Littérature scientifique sur le sujet « Hydrogeologie, Grundwasser, Modellierung, Irak »

The region of interest is part from Iraqi western desert covering an area about 100,000 km². Several of the large wadis such as Hauran, Amij, Ghadaf, Tubal and Ubaiydh traverse the entire region and discharge into the Euphrates River. The present study included the following hydrogeological investigations: Lineaments interpretation was done by using different data sets (SRTM 30 m and Landsat ETM 15m), within different algorithms. Some faults recognized by field survey match rather well with the automatically extracted lineaments with only a small difference between field data and re-mote sensed data. The groundwater flow directions (west to east) for three aquifers were determined by using different spatial interpolation algorithms. Due to the faults impact, the flow direction gets a slightly other direction when reaching the fault’s zone. Two pumping test were performed close to fault 2 in the unconfined aquifer Dammam using well no. 9 and 17. Results of pumping test and recovery were evaluated with the analytical model MLU for Windows. Well 17 shows a slightly higher transmissivity (0.1048 m²/min) in compari-son to well 9 (T= 0.0832 m²/min). This supports the assumption of a zone of unique elevated permeability between fault 1 and fault 2 because of the tectonic stress and the anticline structure. The catchment and watershed delineation was performed by means of four GIS packages utilizing three DTM´s: 90 m and 30 m SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) and the ASTER 30 m. A thorough field survey and manual catchment delineation of the same area was available from Division 1944. Software used was Arc Hydrotools, TNTmips, River Tools and TecDEM. Ten 90 m SRTM and twelve 30 m ASTER files were merged by means of ArcGIS. The 30 m SRTM dataset of Iraq was supplied by courtesy of the US Army and the region of interest (ROI) was clipped from this DTM using ArcGIS. No additional steps were performed with both DTM data sets before using the mentioned software products to perform the catchment analysis. As a result the catchment calculations were significantly different for both 30 m and 90 m data and the different software products. The groundwater model implemented in Visual Modflow V.4.2 was built by 5 main layers repre-senting Dammam aquifer, first aquiclude, UmEr Duhmma aquifer, second aquiclude and the Tayarat aquifer. Averaged readings of groundwater head from 102 observation wells were used to calibrate the model. Calculated recharge average was 17.5 mm/year based on the water balance for ~30 years (1980-2008). A sensitivity analysis was performed by using different permeability and recharge values. However, the model showed a rather low sensitivity because the values of the standard error of the estimation were between 2.27 m and 3.56 m. Models with recharge less than 11.85 mm/year or more than 60 mm/year did not converge and thus failed to produce a result. Models with Kf values from 1.1-3 to 1.1-4 m/s for aquifers and from 1.1-7 to 1.1-8 m/s for aquicludes converged. Water budget is about 2.17*10¹⁰ m³/year; by irrigating the greenhouses this budget will cover only 1.75% of the total area. However, this value could be upgraded up to 8 – 9 % by utilizing the groundwater inflow from Saudi Arabia
Das Untersuchungsgebiet umfasst eine Fläche von etwa 100.000 km² und ist Teil der westlichen irakischen Wüste. Einige der großen Wadis wie Hauran, Amij, Ghadaf, Tubal und Ubaiydh durchqueren die gesamte Region und entwässern in den Euphrat. Die vorliegende Arbeit umfasst folgende hydrogeologische Untersuchungen: Die Interpretation der Lineamente wurde anhand verschiedener Datensätze (SRTM 30 m und Landsat ETM 15 m) und unter Nutzung unterschiedlicher Algorithmen durchgeführt. Einige Störungen, welche während Feldmessungen identifiziert wurden, stimmen gut mit automatisch extrahierten Lineamenten überein, der Unterschied zwischen Feld- und Fernerkundungsdaten ist somit gering. Die Ermittlung der Grundwasserfließrichtungen (von West nach Ost) der