechanical pumping techniques with
increasing costs and problems in terms of sustainable withdrawals.
Tab. 4 - Ipotesi di prelievi per i differenti scenari
- Withdrawal evolution for the different scenarios
a) RM1K0T0S0; b) RM2K0T0S0; c) RM2K1T0S0; d) RM2K0T1S0; e) RM2K0T0S1
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RESULTS IN TERMS OF PIEZOMETRIC LOWERING
Fig.7 reports the distribution of isopiezometric curves for the
5 baseline scenarios up to 2050; as already explained, by adding
the simulated drawdown, it was possible to obtain the results for
each hypothetical scenario.
Tab.5 reports the drawdowns calculated up to 2050 near some
wells in the monitored areas for:
RISULTATI IN TERMINI DI ABBASSAMENTI
La Fig.7 riporta la distribuzione delle curve isopiezometriche per
i 5 scenari base all’orizzonte 2050; come già spiegato, sommando op-
portunamente gli abbassamenti simulati, sono stati ottenuti i risultati
rappresentativi di ogni ipotetico scenario previsto.
In Tab.5 vengono riportati, in corrispondenza di alcuni pozzi di-
stribuiti nella regione appartenenti alla rete di monitoraggio, gli ab-
bassamenti calcolati al 2050 per:
Fig. 7 - Abbassamenti stimati dal modello NDRM al 2050
- Drawdown estimated by NDRM model at 2050
Tab. 5 - Abbassamenti stimati per le differenti simulazioni in corrispondenza dei principali pozzi artesiani della zona
- Drawdown estimated for the different simulations at main artesian wells
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- le cinque simulazioni di base;
- per lo scenario RM2K1T1S0 con la sovrapposizione degli effetti
degli scenari più gravosi nel settore tunisino;
- per lo scenario RM2K1T1S1 costruito con la sovrapposizione de-
gli effetti di tutte le ipotesi più gravose in termini di prelievi.
Ferme restando le note approssimazioni degli approcci di modellazio-
ne numerica a contesti idrogeologici di tale vastità e complessità, l’ottica
da adottare per la lettura della prima colonna della tabella è quella di consi-
derare i prelievi relativi allo scenario meno gravoso, RM1K0T0S0, come
situazione di partenza rispetto alla quale effettuare le considerazioni rispetto
alle politiche di ulteriore incremento dei prelievi previste nell’area di studio.
Con riferimento alla tabella è infatti possibile calcolare gli impatti
relativi che ogni singolo scenario ha rispetto a quello meno gravoso
(RM1K0T0S0), espressi in termini percentuali.
In particolare, si nota come la realizzazione della II tranche delle
oasi di Rjim Maatoug, per portare il prelievo complessivo a 2000 l/s,
sia quantificabile nell’ordine di un 10-15% massimo di abbassamenti
ulteriori nella zona interessata direttamente dal prelievo.
Dal punto di vista della complessità della gestione della risorsa, è
interessante notare come nella zona di studio, interamente compresa
nel territorio tunisino, l’impatto peggiore sull’acquifero è in realtà
correlato al sottoscenario S1 relativo ai prelievi in territorio algerino,
che provocano un abbassamento piezometrico ulteriore rispetto allo
scenario meno gravoso di oltre il 15% per la zona di Kebili e in media
del 25 % nelle zone orientali di Tozeur e di Rjim Maatoug.
Alla realizzazione delle opere previste per le zone della Nefzaoua
e del Djerid, nei comparti di Kebili e Tozeur, sono correlati abbassa-
menti ulteriori in media inferiori al metro.
RISULTATI IN TERMINI DI CARICO PIEZOMETRICO
(ARTESIANISMO)
Le simulazioni effettuate hanno anche permesso, attraverso la restitu-
zione della distribuzione dei carichi sul dominio del modello NDRM, di for-
mulare scenari previsionali di scomparsa del fenomeno dell’artesianismo.
Implementando il modello digitale del terreno (DEM) fornito
dall’OSS (OSS, 2003), è automatico per differenza il calcolo dell’ali-
quota di artesianismo residuo distribuita sulla regione di studio.
