Interaction of surface water and groundwater in the Nile River basin: isotopic and piezometric evidence
Venue: Hydrogeology Journal

Past discussions around water resources management and development in the River Nile basin disregard groundwater resources from the equation. There is an increasing interest around factoring the groundwater resources as an integral part of the Nile Basin water resources. This is hampered by knowledge gap regarding the groundwater resources dynamics (recharge, storage, flow, quality, surface water/groundwater interaction) at basin scale. This report provides a comprehensive analysis of the state of surface water/groundwater interaction from the headwater to the Nile Delta region. Piezometric and isotopic (d18O, d2H) evidence reveal that the Nile changes from a gaining stream in the headwater regions to mostly a loosing stream in the arid lowlands of Sudan and Egypt. Specific zones of Nile water leakage to the adjacent aquifers is mapped using the two sources of evidence. Up to 50% of the surface water flow in the equatorial region of the Nile comes from groundwater as base flow. The evidence also shows that the natural direction and rate of surface water/groundwater interaction is largely perturbed by human activities (diversion, dam construction) particularly downstream of the Aswan High Dam in Egypt. The decrease in discharge of the Nile River along its course is attributed to leakage to the aquifers as well as to evaporative water loss from the river channel. The surface water/groundwater interaction occurring along the Nile River and its sensitivity to infrastructure development calls for management strategies that account groundwater as an integral part of the Nile Basin resources.ResumeLes discussions passees sur la gestion et le developpement des ressources en eau dans le bassin du Nil n'introduisent pas dans l'equation les ressources en eau souterraine. Il y a un interet croissant pour integrer les ressources en eau a part entiere dans les ressources en eau du bassin du Nil. Le manque de connaissances concernant la dynamique des ressources en eau souterraine (recharge, stockage, ecoulement, qualite, interaction entre les eaux de surface et les eaux souterraines) a l'echelle du bassin freine le developpement. Cet article fournit une analyse complete de l'etat de l'interaction entre les eaux de surface et les eaux souterraines de la tete de bassin a la region du delta du Nil. Les donnees piezometriques et isotopiques (d18O, d2H) mettent en evidence que le Nil passe d'un etat de cours d'eau drainant dans les regions de tete de bassin a un etat de cours d'eau draine principalement dans les zones basses arides du Soudan et de l'Egypte. Des zones specifiques d'infiltration d'eau vers les aquiferes adjacents sont cartographiees a l'aide de deux sources de donnees probantes. Jusqu'a 50% du debit d'eau de surface dans la region equatoriale du Nil provient des eaux souterraines, constituant le debit de base. Les donnees montrent egalement que la direction naturelle des ecoulements et des taux d'echange dans les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines sont en grande partie perturbees par les activites humaines (derivation, construction de barrages) particulierement en aval du Haut Barrage d'Assouan en Egypte. La diminution du debit du Nil le long de son cours est attribuee a des infiltrations vers les aquiferes ainsi qu'a la perte d'eau par evaporation a partir du lit du fleuve. Les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines qui se produisent le long du Nil et leur sensibilite au developpement d'infrastructure necessitent des strategies de gestion qui prennent en consideration les eaux souterraines en tant que partie integrante des ressources en eau du bassin du Nil.ResumenLas discusiones pasadas sobre la gestion y el desarrollo de los recursos hidricos en la cuenca del rio Nilo desprecian los recursos hidricos subterraneos de la ecuacion. Existe un creciente interes por la influencia de los recursos hidricos subterraneos como parte integral de los recursos hidricos de la Cuenca del Nilo. Esto se ve obstaculizado por la falta de conocimientos sobre la dinamica de los recursos hidricos subterraneos (recarga, almacenamiento, flujo, calidad, interaccion agua superficial agua subterranea) a escala de cuenca. Este articulo ofrece un analisis exhaustivo del estado de la interaccion agua de superficie agua subterranea desde las cabeceras hasta la region del delta del Nilo. Las