drei Aquifere erfolgte unter Nutzung verschiedener Algorithmen zur räumlichen Interpolation. Es zeigte sich, dass die Störungen zu einer leichten Veränderung der Fließrichtung mit zunehmender Nähe zur Störungszone führen. Zwei Pumpversuche in den Brunnen 9 und 17 wurden nahe der Störung 2 im ungesättigten Aquifer Dammam durchgeführt. Die Auswertung der Ergebnisse der Pump- und Wiederanstiegsversuche erfolgte mittels des analytischen Modells MLU für Windows. Es zeigte sich, dass Brunnen 17 eine leicht höhere Transmissivität aufweist (T = 0,1048 m²/min) im Vergleich zu Brunnen 9 (T = 0,0832 m²/min). Dies unterstützt die Annahme der Existenz einer Zone erhöhter Permeabilität zwischen den Störungen 1 und 2, verursacht durch tektonischen Stress und die Antiklinalstruktur. Die Erfassung von Einzugsgebiet und Wasserscheiden erfolgte anhand von vier GIS-Paketen unter Nutzung von 3 DTM’s: 90 m und 30 m SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) sowie ASTER 30 m. Genaue Daten aus einer Feldkampagne und eine manuelle Abgrenzung des Einzugsgebietes derselben Region standen zur Verfügung (Division 1944). Als Software kamen Arc Hydrotools, TNTmips, River Tools und TecDEM zum Einsatz. Zehn SRTM- (90 m) und zwölf ASTER-Files (30 m) wurden mittels ArcGIS vereinigt. Ein 30 m SRTM-Datensatz des Irak (bereitgestellt durch die US-Armee) diente als Grundlage für das Ausschneiden des Untersuchungsgebietes (ROI) mit Hilfe von ArcGIS. An beiden DTM Datensätzen wurden vor der Ermittlung des Einzugsgebietes mit den genannten Software-Produkten keine zusätzlichen Schritte durchgeführt. Als Resultat ergaben sich signifikante Unterschiede zwischen den 30 m und 90 m Datensätzen sowie der verschiedenen Software. Das in Visual Modflow V.4.2 implementierte Grundwassermodell wurde aus fünf Hauptschichten bestehend aus Dammam Aquifer, erster Stauer, UmEr Duhmma Aquifer, zweiter Stauer und Tayarat Aquifer aufgebaut. Durchschnittliche Werte der Grundwasserstände aus 102 Observationsbrunnen dienten der Kalibrierung des Modells. Die berechnete mittlere Grundwasserneubildung betrug 17,5 mm/a, basierend auf dem Wasserhaushalt der letzten 30 Jahre (1980-2008). Unter Einbeziehung verschiedener Werte für Permeabilität und Grundwasserneubildung wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Dabei ergab sich allerdings eine geringe Empfindlichkeit des Modells, resultierend aus einer Standardabweichung der Schätzung zwischen 2,27 m und 3,56 m. Modelle mit einer Grundwasserneubildung kleiner 11,85 mm/a und größer 60 mm/a zeigten keine Konvergenz und führten somit zu keinem Ergebnis. Modelle mit kf Werten zwischen 1.1-3 und 1.1-4 m/s für Aquifere und zwischen 1.1-7 und 1.1-8 m/s für Grundwasserstauer konvergierten. Die Grundwasserneubildung betrug etwa 2,17∙10¹⁰ m³/a, für die Bewässerung von Gewächshäusern deckt diese Summe nur 1,75% des gesamten Gebietes ab. Allerdings könnte dieser Wert durch die Nutzung des Grundwasserzuflusses aus Saudi Arabien auf 8 – 9% gesteigert werden

Die Analyse der hydrogeologischen Verhältnisse im weiteren Vorerzgebirgssenkenraum setzte neben einer großräumigen Erfassung, einen Abgleich und eine Interpretation und Zusammenfassung hydrogeologischer, hydrologischer, geologischer und weiterer Daten voraus. Es entstand eine breite maßstabsgerechte Basis für die Bearbeitung hydrogeologischer Schwerpunktthemen und eine großräumige hydrogeologische Modellierung des Untersuchungsraumes. In Verbindung mit der Recherche und Analyse hydrogeologischer Prozesse in sedimentären Senken weltweit und der Prüfung der Übertragbarkeit solcher Vorgänge auf die Vorerzgebirgssenke konnten hypothetische Ansätze zur Erklärung von Genese und Hydraulik tiefer Grundwässer in der Vorerzgebirgssenke entwickelt werden. Im Ergebnis wurden (para-) autochthone Genesemodelle zur Erklärung der Vorkommen höher mineralisierter Grundwässer favorisiert. Die hydraulische Modellierung belegte die Bedeutung von Störungs- und Kluftzonen als Hauptbewegungsbahnen des Grundwassers. Lokale und intermediäre Grundwasserfließsysteme dominieren dabei den topographisch induzierten Grundwasserfluss.

