Hydrodynamic behavior of the sedimentary aquifer of the Kou catchment in the southwest of Burkina Faso

L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau souterraine reste peu étudié. La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso qui abrite une grande réserve d’eau souterraine à l’origine de sources exceptionnelles. Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement qui soulèvent une question essentielle : quelle est la part du climat et celle des prélèvements dans l’épuisement de cette ressource ? Pour répondre à cette question, nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques ont été appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques. Elles ont permis de décrire la réponse des eaux souterraines aux forçages du climat et d’identifier les facteurs explicatifs du comportement de la nappe. La modélisation hydrogéologique a pallié certaines limites de ces méthodes statistiques par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale de l’aquifère. Elle a en particulier montré que les pompages ont un impact significatif sur la ressource en eau. En somme, les déficits de précipitation, combinés aux pompages en croissance continue, mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective durable devrait donc revêtir une attention particulière.West Africa is prone to critical climate variability and since the 1970s has been experiencing a long period of drought whose impact on groundwater resources is little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso which holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs. This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion that raises a critical question: what is the share of climate and that of withdrawals in the depletion of the resource? To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling. The statistical methods were applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series to describe the groundwater’s response to climate forcing and to identify explanatory factors of the groundwater’s behaviour. The hydrogeological modeling overcame some of the statistical methods limitations by better heeding the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics. Particularly, it revealed that pumping have significant impact on the resource. To sum up, rainfall deficits combined with growing pumping endanger the resource. Hence, sustainable management of the resource should be a critical issue to pay attention to

Etude du fonctionnement hydrodynamique de l'aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso

West Africa is prone to critical climate variability and since the 1970s has been experiencing a long period of drought whose impact on groundwater resources is little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso which holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs. This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion that raises a critical question: what is the share of climate and that of withdrawals in the depletion of the resource? To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling. The statistical methods were applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series to describe the groundwater’s response to climate forcing and to identify explanatory factors of the groundwater’s behaviour. The hydrogeological modeling overcame some of the statistical methods limitations by better heeding the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics. Particularly, it revealed that pumping have significant impact on the resource. To sum up, rainfall deficits combined with growing pumping endanger the resource. Hence, sustainable management of the resource should be a critical issue to pay attention to.L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau souterraine reste peu étudié. La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso qui abrite une grande réserve d’eau souterraine à l’origine de sources exceptionnelles. Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement qui soulèvent une question essentielle : quelle est la part du climat et celle des prélèvements dans l’épuisement de cette ressource ? Pour répondre à cette question, nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques ont été appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques. Elles ont permis de décrire la réponse des eaux souterraines aux forçages du climat et d’identifier les facteurs explicatifs du comportement de la nappe. La modélisation hydrogéologique a pallié certaines limites de ces méthodes statistiques par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale de l’aquifère. Elle a en particulier montré que les pompages ont un impact significatif sur la ressource en eau. En somme, les déficits de précipitation, combinés aux pompages en croissance continue, mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective durable devrait donc revêtir une attention particulière

Climate Variability and Groundwater Response: A Case Study in Burkina Faso (West Africa)

West Africa experiences great climate variability, as shown by the long-lasting drought since the 1970s. The impacts of the drought on surface water resources are well documented but remain less studied regarding groundwater resources. The nexus between climate variability and groundwater level fluctuations is poorly documented in this area. The present study focuses on the large reserve of groundwater held by the Kou catchment, a tributary of Mouhoun river (formerly the Black Volta) in the southwest of Burkina Faso, in the Sudanian region. Analyses were undertaken using climatic time series (1961–2014), two rivers’ hydrometric data (1961–2014), and 21 piezometers’ time series (1995–2014) applying statistical trend (Mann–Kendall) and break (Pettitt) tests, correlation analysis, and principal component analysis. The analyses showed that rainfall in the area underwent a significant break in 1970 with an 11%–16% deficit between the period before the break and the period after the break that resulted in a deficit three times greater for both surface and base flows. This significant deficit in flow results from the combined effect of a decrease in rainfall and an increase in evapotranspiration. The response of the catchment to the slight increase in rainfall after 1990 was highly dependent on hydrological processes. At Samendéni, on the Mouhoun River, the flow increased with a slight delay as compared to rainfall, because of the slow response of the base flow. Whereas at Nasso on the Kou river, the flow steadily decreased. The analysis showed that the groundwater level responds to rainfall with a delay. Its response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and its response time to interannual variations exceeds the timescale of one year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response