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  • Impact of Human Activity on Groundwater Dynamics (Proceedings of a symposium held during the Sixth IAHS Scientific Assembly at Maastricht, The Netherlands, July 2001). IAHS Publ. no. 269, 2001 .

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    Estimation de la recharge et modlisation de nappe en zone aride: cas de la nappe de Kairouan, Tunisie

    YAHAYA NAZOUMOU & MUSTAPHA BESBES Laboratoire de Modlisation en Hydraulique et Environnement, Ecole Nationale d'Ingnieurs de Tunis, BP 37, le Belvdre, 1002 Tunis, Tunisie

    e-mai l : vahava.nazoumou (5 ) .eni t . rnu. tn

    Rsum Le comportement hydrodynamique d'un aquifre sur un historique de 30 annes de suivi pizomtrique en zone semi-aride a t simul l'aide d'un modle semi-coupl d'coulements superficiels et souterrains. L'ajustement en rgime permanent sur l'tat de janvier 1969 montre que les apports naturels au systme aquifre s'lvent 65 Mm 3 an"1. Le calage en transitoire sur cinq annes concidant avec un vnement exceptionnel et la validation sur un historique de 30 ans ont permis de quantifier la variation de la recharge. Le modle simule de manire satisfaisante le comportement du systme aquifre et peut ainsi tre utilis pour la prdiction de l'impact des nouveaux barrages sur l'volution des niveaux pizomtriques et de la ressource en eau du bassin. M o t s c ls z o n e a r ide ; eaux sou te r r a ines ; eaux de surface; m o d l e s e m i - c o u p l ;

    r echa rge de n a p p e

    Recharge Assessment and Groundwater Modelling in Arid Conditions: Case Study at Kairouan, Tunisia

    Abstract To study the hydrodynamic behaviour and estimate recharge of the Kairouan aquifer, a hydrological semi-coupled model integrating both surface water and groundwater flow processes has been developed. Surface water flows are modelled with a tank model, taking into account the propagation and the infiltration of floods in the wadi beds. It also provides the hydrological balance of the floods in order to quantify the efficiency of the infiltration flux. The unsaturated zone is treated as a cascade of tanks using the so-called Nash model, a global transfer approach of efficient infiltration that will reach the aquifer and constitute the recharge. Numerical resolution of the Boussinesq equation by finite-difference, associated with the transferred recharge flux then allows integration of the groundwater flow processes. The steady state calibration of the groundwater model was realized using piezometric data from January 1969. It has allowed calculation of the aquifer water budget, estimated at 65 Mm 3 year"'. The unsteady state calibration has focused on the largest recorded flood which occurred in autumn 1969 and whose effects on the water table level persisted for almost five years. It has shown that approximately 192 Mm reached the water table from only this event. This model has been validated over the period from January 1969 to December 1998, in order to estimate recharge using all the available historical data. The results obtained demonstrate the model's ability to simulate the groundwater behaviour and this can be used for the prediction of the impact of dam construction on the evolution of the water table level and resources of this aquifer.

    K e y w o r d s ar id z o n e ; surface wate r ; g r o u n d w a t e r wate r ; s e m i - c o u p l e d m o d e l ;

    g r o u n d w a t e r r echa rge ; T u n i s i a

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    I N T R O D U C T I O N

    Avec une superficie de 3000 km 2 , la plaine de Kairouan renferme le plus important systme aquifre de la Tunisie centrale (Fig. 1). Dans cette zone semi-aride o la pluviomtrie moyenne annuelle ne dpasse pas 300 m m an"1, l'infiltration des eaux de crues des cours d'eau intermittents que sont les oueds Zeroud et Merguellil constituait

  • Estimation de la recharge et modlisation de nappe en zone aride: Kairouan, Tunisie 11

    la majeure source d'alimentation de la nappe. Pour protger la ville de Kairouan contre les risques d'inondations catastrophiques de ces cours d'eau, deux importants barrages ont t construits l 'un Sidi Sad sur l 'oued Zeroud ds 1982 et l 'autre El Haouareb sur l 'oued Merguellil en 1988. Paralllement, les prlvements des eaux souterraines des fins agricoles, industrielles et pour l'alimentation en eau potable ont doubl, passant de 30 M m 3 an"1 en 1969 prs de 60 M m 3 an"1 en 1995 (Fig. 2). Le suivi pizomtrique de la nappe effectu sur cette priode montre une baisse rgulire du niveau de la nappe pouvant atteindre 8 m (Fig. 3).

    Un modle semi-coupl des coulements a t dvelopp pour reprsenter le comportement du systme aquifre de la plaine de Kairouan en relation avec les oueds, afin de simuler son volution pizomtrique, l'objectif tant de quantifier sa recharge sur une longue priode et de fournir un outil de prvision de l 'impact des barrages sur le niveau pizomtrique et les ressources de la nappe.

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    1969 1974 1979 1984 1989 1994

    Fig. 2 Evolution des prlvements globaux de la nappe.

    1969 1974 1979 1984 1989 1994

    Fig. 3 Evolution pizomtrique observe: (a) nappe phratique; (b) nappe profonde.