Due to the low amount or unfavorable annual distribution of precipitation the exploration, allocation, sustainable exploitation, and protection of replenishable as well as fossile water resources are challanging tasks in semiarid and arid regions. Beside a few natural or artifcial surface water reservoirs the porous underground at the same time is the largest storage and transport medium for water and provides protection against evaporation and to a certain degree against surcficial introduction of contaminants. This situation is characteristic for the Near East and thus for the selected investigation areas, that are located in Israel and the West Bank, and that are subject of the conducted partail studies that are presented. The work focuses on three main subjects. On the one hand, it deals with the characterization of the young groundwater components of the discharge of four major springs of Wadi Qilt and Jericho, as well as of sampled deep wells of three important well fields. All of these objects discharge or abstract water from the Upper and Lower Judea Group Aquifer. With a thickness of about 750 m it is one of the most important groundwater reservoirs of the region and comprises mainly to varying degrees karstified and fractured limestones and dolomites. These formations underwent uplift during Senonian to Eocenian times forming a pair of double-plunging anticlinal structures (Hebron and Ramallah or Judea and Samaria Mountains, respectively) that are again subdivided into minor anticlines and synclines. The groundwater replenishment is restricted to the winter season between October and April, and to the crestal area of the mountains, where the otherwise covered aquifer rocks crop out. A strategy was developed to interpret the applied tracers for all locations in a similar way using a lumped parameter approach, which enables a direct comparison. On the other hand, the work investigates salinization processes in the Shallow Aquifer of Jericho and their discrimination. Potential sources for salinization are remnant brines that are activated to flow into the range of well extraction due to groundwater overexploitation, dissolution of salts, or formation waters from the Lisan formation. These layers represent the sediments of Lake Lisan, the Pleistocene precursor of the Dead Sea. A discrimination of the salinization mechanisms is important to develope reasonable measures to limit or lower the salt concentration in the affected wells. Consequently, the relevant measured but also potential main hydrochemical indicators and isotope tracers are identified. The large uncertainties with respect to the establishment of a well-founded water balance and to the insuffcient knowledge about the geology of the small-scale area of Jericho are discussed. Because the interpretation of the measured helium samples from the fractured and karstified aquifer of the Cretaceous Judea Group is limited, the dependencies of the He-4 accumulation in groundwater in an idealized dual-continuum aquifer are investigated with respect to the relation of the He-4 mass fluxes and the system response time to the varied parameters (groundwater head gradient, hydraulic conductivities, dispersivities, porosities) by means of a sensitivity analysis. Although the system response time is not a system variable as such it clearly turned out that knowledge about it may be an important information for the interpretation of He concentrations in groundwaters of non-stationary systems. To enhance the visual post-processing of the parameter sensitivity analysis an easily interpretable way of data presentation is introduced
Semiaride und aride Gebiete stellen aufgrund des niedrigen oder ungünstig verteilten Niederschlagsdargebots eine besondere Herausforderung bezüglich Erkundung, Bereitstellung, nachhaltiger Nutzung und Schutz sich neu bildender, aber auch fossiler Wasserresourcen dar. Abgesehen von wenigen natürlichen oder künstlich angelegten Oberflächenreservoiren ist der poröse Untergrund dabei gleichzeitig Hauptspeicher und Transportmedium für Wasser und bietet einen Schutz gegen Verdunstung und bis zu einem gewissen Grade gegen oberflächig einwirkende Verunreinigungen. Diese Situation ist charakteristisch für den Nahen Osten und damit für die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Teiluntersuchungsgebiete, die sich in Israel und der West Bank befinden. Die Arbeit behandelt drei Hauptthemen. Einerseits geht sie auf die Charakterisierung der Jungwasseranteile im Abfluß vier bedeutender Quellen des Wadi Qilts und Jerichos sowie in beprobten tiefen Brunnen dreier wichtiger Brunnenfelder ein. Alle diese Objekte entwässern bzw. entnehmen Wasser aus dem Oberen oder Unteren Judea Group Aquifer. Mit ca. 750 m Mächtigkeit stellt dieser eines der bedeutensten Grundwasserreservoire