In assenza di ulteriori prelievi rispetto alla situazione censita al 2006
(RM1K0T0S0), a fronte di un artesianismo iniziale ancora presente in
larga parte della regione di studio e più marcatamente nella zona sud-oc-
cidentale del Chott Djerid, limitrofa all’area di Rjim Maatoug, si riscon-
tra già al 2020 una diminuzione sensibile dello stesso delineando una
situazione che al 2040 evolve verso una concentrazione delle aree con
artesianismo residuo concentrate all’interno della depressione del Chott,
area che per ovvi motivi non è interessata da prelievi diretti (Fig.8).
Gli abbassamenti addizionali associati agli ulteriori prelievi caratte-
rizzanti i differenti scenari, avvicinano nel tempo l’orizzonte al quale la
disponibilità di portate artesiane sufficienti per i fabbisogni irrigui delle
oasi artificiali verrà a cessare imponendo il ricorso diffuso all’installa-
zione di pompe per l’emungimento meccanico delle acque sotterranee.
- The five basic simulations;
- The RM2K1T1S0 scenario with the superimposition of the ef-
fects of the most severe scenarios in Tunisia;
- The RM2K1T1S1 scenario with the superimposition of the ef-
fects of all the worst scenarios;
Given the well known approximations of the numerical mod-
eling approach to such large and complex hydrogeological contexts,
the first column in the table is to be read considering the withdraw-
als of the weakest scenario, RM1K0T0S0. This the starting point to
make further considerations on the planned increase in withdrawals
in the area concerned.
In fact, it is possible to calculate the impact of each scenario with
respect to the weakest one (RM1K0T0S0), in percentage.
In particular, the creation of the second set of oases in Rjim
Maatoug, with an overall estimated withdrawal of 2000 l/s, may
lead to a further decline in the water level by a maximum of 10-
15% in the withdrawal.
As to the complexity in managing this resource, it is interest-
ing to note that, in the study area located in Tunisia, the worst
impact on the aquifer derives from the S1 subscenario related to
withdrawals in Algeria. These cause a further decline in the pi-
ezometric levels with respect to the weaker scenario by more than
15% for the Kebili area and by 25 % on average in the Eastern
areas of Tozeur and Rjim Maatoug.
The implementation of the projects planned in Nefzaoua and
Djerid in the Kebili and Tozeur area is correlated to further decreases
by less than one meter on average.
RESULTS IN TERMS OF PIEZOMETRIC CHARGE (AR-
TESIANISM)
On the basis of these simulations, it was possible to adopt the dis-
tribution of charge on the NDRM model domain in order to formulate
the scenarios with the disappearance of artesianism.
The implementation of the digital model of the terrain (DEM)
provided by the OSS (OSS, 2003) made it possible to automatically
calculate the amount of residual artesianism in the study region.
Without any additional drawdowns with respect to 2006 (RM-
1K0T0S0), with a starting artesianism still present in most of the area
at issue, especially in the South-Western Chott Djerid area near Rjim
Maatoug, a significant decline already occurs by 2020; at 2040 ho-
rizon, the little areas with residual artesianism will be concentrated
inside the Chott basin, where, for obvious reasons, there is no direct
withdrawal. (Fig.8).
The additional decline due to increased withdrawals in several
scenarios anticipates the time when there will no longer be sufficient
artesian output to meet the irrigation requirements of the artificial oa-
ses. As a result, mechanical pumping to draw underground water will
be required.
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CONCLUSIONS
The use of a numerical model for the Complexe Terminal aquifer
in the Tunisian Nefzaoua, Djerid and Rjim Maatoug (NDRM) area
allowed for developing some scenarios to predict the evolution of this
system especially in terms of decline of local artesianism.
In particular, the most recent model of the North Western Sahara
Aquifer System (2000 NWSAS) was adjusted to the 2006 estimated
withdrawals and aquifer levels. A local flow model was designed by
means of the telescopic refinement of the adjusted NWSAS model in
the NDRM area to enhance the modeling details and evaluate the lo-
cal consequences derived from the regional agricultural development
projects on the Complexe Terminal aquifer.