    PRESENTATION DE LA PLAINE DE KAIROUAN

    Gographie, gologie, hydrogologie

    La plaine de Kairouan est une vaste cuvette d'effondrement comble par des dpts alluvionnaires d'ge Mio-plio-quaternaire (Fig. 1), dont la lithologique est caractrise par une sdimentation lenticulaire forme par une alternance de sables passant des grs, conglomrats, marnes et argiles sur une paisseur pouvant atteindre 700 m (Besbes, 1975). Il est namnoins possible d'identifier deux niveaux aquifres: un aquifre suprieur nappe libre (aquifre 1) relativement continu sur l 'ensemble de la plaine et un aquifre nappe captive (aquifre 2), plus profond, qui se dmarque partir d 'une profondeur de 100 m. Dans la partie ouest au dbouch des oueds, les deux aquifres se confondent, tandis qu 'en aval dans la zone des exutoires, la nappe profonde se met en charge pour alimenter le niveau phratique.

  • 7 8 Yahaya Nazoumou & Mustapha Besbes

    Avant la construction des barrages, l 'alimentation naturelle de la nappe a t estime 57 M m 3 an"1 (Besbes, 1975). Celle-ci tait assure essentiellement par l'infiltration des eaux de crues des oueds Zeroud et Merguellil qui parcourent la plaine sur respectivement 40 et 30 km de tronons favorables la recharge. Le reste des apports tait constitu par l'infiltration directe aux piedmonts des reliefs de bordures.

    La zone non sature sous le lit des oueds a une paisseur variant de 5 50 m. Elle est plus paisse en amont et principalement constitue de formations permables (sables, graviers et galets). En aval par contre, elle devient plus argileuse jusqu ' affleurement de la nappe au niveau des sebkhas Chrita, El Hani et Kelbia, exutoires naturels du systme.

    H Y D R O M E T E O R O L O G I E

    En Tunisie centrale, les pluies surviennent principalement durant l 'automne (septembre-octobre) et le printemps (fvrier-mars-avril). La pluviomtrie moyenne annuelle est de 400 mm an"1 sur les hauteurs amont des bassins versants des oueds et de 300 mm an"1 dans la plaine. L'vapotranspiration potentielle calcule par la formule de Riou fournit une moyenne de 1700 mm an"1 (Bouzaiane & Lafforgue, 1986), ce qui peut expliquer la faible participation de l'infiltration directe de la pluie dans l'aliment-ation de la nappe dans la plaine.

    Les basins versants des oueds Zeroud et Merguellil sont situs en amont de la plaine de Kairouan et couvrent des superficies respectives de 8600 et 1100 km 2 . En rgime naturel, l 'apport total annuel moyen des crues l'entre de la plaine de Kairouan tait de 94 M m 3 an"1 pour l 'oued Zeroud la station de Sidi Sad et 32 M m 3 an"1 pour le Merguellil El Haouareb. Auquel il faut ajouter 17 et 7 M m 3 an"1

    d'apports de base respectifs.

    L E S D O N N E E S

    Les donnes disponibles sont: (a) les dbits d'apports en rgime naturel des oueds Zeroud et Merguellil mesurs entre 1949 et la mise en service du barrage de Sidi Sad (dcembre 1981) aux stations situes juste l'entre de la plaine de Kairouan (Bouzaiane & Lafforgue, 1986); (b) les volumes et les dbits des lchers raliss aux barrages jusqu 'en 1998 pour la recharge de la nappe de Kairouan; (c) les valeurs d 'ETP moyenne mensuelle estimes l'aide de la formule de Riou, qui semble le mieux convenir aux mesures ralises dans la rgion; (d) les cartes de transmissivit, porosit et coefficient d'emmagasinement de l'aquifre, dresses partir des valeurs de ces paramtres mesures lors des essais de pompage dans les forages et puits de surface et ajustes dans le cadre d 'un premier modle hydrogologique de la nappe (Besbes, 1975); (e) l'volution des niveaux pizomtriques de la nappe, mesure depuis 1969 grce un rseau de 120 points de surveillance en continu (limnigraphe) ou ponctuelle frquence mensuelle ou trimestrielle; et (f) un inventaire des puits, forages et des volumes des prlvements.

  • Estimation de la recharge et modlisation de nappe en zone aride: Kairouan, Tunisie 79

    M E T H O D O L O G I E A D O P T E E

    Pour simuler le comportement hydrodynamique du systme aquifre et estimer sa recharge, un modle semi-coupl des coulements de surface et souterrains a t labor. Il permet de reprsenter la propagation et l'infiltration des crues naturelles et des lchers dans le lit des oueds d'une part, et l 'volution pizomtrique de la nappe recevant cette infiltration d'autre part.

    Ecoulements de surface

    L'infiltration directe de la pluie est suppose ngligeable dans la plaine. Le flux de recharge de la nappe par infiltration des eaux de crues dans le lit des oueds constitue la principale condition aux limites suprieures du modle hydrogologique. Il est calcul l 'aide d 'un modle de propagation et d'infiltration efficace des