der Region dar und besteht hauptsächlich aus unterschiedlich stark verkarsteten und gestörten Kalkstein- und Dolomitformationen, welche zwischen dem Senon und Eozän in Form einer in sich weiter gegliederten, beid-seitig abtauchenden Doppelantiklinalstruktur herausgehoben wurde (Hebron und Ramallah bzw. Judea und Samaria Mountains). Die Grundwasserneubildung ist beschränkt auf die Zeit zwischen Oktober und April sowie auf die Kammlagen des Gebirges, wo die sonst bedeckten Schichten des Aquifers ausstreichen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die eingesetzten Tracer auf ähnliche Weise mit Hilfe von Lumped Parameter-Modellen für alle Lokationen zu interpretieren und somit eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Andererseits untersucht die Arbeit Versalzungsprozesse im Shallow Aquifer von Jericho und deren Abgrenzung untereinander. Mögliche Hauptquellen der Versalzung sind durch überhöhte Grundwasserentnahme verstärke Zuflüsse von Solen, die Lösung von Salzen aus der Lisan-Formation oder Formationswässer der Lisan-Formation, welche die Ablagerungen des Lisan-Sees, des Pleistozänen Vorgängers des heutigen Toten Meeres, repräsentieren. Eine Unterscheidung der Mechanismen hat dabei durchaus Bedeutung für die Festlegung geeigneter Gegenmaßnahmen. Demzufolge werden die ermittelten, aber auch weitere, potentielle hydrochemische Hauptindikatoren und Tracer benannt. Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der Aufstellung einer Wasserbilanz, als auch einer unzureichend bekannten Geologie für das sehr kleinräumige Gebiet von Jericho werden diskutiert

Die Analyse der hydrogeologischen Verhältnisse im weiteren Vorerzgebirgssenkenraum setzte neben einer großräumigen Erfassung, einen Abgleich und eine Interpretation und Zusammenfassung hydrogeologischer, hydrologischer, geologischer und weiterer Daten voraus. Es entstand eine breite maßstabsgerechte Basis für die Bearbeitung hydrogeologischer Schwerpunktthemen und eine großräumige hydrogeologische Modellierung des Untersuchungsraumes. In Verbindung mit der Recherche und Analyse hydrogeologischer Prozesse in sedimentären Senken weltweit und der Prüfung der Übertragbarkeit solcher Vorgänge auf die Vorerzgebirgssenke konnten hypothetische Ansätze zur Erklärung von Genese und Hydraulik tiefer Grundwässer in der Vorerzgebirgssenke entwickelt werden. Im Ergebnis wurden (para-) autochthone Genesemodelle zur Erklärung der Vorkommen höher mineralisierter Grundwässer favorisiert. Die hydraulische Modellierung belegte die Bedeutung von Störungs- und Kluftzonen als Hauptbewegungsbahnen des Grundwassers. Lokale und intermediäre Grundwasserfließsysteme dominieren dabei den topographisch induzierten Grundwasserfluss.

Due to the low amount or unfavorable annual distribution of precipitation the exploration, allocation, sustainable exploitation, and protection of replenishable as well as fossile water resources are challanging tasks in semiarid and arid regions. Beside a few natural or artifcial surface water reservoirs the porous underground at the same time is the largest storage and transport medium for water and provides protection against evaporation and to a certain degree against surcficial introduction of contaminants. This situation is characteristic for the Near East and thus for the selected investigation areas, that are located in Israel and the West Bank, and that are subject of the conducted partail studies that are presented. The work focuses on three main subjects. On the one hand, it deals with the characterization of the young groundwater components of the discharge of four major springs of Wadi Qilt and Jericho, as well as of sampled deep wells of three important well fields. All of these objects discharge or abstract water from the Upper and Lower Judea Group Aquifer. With a thickness of about 750 m it is one of the most important groundwater reservoirs of the region and comprises mainly to varying degrees karstified and fractured limestones and dolomites. These formations underwent uplift during Senonian to Eocenian times forming a pair of double-plunging anticlinal structures (Hebron and Ramallah or Judea and Samaria Mountains, respectively) that are again subdivided into minor anticlines and synclines. The groundwater replenishment is restricted to the winter season between October and April, and to the crestal area of the mountains, where the otherwise covered aquifer rocks crop out. A strategy was developed to interpret the applied tracers for all locations in a similar way using a lumped parameter approach, which enables a direct comparison. On the other hand, the work investigates salinization processes in the Shallow Aquifer of Jericho and their discrimination. Potential sources for salinization are remnant brines that are activated to