On the basis of this model, different withdrawal scenarios were
implemented for the artificial oases located in the Rjim Maatoug,
Tozeur and Kebili areas in Tunisia and for those in the Algerian
boundary area, so as to calculate the drawdowns by 2050.
The most favorable scenario- with withdrawals frozen at 2006
- shows a drastic reduction of artesianism in these areas already by
2020 and their disappearance at the end of the simulation period; the
simulations associated to further withdrawals in these areas indicate a
further decline by 2050 between plus 15% in the Nefzaoua region up
to 25% in the Algerian territory.
In this perspective, the hydrogeological model is a fundamental
instrument to raise the awareness of the political consequences of the
planned exploitation of underground resources and to support deci-
sions on the management of the very important and strategic North
Western Sahara Aquifer System.
CONCLUSIONI
L’utilizzo della modellazione numerica dell’acquifero del Com-
plexe Terminal nella regione tunisina della Nefzaoua, Djerid e Rjim
Maatoug (NDRM) ha permesso di delineare scenari previsionali di
evoluzione del sistema con particolar riferimento al trend di diminu-
zione del fenomeno dell’artesianismo locale.
In particolare il lavoro ha riguardato l’aggiornamento del modello più
recente disponibile del Sistema Acquifero del Sahara Settentrionale (SASS
2000) con i prelievi e i livelli acquiferi censiti e registrati all’orizzonte 2006.
La creazione di un modello locale di flusso, ottenuto per raffina-
mento telescopico del modello SASS aggiornato nella zona NDRM,
ha consentito di aumentare il dettaglio della modellazione al fine di
valutare le conseguenze locali che i piani di sviluppo agricolo regio-
nali potrebbero avere sull’acquifero del Complexe Terminal.
Nel modello sono stati implementati diversi scenari di prelievo,
riguardanti le oasi artificiali situate nelle zone di Rjim Maatoug, di
Tozeur e di Kebili in Tunisia e di quelle situate nelle zone di confine
del territorio algerino al fine di calcolare gli abbassamenti ad essi as-
sociati all’orizzonte temporale del 2050.
Lo scenario più favorevole, che presuppone i prelievi “congelati”
al 2006, prevede una drastica riduzione delle zone interessate dal fe-
nomeno dell’artesianismo già all’orizzonte 2020, con una loro defini-
tiva scomparsa al termine della simulazione; le simulazioni associate
alla realizzazione di ulteriori prelievi nelle zone citate, forniscono ab-
bassamenti addizionali al 2050 variabili tra il 15% in più nel caso dei
prelievi relativi alla regione della Nefzaoua fino ad un aumento del
25% nel caso di prelievi situati in nel territorio algerino.
In tale ottica, la modellazione idrogeologica si conferma uno
strumento fondamentale per aumentare la consapevolezza delle con-
seguenze delle politiche di sfruttamento delle acque sotterranee a
supporto di decisioni concertate in merito alla gestione di un sistema
acquifero di tale importanza strategica quale il SASS.
Fig. 8 - Distribuzione dell’artesianismo residuo al
2040 per lo scenario RM1K0T0S0
- Artesianism amount at 2040 for the RM-
1K0T0S0 scenario
background image
MODELLAZIONE NUMERICA DELL’EVOLUZIONE DELL’ARTESIANISMO NEL SISTEMA ACQUIFERO DEL SAHARA SETTENTRIONALE
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G. S
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& M. R
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AKNOWLEDGMENTS
This work was funded and carried out in the frame of the Ital-
ian-Tunisian Bilateral Cooperation Agreement named “Sahara Sud
Program”. The authors want to gratefully acknowledge the precious
scientific support received by Prof. M.Besbes of the Ecole Nationale
des Ingénieurs de Tunis (ENIT) who performed all the essential op-
erations on the SASS 2000 model.
RINGRAZIAMENTI
Il presente lavoro è stato finanziato e svolto nell’ambito dell’Ac-
cordo di Cooperazione Bilaterale Italia-Tunisia denominato “Pro-
gramma Sahara Sud”. Gli autori vogliono ringraziare sentitamente il
Prof. M.Besbes dell’ENIT per il prezioso supporto scientifico che ha
voluto gentilmente accordare.
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Received April 2010 - Accepted July 2010
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