An analytical methodology to estimate the changes in fresh groundwater resources with sea-level rise and coastal erosion in strip-island unconfined aquifers: illustration with Savary Island, Canada

Closed-form analytical solutions for assessing the consequences of climate change on fresh groundwater oceanic island lenses have been developed by hydrogeologists during the last decade. Based on existing equations, this study focuses on the case of strip oceanic islands when three combined effects of climate change are observed to affect the freshwater lens volume and its groundwater resource renewal: sea-level rise, erosion, and change in groundwater recharge rates. New equations, integrating these combined effects of climate change on fresh groundwater resources are provided. These equations are solved by a novel methodology based on a Dupuit-Forchheimer groundwater flow model that allows for determination of the hydrogeological parameters included in the equations. The approach is illustrated with the strip island of Savary, which is located along the Pacific Coast of Canada in the province of British Columbia. This example illustrates, on the one hand, the volume depletion of the island freshwater lens and, on the other hand, the decrease of the renewal rate of groundwater. The proposed approach can be applied to any strip islands worldwide to assess the cumulative effects of sea-level rise and shore erosion on groundwater resources, depending on the predicted climate change scenarios. The results can then help decision-makers to anticipate the effects of climate change on the groundwater availability in strip oceanic islands and plan future groundwater use accordingly. Des solutions analytiques de forme fermee visant a estimer les consequences du changement climatique sur les lentilles d’eau douce souterraine d’une ile oceanique ont ete developpees par les hydrogeologues au cours de la derniere decennie. Sur la base des equations existantes, la presente etude se concentre sur le cas des iles oceaniques etroites, ou l’on observe trois effets conjugues du changement climatique affectant le volume de la lentille d’eau douce et le renouvellement de sa ressource en eaux souterraines: la montee du niveau de la mer, l’erosion et le changement du taux de recharge des eaux souterraines. Des equations nouvelles, integrant les effets combines du changement climatique sur les ressources d’eau douce souterraines sont fournies. Ces equations sont resolues a l’aide d’une nouvelle methodologie basee sur le modele d’ecoulement des eaux souterraines de Dupuit-Forchheimer qui permet de determiner les parametres hydrogeologiques compris dans les equations. Cette approche est. illustree par l’ile etroite de Savary, situee sur la cote pacifique du Canada, dans la province de la Colombie Britannique. Cet exemple illustre, d’une part la diminution du volume de la lentille d’eau douce de l’ile et d’autre part la decroissance du taux de renouvellement des eaux souterraines. L’approche proposee peut etre appliquee a toutes les iles etroites a travers le monde pour evaluer les effets cumules de la montee du niveau de la mer et de l’erosion du littoral sur les ressources en eaux souterraines en fonction des scenarios de changement climatique pressentis. Les resultats peuvent ainsi aider les decideurs a anticiper les effets du changement climatique sur la disponibilite des eaux souterraines dans les iles oceaniques etroites et preparer en consequence un futur plan d’utilisation des eaux souterraines.