flow into the range of well extraction due to groundwater overexploitation, dissolution of salts, or formation waters from the Lisan formation. These layers represent the sediments of Lake Lisan, the Pleistocene precursor of the Dead Sea. A discrimination of the salinization mechanisms is important to develope reasonable measures to limit or lower the salt concentration in the affected wells. Consequently, the relevant measured but also potential main hydrochemical indicators and isotope tracers are identified. The large uncertainties with respect to the establishment of a well-founded water balance and to the insuffcient knowledge about the geology of the small-scale area of Jericho are discussed. Because the interpretation of the measured helium samples from the fractured and karstified aquifer of the Cretaceous Judea Group is limited, the dependencies of the He-4 accumulation in groundwater in an idealized dual-continuum aquifer are investigated with respect to the relation of the He-4 mass fluxes and the system response time to the varied parameters (groundwater head gradient, hydraulic conductivities, dispersivities, porosities) by means of a sensitivity analysis. Although the system response time is not a system variable as such it clearly turned out that knowledge about it may be an important information for the interpretation of He concentrations in groundwaters of non-stationary systems. To enhance the visual post-processing of the parameter sensitivity analysis an easily interpretable way of data presentation is introduced.:Impressum Kurzfassung Abstract List of Figures List of Tables Introduction Geology and hydrogeological background Theory and application of environmental tracers to characterize groundwater flow Methodology Results Summary Conclusions
Semiaride und aride Gebiete stellen aufgrund des niedrigen oder ungünstig verteilten Niederschlagsdargebots eine besondere Herausforderung bezüglich Erkundung, Bereitstellung, nachhaltiger Nutzung und Schutz sich neu bildender, aber auch fossiler Wasserresourcen dar. Abgesehen von wenigen natürlichen oder künstlich angelegten Oberflächenreservoiren ist der poröse Untergrund dabei gleichzeitig Hauptspeicher und Transportmedium für Wasser und bietet einen Schutz gegen Verdunstung und bis zu einem gewissen Grade gegen oberflächig einwirkende Verunreinigungen. Diese Situation ist charakteristisch für den Nahen Osten und damit für die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Teiluntersuchungsgebiete, die sich in Israel und der West Bank befinden. Die Arbeit behandelt drei Hauptthemen. Einerseits geht sie auf die Charakterisierung der Jungwasseranteile im Abfluß vier bedeutender Quellen des Wadi Qilts und Jerichos sowie in beprobten tiefen Brunnen dreier wichtiger Brunnenfelder ein. Alle diese Objekte entwässern bzw. entnehmen Wasser aus dem Oberen oder Unteren Judea Group Aquifer. Mit ca. 750 m Mächtigkeit stellt dieser eines der bedeutensten Grundwasserreservoire der Region dar und besteht hauptsächlich aus unterschiedlich stark verkarsteten und gestörten Kalkstein- und Dolomitformationen, welche zwischen dem Senon und Eozän in Form einer in sich weiter gegliederten, beid-seitig abtauchenden Doppelantiklinalstruktur herausgehoben wurde (Hebron und Ramallah bzw. Judea und Samaria Mountains). Die Grundwasserneubildung ist beschränkt auf die Zeit zwischen Oktober und April sowie auf die Kammlagen des Gebirges, wo die sonst bedeckten Schichten des Aquifers ausstreichen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die eingesetzten Tracer auf ähnliche Weise mit Hilfe von Lumped Parameter-Modellen für alle Lokationen zu interpretieren und somit eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Andererseits untersucht die Arbeit Versalzungsprozesse im Shallow Aquifer von Jericho und deren Abgrenzung untereinander. Mögliche Hauptquellen der Versalzung sind durch überhöhte Grundwasserentnahme verstärke Zuflüsse von Solen, die Lösung von Salzen aus der Lisan-Formation oder Formationswässer der Lisan-Formation, welche die Ablagerungen des Lisan-Sees, des Pleistozänen Vorgängers des heutigen Toten Meeres, repräsentieren. Eine Unterscheidung der Mechanismen hat dabei durchaus Bedeutung für die Festlegung geeigneter Gegenmaßnahmen. Demzufolge werden die ermittelten, aber auch weitere, potentielle hydrochemische Hauptindikatoren und Tracer benannt. Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der Aufstellung einer Wasserbilanz, als auch einer unzureichend bekannten Geologie für das sehr kleinräumige Gebiet von Jericho werden diskutiert.:Impressum Kurzfassung Abstract List of Figures List of Tables Introduction Geology and hydrogeological background Theory and application of environmental tracers to characterize groundwater flow Methodology Results Summary Conclusions