Caractérisation hydrogéochimiques et pollution nitrique de l'aquifère de Continental intercalaire d’Adrar

Abstract

La zone d’étude se situe dans la wilaya d’Adrar, au sud-ouest de l’Algérie. Elle s’étend sur une superficie de 540 km² et compte une population estimée à 88 000 habitants en 2022. Cette région est caractérisée par un climat aride, avec des précipitations annuelles moyennes de seulement 7,3 mm, ce qui la rend totalement dépendante des eaux souterraines de l’aquifère Continental Intercalaire (CI) pour son approvisionnement en eau. L’objectif de cette étude est de déterminer les caractéristiques hydrogéologiques et hydrochimiques des eaux du CI, en s’appuyant sur les données hydrogéologiques existantes et l’analyse d’échantillons prélevés dans cet aquifère. Les résultats montrent que l’aquifère du Continental Intercalaire (CI), composé principalement de sables, grès, argiles et graviers, daté du Crétacé inférieur. L’épaisseur de l’aquifère varie entre 120 et 200 mètres, diminuant progressivement en direction du nord-est vers le sud-ouest. Le niveau d’eau statique dans la zone d’étude varie entre 8 et 23 mètres. L’analyse piézométrique révèle que l’écoulement suit un sens nord-est – sud-ouest, avec une baisse continue du niveau piézométrique due à une exploitation intensive. La qualité des eaux a été évaluée à l’aide de plusieurs indices, notamment l’Indice de Qualité de l’Eau (DWQI) pour la potabilité, l’Indice de Pollution des Eaux Souterraines (GPI), l’Indice de Pollution par les Nitrates (NPI), et l’Indice de Qualité de l’Eau d’Irrigation (IWQI) pour l’adéquation à l’agriculture. Le potentiel de corrosion et d’entartrage a été examiné au moyen des indices de Langelier (LI), Ryznar (RI), Larson-Skold (LSI), Puckorius (PI) et de l’Indice d’Agressivité (AI). Les résultats indiquent que 44,44 % de l’eau est adaptée à la consommation, 50 % sont de qualité moyenne et 5,56 % sont impropres à la consommation. Les valeurs du GPI montrent un spectre de pollution allant de niveaux insignifiants (28 %), faibles (48 %), à élevés (24 %). Concernant le NPI, 24 % des échantillons présentent une pollution insignifiante, 44 % une pollution légère et 32 % une pollution modérée. Pour l’irrigation, 31,25 % des puits fournissent une eau de bonne qualité, tandis que 68,75 % sont classés comme douteux. La plupart des eaux analysées présentent un caractère corrosif, avec une tendance à l’entartrage et à la précipitation de CaCO₃. L’analyse de diagramme de Piper a identifié deux types dominants d’eau : Ca–Mg–Cl (50 %) et Ca–Cl (50 %). Selon le diagramme de Gibbs, les graphiques bivariés, l’analyse statistique multivariée et les indices de saturation, la minéralisation des eaux souterraines est principalement attribuée aux interactions eau-roche, telles que la dissolution des roches silicatées, de l’halite et du gypse, ainsi qu’à des échanges cationiques. Par ailleurs, les activités humaines influencent de manière significative la chimie de l’eau. L’évaluation des risques pour la santé (HRA) a mis en évidence des risques non cancérogènes importants liés à l’exposition aux nitrates : 80 % des échantillons pour les nourrissons, 76 % pour les enfants et 64 % pour les adultes présentent des valeurs de quotient de danger supérieures à 1, indiquant des risques sanitaires élevés. Cette recherche fournit des bases scientifiques essentielles pour une gestion durable des ressources en eaux souterraines à Adrar, en abordant les défis liés à leur qualité et à leur exploitation. Elle éclaire les stratégies de préservation, d’utilisation rationnelle et de traitement, afin de garantir un accès durable à l’eau pour les besoins domestiques, agricoles et industriels.