evidencias piezometricas e isotopicas (d18O, d2H) revelan que el Nilo cambia de una corriente ganadora en las regiones de cabeceras a perdedora en la mayor parte de las tierras bajas aridas de Sudan y Egipto. Las zonas especificas de la filtracion del agua del Nilo hacia los acuiferos adyacentes se mapean utilizando dos fuentes de evidencia. Hasta el 50% del flujo superficial de agua en la region ecuatorial del Nilo proviene del agua subterranea como flujo base. La evidencia tambien muestra que la direccion natural y la tasa de interaccion agua de superficie agua subterranea esta en gran medida perturbada por las actividades humanas (desvio, construccion de presas) particularmente aguas abajo de la presa de Aswan en Egipto. La disminucion en la descarga del rio Nilo a lo largo de su curso se atribuye a la filtracion hacia los acuiferos, asi como a la perdida de agua por evaporacion del canal del rio. La interaccion agua de superficie agua subterranea que se produce a lo largo del rio Nilo y su sensibilidad al desarrollo de infraestructuras requiere estrategias de manejo que consideren el agua subterranea como una parte integral de los recursos de la Cuenca del Nilo.Zhai Yao Guo Qu You Guan Ni Luo He Liu Yu De Lun Shu Ji Shui Zi Yuan Guan Li He Kai Fa Hu Shi Liao Di Xia Shui Zi Yuan Zhe Yi Bu Fen Ba Di Xia Shui Zi Yuan Zuo Wei Ni Luo He Liu Yu Shui Zi Yuan Bu Ke Fen Ge De Yi Bu Fen Yue Lai Yue De Dao Liao Ren Men De Zhong Shi Dan You Yu Que Fa Liu Yu Chi Du Shang Dui Di Xia Shui Zi Yuan Dong Li Xue (Bu Gei Liang Chu Cun Liang Shui Liu Liang Zhi Liang Di Biao Shui /Di Xia Shui Xiang Hu Zuo Yong )Fang Mian De Liao Jie Er Shou Dao Zu Ai Ben Wen Zong He Fen Xi Liao He Liu Yuan Tou Dao Ni Luo He San Jiao Zhou Di Qu Di Biao Shui /Di Xia Shui Xiang Hu Zuo Yong De Zhuang Tai Ya Li Shui Mian He Tong Wei Su (d18OHe d2H)Zheng Ju Xian Shi ,Ni Luo He Zai He Tou Di Qu Wei Qian Shui Bu Gei He ,Er Dao Su Dan He Ai Ji De Gan Han Di Di Tong Chang Bian Wei Shen Shi He Li Yong Liang Ge Zheng Ju Lai Yuan Hui Chu Liao Ni Luo He He Shui Shen Liu Dao Pi Lin Han Shui Ceng De Te Ding Qu Yu Tu Zai Chi Dao Di Qu ,Duo Da 50%De Ni Luo He Di Biao Shui Liu Lai Zi Zuo Wei Ji Liu De Di Xia Shui Zheng Ju Huan Xian Shi ,Di Biao Shui /Di Xia Shui Xiang Hu Zuo Yong De Zi Ran Fang Xiang He Qiang Du Hen Da Cheng Du Shang  A Si Wang Shui Ba De Ying Xiang Ni Luo He Yan He Dao De Pai Xie Liang Jian Shao Zhu Yao Shi Yin Wei Shen Lou Zhi Han Shui Ceng Yi Ji He Dao De Zheng Fa Sun Shi Yan Ni Luo He Chu Xian De Di Biao Shui /Di Xia Shui Xiang Hu Zuo Yong Ji Qi Dui Ji Chu She Shi Jian She De Min Gan Xing Po Qie Xu Yao Cai Na Xin De Guan Li Ce Lue ,Ji Ba Di Xia Shui Zuo Wei Ni Luo He Shui Zi Yuan Bu Ke Fen Ge De Yi Bu Fen ResumoDiscussoes passadas sobre a gestao dos recursos hidricos e desenvolvimento na bacia do Rio Nilo desconsideraram os recursos hidricos subterraneos da equacao. Existe um interesse crescente sobre consignar os recursos hidricos subterraneos como uma parte integrante dos recursos hidricos da Bacia do Nilo. Isso e dificultado pela falta de conhecimento sobre a dinamica dos recursos hidricos subterraneos (recarga, armazenamento, escoamento, qualidade, interacao aguas superficiais/subterraneas) na escala da bacia. Esse artigo apresenta uma analise abrangente do estado da interacao entre aguas superficiais/subterraneas da cabeceira a regiao do delta do Nilo. Evidencias piezometricas e isotopicas (d18O, d2H) revelaram que o Nilo muda de uma corrente de ganho em suas cabeceiras para praticamente correntes de perda nas planicies aridas do Sudao e do Egito. Zonas especificas de infiltracao das aguas do Nilo aos aquiferos adjacentes sao mapeadas usando as duas fontes de evidencia. Mais de 50% do escoamento das aguas superficiais da regiao equatorial do Nilo vem das aguas subterraneas como escoamento de base. A evidencia tambem mostra que a direcao natural e taxa de interacao entre as aguas superficiais/subterraneas e amplamente perturbada por atividades humanas (diversoes, construcoes de barragens) particularmente a montante da barragem Aswan High no Egito. A diminuicao da descarga do Rio Nilo ao longo do seu curso e atribuida a infiltracao aos aquiferos como para perdas evaporativas pelo canal fluvial. A interacao das aguas superficiais/subterraneas ocorrendo ao longo do Rio Nilo e sua sensitividade a desenvolvimentos de infraestrutura clamam por estrategias de gestao que considerem as aguas subterraneas como uma parte integrante dos recursos da Bacia do Nilo.