An integrated approach for the investigation of unconsolidated aquifers in a brackish environment - A case study on the Jordanian side of the lower Jordan Valley

Abstract

Grundwassersysteme in semi-ariden Gebieten sind meist nicht ausreichend hydrogeologisch charakterisiert und langfristige Datenaufzeichnungen sind generell nicht erhältlich. Langfristige Datenaufzeichnung sind hingegen notwendig, um zukünftige Grundwasserentnahmestrategien festzulegen oder um den Einfluss von Klimaveränderungen auf das Grundwassersystem zu prognostizieren. Um das Problem unvollständiger Datensätze zu umgehen wurde ein integrierter Ansatz gewählt. Dieser Ansatz basiert zum Teil auf der Verwendung von weichen Informationen. Demonstriert wird dieser integrierte Ansatz am südlichsten Teil des unteren Jordantals/ Jordanien.Das untere Jordantal ist Teil des Wadi Araba- Totes Meer Transform Störungssystem, welches sich vom Roten Meer bis zum See Genezareth und darüber hinaus fortsetzt. Die andauernde linksseitige Lateralverschiebung, die mittlerweile einen Versatz von ungefähr 107 km aufweist, findet zwischen der Arabischen Platte im Osten und dem nordöstlichen Teil der Afrikanischen Platte im Westen statt. Extensionsbewegungen sorgten für die Bildung und tiefe topographische Lage des unteren Jordantals. Das vorwiegend aride Klima führte zur Ablagerung mächtiger Salzhorizonte. Lakustrine und klastische Sedimente komplettieren das sedimentologische Bild. Das subtropische Klima, mit langen warmen Sommern und milden und humiden Wintern, sorgt für exzellente landwirtschaftliche Bedingungen. Daher ist das untere Jordantal auch unter dem Namen Brotkorb Jordaniens bekannt und wird daher intensiv landwirtschaftlich genutzt. Da Landwirtschaft in den langen Sommermonaten nur mit künstlicher Bewässerung möglich ist, werden landwirtschaftliche Aktivitäten durch die Menge des vorhandenen Bewässerungswassers begrenzt. Dies führte zum Abteufen von mehreren hundert Brunnen und zur Abstraktion großer Mengen Grundwasser. Grundwasser liefert heute immer noch den größten Teil des Bewässerungswassers im Arbeitsgebiet. Dieses führt zu einer zunehmenden Beeinträchtigung des Grundwassersdargebots und dessen Qualiät seit den sechziger Jahren und Anzeichen von Überpumpung und ansteigender Bodenversalzung sind deutlich erkennbar.Voraussetzung für eine nachhaltige Nutzung der Wasserressourcen und die Abschätzung der Auswirkung von Klimaveränderung auf die vorhandenen Wasserressourcen ist eine möglichst vollständige Einschätzung der vorhandenen Wasserressourcen einschließlich ihrer Qualität. Um das komplexe hydrogeologische System ausreichend beschreiben zu können, werden geologische, geophysikalische, hydrogeologische und hydrochemische Methoden miteinander kombiniert. Mit der Hilfe von geologischen, hydrochemischen und geophysikalischen Methoden wird die Aquifergeometrie bestimmt. Was die Wasserbilanz betrifft: der Grundwasserzustrom in den betrachteten Aquifer wird mit der Hilfe von geologischen Methoden und vorhandenen Datensätzen abgeschätzt, während Grundwasserentnahmeraten mit der Hilfe von Fernerkundungs- und Pflanzenwasserbedarfsansätzen abgeschätzt wird. Ein historischer Ansatz wurde gewählt, um den Rand- und Extrembedingungen, unter denen das Grundwassersystems in der Vergangenheit stand, nachzugehen. Anschließend wurden diese Informationen in einem instationären 3-dimensionalen finite Elemente Grundwasserströmungsmodell verarbeitet. Um verlässliche Aussagen über zukünftige nachhaltige Grundwasserentnahmestrategien und Einfluss von Klimaänderungen auf das Grundwassersystem zu treffen wurde das Modell gegen die Rand und Extrembedingungen aus dem historischen Ansatz simuliert. Diese Stressperioden schließen Zeiträume extremen Niederschlags, Trockenperioden und einschneidende anthropogene Einflüsse, z.B. Konstruktion von Staudämmen und militärische Konflikte, mit ein. 38 Jahre, von dem Beginn der landwirtschaftlichen Entwicklung bis 2001, wurden simuliert. Empfehlungen über zukünftige nachhaltige Grundwasser-entnahmestrategien werden gegeben.