تقع منطقة الدراسة في ولاية أدرار، جنوب غرب الجزائر. تمتد على مساحة 540 كيلومترًا مربعًا، ويُقدر عدد سكانها بـ 88,000 نسمة في عام 2022. تتميز هذه المنطقة بمناخها الجاف، مع معدل هطول أمطار سنوي لا يتجاوز 7.3 ملم، مما يجعلها تعتمد بشكل كامل على المياه الجوفية من الطبقة المائية القارية (Continental Intercalaire - CI) لتلبية احتياجاتها المائية. تهدف هذه الدراسة إلى تحديد الخصائص الهيدروجيولوجية والهيدروكيميائية للمياه الجوفية في هذه الطبقة، اعتمادًا على البيانات الهيدروجيولوجية المتوفرة وتحليل العينات المأخوذة من الطبقة المائية. أظهرت النتائج أن الطبقة المائية القارية، التي تتكون أساسًا من الرمال، الحجر الرملي، الطين، والحصى، تعود إلى العصر الطباشيري السفلي. يتراوح سمك الطبقة المائية بين 120 و 200 متر، مع انخفاض تدريجي في السمك من الشمال الشرقي نحو الجنوب الغربي. يتراوح مستوى المياه الساكنة في منطقة الدراسة بين 8 أمتار و23 مترًا. وكشفت التحليلات البيزومترية أن اتجاه تدفق المياه الجوفية هو من الشمال الشرقي إلى الجنوب الغربي، مع انخفاض مستمر في مستويات المياه نتيجة الاستغلال المكثف. تم تقييم جودة المياه باستخدام عدة مؤشرات، بما في ذلك مؤشر جودة مياه الشرب (DWQI)، مؤشر تلوث المياه الجوفية (GPI)، مؤشر التلوث بالنترات (NPI)، ومؤشر جودة مياه الري (IWQI) لتحديد مدى ملاءمتها للأغراض الزراعية. كما تم تقييم احتمالية التآكل والترسب باستخدام مؤشر لانجلييه (LI)، مؤشر ريزنر (RI)، مؤشر لارسن-سكولد (LSI)، مؤشر بوكوريوس (PI)، ومؤشر العدوانية (AI). أظهرت النتائج أن 44.44% من المياه صالحة للشرب، و50% ذات جودة متوسطة، و5.56% غير صالحة للاستهلاك. أظهرت قيم مؤشر GPI نطاقًا للتلوث يتراوح بين مستويات غير مهمة (28%)، منخفضة (48%)، ومرتفعة (24%). فيما يتعلق بمؤشر NPI، أظهرت 24% من العينات تلوثًا غير ملحوظ، و44% تلوثًا طفيفًا، و32% تلوثًا متوسطًا. أما بالنسبة للري، فإن 31.25% من الآبار توفر مياهًا ذات جودة جيدة، بينما تم تصنيف 68.75% على أنها مشكوك في جودتها. تظهر معظم المياه التي تم تحليلها خصائص تآكلية، مع ميل لتكوين الترسبات الكلسية وترسيب CaCO₃. وكشف تحليل مخطط بايبر عن نوعين مهيمنين من المياه: Ca–Mg–Cl (50%) وCa–Cl (50%). استنادًا إلى مخطط جيبس، الرسومات الثنائية المتغيرة، التحليل الإحصائي متعدد المتغيرات، ومؤشرات التشبع، فإن تمعدن المياه الجوفية يُعزى بشكل رئيسي إلى تفاعلات الماء-الصخر، مثل ذوبان الصخور السيليكاتية، الهاليت، والجبس، بالإضافة إلى التبادل الكاتيوني. علاوة على ذلك، تؤثر الأنشطة البشرية بشكل كبير على كيمياء المياه. كشفت تقييمات المخاطر الصحية (HRA) عن وجود مخاطر غير سرطانية كبيرة مرتبطة بالتعرض للنترات؛ حيث أظهرت 80% من العينات المأخوذة للرضع، و76% للأطفال، و64% للبالغين قيمًا لمعامل الخطر تتجاوز 1، مما يشير إلى مخاطر صحية مرتفعة. توفر هذه الدراسة أسسًا علمية ضرورية للإدارة المستدامة للموارد المائية الجوفية في أدرار، من خلال معالجة التحديات المتعلقة بجودة المياه واستغلالها. وتساهم في توجيه استراتيجيات الحفظ، والاستخدام العقلاني، والمعالجة لضمان الوصول المستدام إلى المياه لتلبية الاحتياجات المنزلية والزراعية والصناعية.

The study area is located in the Adrar province, in the southwest of Algeria. It covers an area of 540 km² and had an estimated population of 88,000 in 2022. This region is characterized by an arid climate, with an average annual rainfall of only 7.3 mm, making it entirely dependent on groundwater from the Continental Intercalaire (CI) aquifer for its water supply. The objective of this study is to determine the hydrogeological and hydrochemical characteristics of the CI groundwater, based on existing hydrological data and the analysis of samples collected from the aquifer. The results show that the Continental Intercalaire aquifer, composed mainly of sands, sandstones, clays, and gravels, dates back to the Lower Cretaceous. The aquifer thickness ranges between 120 and 200 meters, progressively decreasing from the northeast to the southwest. The static water level in the study area varies between 8 and 23 meters. Piezometric analysis reveals that the groundwater flow direction is from the northeast to the southwest, with a continuous decline in piezometric levels due to intensive exploitation. Water quality was assessed using several indices, including the Drinking Water Quality Index (DWQI) for potability, the Groundwater Pollution Index (GPI), the Nitrate Pollution Index (NPI), and the Irrigation Water Quality Index (IWQI) for agricultural suitability. Corrosion and scaling potentials were evaluated using the Langelier Index (LI), Ryznar Index (RI), Larson-Skold Index (LSI), Puckorius Index (PI), and the Aggressiveness Index (AI). The results indicate that 44.44% of the water is suitable for drinking, 50% is of moderate quality, and 5.56% is unsuitable for consumption. GPI values revealed a pollution spectrum ranging from insignificant levels (28%) to low (48%) and high (24%) pollution. Regarding NPI, 24% of the samples showed insignificant pollution, 44% exhibited slight pollution, and 32% moderate pollution. For irrigation purposes, 31.25% of wells provide good-quality water, while 68.75% are classified as doubtful. Most analyzed waters exhibit corrosive characteristics, with a tendency for scaling and CaCO₃ precipitation. Piper diagram analysis identified two dominant water types: Ca–Mg–Cl (50%) and Ca–Cl (50%). Based on the Gibbs diagram, bivariate plots, multivariate statistical analysis, and saturation indices, groundwater mineralization is primarily attributed to water-rock interactions, such as the dissolution of silicate rocks, halite, and gypsum, along with cation exchange. Additionally, human activities significantly influence water chemistry. The Health Risk Assessment (HRA) highlighted significant non-carcinogenic risks associated with nitrate exposure: 80% of the samples for infants, 76% for children, and 64% for adults showed hazard quotient values exceeding 1, indicating high health risks. This research provides essential scientific foundations for the sustainable management of groundwater resources in Adrar by addressing challenges related to water quality and exploitation. It informs strategies for preservation, rational use, and treatment, ensuring sustainable access to water for domestic, agricultural, and industrial needs.