Artificial recharge by floodwater spreading estimated by water balances and groundwater modelling in arid Iran

Abstract

Water harvesting and artificial recharge have been a traditional solution to water scarcity problems in the arid and semi-arid Middle East for thousands of years. These techniques are increasingly being encouraged, and recently there has been renewed interest to find improved methods for water harvesting and artificial recharge in many arid countries. In this study, water balance calculations and groundwater modelling were utilized to investigate the performance and hydrological function of an improved water harvesting technique, referred to as the floodwater spreading system, in arid Iran. The recharge amount in the floodwater spreading system studied varied from a few hundred thousand cubic metres per month during drought periods to about 4.5 × 10⁶ m³ per month during rainy periods. However, the gain through artificial recharge was diminished by excessive groundwater abstraction by numerous newly drilled pumping wells. Hence, the groundwater declined in spite of the artificial recharge. However, this research showed that, with balanced pumping, the floodwater spreading system could be an efficient way to increase groundwater resources in arid and semi-arid areas. Further research is needed to optimize the floodwater harvesting system to improve its management in view of the uncertain frequency and magnitude of inflow.

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor S. Faye

Résumé

La récupération de l’eau et la recharge artificielle ont été la réponse traditionnelle aux problèmes de pénurie d’eau dans les zones arides et semi-arides du Moyen-Orient depuis des milliers d’années. Ces techniques sont de plus en plus encouragées, et récemment il ya eu un regain d’intérêt pour trouver de meilleures méthodes pour la récupération de l’eau et la recharge artificielle dans de nombreux pays arides. Dans cette étude, des calculs de bilan hydrique et la modélisation des eaux souterraines ont été utilisés pour étudier la performance et la fonction hydrologique d’une technique améliorée de récupération d’eau, le système d’épandage des eaux de crue dans l’Iran aride. Le volume de la recharge dans le système d’épandage des crues étudié varie de quelques centaines de milliers de mètres cubes par mois pendant les périodes de sécheresse à environ 4,5 ×10⁶ m³ par mois durant les périodes pluvieuses. Le gain acquis grâce à la recharge artificielle a, cependant, été diminué par le pompage excessif des eaux souterraines par de nombreux puits nouvellement forés. Ainsi, la nappe a baissé en dépit de la recharge artificielle. Cependant, cette étude a montré que, avec un pompage équilibré, le système d’épandage des crues pourrait être un moyen efficace d’augmenter les ressources en eaux souterraines dans les zones arides et semi-arides. Des recherches complémentaires sont nécessaires pour optimiser le système de récupération des crues pour améliorer la gestion face aux incertitudes sur la fréquence et l’ampleur des flux entrants.

Key words:

• water harvesting
• groundwater modelling
• water balance
• artificial recharge
• floodwater
• floodwater spreading system
• Gareh-Bygone Plain (GBP), Iran

Mots clefs:

• récupération de l’eau
• modélisation des eaux souterraines
• bilan hydrique
• recharge artificielle
• eaux de crue
• système d’épandage des crues
• plaine de Gareh-Bygone
• Iran

Acknowledgements

The authors are grateful to the Centre for Agriculture and Natural Resources, Fars Province, Shiraz, for providing runoff and rainfall data.

Additional information

Funding

Funding from the Crafoord Foundation and the MECW project at the Centre for Middle Eastern Studies, Lund University, is gratefully acknowledged.