Hydrogeologic assessment of escalating groundwater exploitation in the Indus Basin, Pakistan

Groundwater development has contributed significantly to food security and reduction in poverty in Pakistan. Due to rapid population growth there has been a dramatic increase in the intensity of groundwater exploitation leading to declining water tables and deteriorating groundwater quality. In such prevailing conditions, the hydrogeological appraisal of escalating groundwater exploitation has become of paramount importance. Keeping this in view, a surface water–groundwater quantity and quality model was developed to assess future groundwater trends in the Rechna Doab (RD), a sub-catchment of the Indus River Basin. Scenario analysis shows that if dry conditions persist, there will be an overall decline in groundwater levels of around 10 m for the whole of RD during the next 25 years. The lower parts of RD with limited surface water supplies will undergo the highest decline in groundwater levels (10 to 20 m), which will make groundwater pumping very expensive for farmers. There is a high risk of groundwater salinization due to vertical upconing and lateral movement of highly saline groundwater into the fresh shallow aquifers in the upper parts of RD. If groundwater pumping is allowed to increase at the current rate, there will be an overall decline in groundwater salinity for the lower and middle parts of RD because of enhanced river leakage.RésuméLe développement de l’eau souterraine a contribué de façon significative à la sécurité alimentaire et à la diminution de la pauvreté au Pakistan. En raison de la croissance rapide de la population il y a eu une augmentation dramatique de l’intensité de l’exploitation d’eau souterraine conduisant à des niveaux piézométriques en baisse et à une détérioration de la qualité de l’eau souterraine. Devant la prédominance de telles conditions, l’appréciation hydrogéologique de l’intensification de l’exploitation d’eau souterraine est devenue d’une importance capitale. Gardant ceci à l’esprit, un modèle quantitatif et qualitatif eau de surface -eau souterraine a été développé afin d’évaluer les évolutions avenir de l’eau souterraine dans le Rechna Doab (RD), un sous bassin du Bassin de la Rivière Indus. L’analyse de scénarios montre que si des conditions de sécheresse persistent il y aura une baisse générale des niveaux piézométriques d’environ 10 m pour l’ensemble du RD dans les prochains 25 ans. Les parties inférieures du RD avec des alimentations limitées en eau de surface subiront la baisse la plus forte des niveaux piézométriques (10 à 20 m), ce qui rendra le pompage d’eau souterraine très onéreux pour les fermiers. Il y a un risque élevé de salinisation de l’eau souterraine à la suite de la remontée verticale et du déplacement latéral d’eau souterraine à salinité élevée dans les aquifères superficiels d’eau douce des parties supérieures du RD. Si on autorise l’augmentation au taux actuel du pompage d’eau souterraine il y aura une baisse générale de la salinité de l’eau souterraine dans les parties inférieures et moyennes du RD du fait d’une augmentation des pertes en rivière.ResumenEl desarrollo de las aguas subterráneas ha contribuido significativamente al suministro de alimentos y la reducción de la pobreza en Paquistán. Debido al rápido crecimiento poblacional, se ha registrado un incremento dramático en la explotación de aguas subterráneas, lo que ha conducido a un descenso de los niveles de agua y a deterioro de la calidad de las aguas subterráneas. En estas condiciones, la valoración hidrogeológica de la intensificación en la explotación de las aguas subterráneas resulta primordial. Se ha desarrollado un modelo de cantidad y calidad de las aguas superficiales y subterráneas para evaluar la tendencia futura de las aguas subterráneas en Rechna Doab (RD), una subcuenca de la Cuenca del Río Indo. El análisis indica que, de persistir las condiciones secas, en RD habrá un descenso de aproximadamente 10 m en los niveles de las aguas subterráneas durante los próximos 25 años. Los sectores más bajos de RD, con recursos hídricos superficiales limitados, sufrirán los mayores descensos de niveles de las aguas subterráneas (10 a 20 m), por lo que el bombeo de aguas subterráneas resultará muy costoso para los agricultores. En los sectores más elevados de RD, existe un alto riesgo de salinización de las aguas subterráneas debido a la migración vertical y los flujos laterales de agua subterránea de alta salinidad hacia los acuíferos someros portadores de agua dulce. Si se permite un incremento del bombeo de aguas subterráneas a tasas equivalentes a las actuales, se registrará una disminución generalizada de la salinidad de las aguas subterráneas en los sectores bajos y medio de RD debido al aumento de las filtraciones desde el río.摘要巴基斯坦地下水开发在粮食安全和减少贫困方面已经作出重要贡献。人口的迅速增长导致地下水开发强度显著增加, 引起地下水位持续下降和水质恶化。在这样的条件下, 为增加地下水开发, 水文地质评价变得极为重要。据此, 在Indus河流域的Rechna Doab次流域, 研制了地表水- 地下水水量和水质模型来评估地下水未来的趋势。情景分析显示如果干旱条件持续, 在未来25年中, 整个Rechna Doab流域地下水将普遍下降10米左右。 在Rechna Doab流域下游, 地表水有限, 将经历最大的地下水位下降( 10到20米) , 地下水开采对于农民来说会变得十分昂贵。同时, 由于抽水造成地下咸水垂向上升和横向运移进入淡水含水层, 地下水咸化风险很高。如果以目前的速度增加地下水抽取, 在Rechna Doab流域中下游, 地下水质将普遍下降。ResumoO desenvolvimento das águas subterrâneas tem contribuído significativamente para a segurança alimentar e para a redução da pobreza no Paquistão. Devido ao rápido crescimento populacional tem havido um grande aumento da intensidade da exploração das águas subterrâneas, levando ao declínio dos níveis piezométricos e à deterioração da qualidade das águas. Nestas condições, a avaliação hidrogeológica da escalada da exploração da água subterrânea tornou-se de extrema importância. Mantendo isso em vista, foi desenvolvido um modelo quantitativo e qualitativo de água superficial - água subterrânea para avaliar as tendências futuras das águas subterrâneas em Rechna Doab (RD), uma sub-bacia hidrográfica da Bacia do Rio Indus. Uma análise de cenários mostra que, se persistirem as condições de seca, ocorrerá um declínio global dos níveis das águas subterrâneas em cerca de 10 m para toda a área de RD durante os próximos 25 anos. As zonas mais baixas de RD, com recursos hídricos superficiais limitados, serão submetidas ao mais alto nível de declínio nas águas subterrâneas (10 a 20 m), o que acarretará elevados custos para a bombagem de águas subterrâneas para os agricultores. Existe um elevado risco de salinização das águas subterrâneas devido à existência de cones verticais e movimentações laterais de águas subterrâneas altamente salinas em aquíferos de água doce superficiais nas partes superiores de RD. Se for permitido um aumento da extracção de águas subterrâneas ao ritmo actual, haverá um declínio geral da salinidade das águas subterrâneas nas zonas baixa e média de RD, devido ao incremento da drenância a partir de águas do rio.