Grundwasserdynamik und Optionen zur Bewirtschaftung des beanspruchten Karbonat-Aquifer-Systems des Western-Aquifer-Basins, Palästina.

Die nachhaltige Bewirtschaftung von grenzüberschreitenden Grundwasserleitern ist üblicherweise schwierig. Diese Schwierigkeiten resultieren aus der Komplexität von natürlichen und anthropogenen Faktoren. Somit ist in jedem Einzelfall die Erarbeitung eines Konzepts erforderlich. In dieser Arbeit wurde das Westliche Aquifer Becken (Western Aquifer Basin - WAB) zwischen West Bank und Israel, welches sich über 6250 km² erstreckt, näher untersucht. Die Grundwasserneubildung erfolgt hauptsächlich über die Infiltration von Niederschlagswasser in den Ausstrichbereichen des Grundwasserleiters. Schätzungsweise betrug die jährliche durchschnittliche Grundwasserneubildung 373 Million m3 zwischen 1951 und 2006. Der Aquifer wird natürlich curch zwei große Quellen drainiert. Jedoch wird gegenwärtig der Großteil des Wassers durch einige hundert Pumpbrunnen entnommen. Die Analyse des Zusammenhanges von Grundwasserneubildung zu Niederschlagsmenge bestätigte, dass die jährliche Grundwasserneubildungsrate hoch ist, wenn der Großteil des jährlichen Niederschlages in den Monaten November, Dezember, Januar und Februar erfolgt. Daher wurde eine empirische Gleichung entwickelt, welche die jährliche Grundwasserneubildung aus den monatlichen Niederschlagsmenge für das Neubildungsgebiet errechnet. Die jährlichen Neubildungsmengen wurden dann dem Neubildungsgebiet räumlich und zeitlich (monatlich) verteilt zugewiesen. Die Zuweisung basierte auf der Verteilung der Faktoren: Niederschlag, Landnutzung, Geometrie der Grundwasserleiter und Ausstrichbereiche. Das Westliche Aquifer Becken wurde mit einem 3-Schicht-Model mit dem Programm MODFLOW-2000 simuliert. Zur Modellkalibrierung diente der Zeitraum 1951-2000. Das Modell wurde mit Daten aus dem Zeitraum 2000-2007 in monatlichem Schritt validiert. Das Modell liefert nützliche Informationen über die physikalischen Eigenschaften des Aquifers, die Fließdynamik und die Wasserbilanz. Die Wasserbilanzierung zeigt, dass im Mittel 62 % der natürlichen Grundwasserneubildung im oberen Sub-Aquifer erfolgt und 11 % des gesamten Aquiferabflusses vom unteren zum oberen Sub-Aquifer fließen. Das transiente Strömungsmodell für das wurde zeitlich bis zum Jahr 2035 ausgedehnt. Ziel war die Evaluierung des Zusammenspiels verschiedener Niederschlags- und Pumpszenarien. Als Ergebnis werden zwei Pumpszenarien vorgeschlagen, welche zu keiner weiteren Wasserspiegelabsenkung führen und einen Quellausfluss sicherstellen: (i) Abpumpen von 85 % des Grundwasserdargebots bei gleichbleibender Niederschlagsmenge (Grundwasserneubildung im Mittel ca. 310 Mm3/Jahr) und (ii) Abpumpen von 85 % der erwarteten Grundwasserneubildung (ca. 254 Mm3/Jahr) bei Rückgang der Niederschlagsmenge gemäß der Vorhersagen der regionalen Klimamodelle.Sustainable management of trans-boundary groundwater aquifers is usually difficult due to the complexity of natural and man-made systems. Therefore, sustainable management of trans-boundary water resources is urgently needed. The Western Aquifer Basin (WAB), in the West Bank and Israel, was depicted as a case study. The aquifer inflow is dominated by the rainfall over the replenishment areas with an estimated annual average 373 Million m3/yr during the period 1951-2006. The analysis of the recharge-rainfall relation confirmed that the annual recharge volumes are directly correlated to the monthly rainfall, where the highest recharge to rainfall ratio occurred whenever the majority of the annual rainfall comes during November, December, January and February. Accordingly, an empirical equation was developed which relates the annual recharge with monthly amounts of rainfall over the replenishment areas of the aquifer. The annual recharge values were then spatially and monthly distributed based on the distribution of rainfall, land use, aquifer geometry and outcropping formations. The WAB, an area extending over 6250 km2, was simulated by a three-layer model using MODFLOW-2000. The model was calibrated during the period 1951-2000 and validated during 2000-2007 in monthly time steps. As a result, the model provides significant information about the aquifer s physical properties, flow dynamics, and aquifer water balance. The water balance shows that an average of 62% of the natural recharge directly replenishes the upper sub-aquifer and 11% of the total aquifer outflow flows from the lower towards the upper sub-aquifer. This transient flow model of the WAB was extended in time, to 2034/2035, in order to evaluate the impact of a combination of different rainfall and pumping scenarios. The results showed a comparison between different scenarios in both water levels and springs discharges under different climate and pumping conditions. Accordingly two pumping scenarios were recommended to maintain the water level and the springs ability to continue discharging. These scenarios are (1) pumping 85% of the historical aquifer yield under the no change in rainfall scenario (i.e. 310 Mm3/yr) and (2) 85% of the 7 year moving average of the aquifer recharge (254 Mm3/yr) under the possible reduction in rainfall as expected by regional climate model