Ein integrierter Ansatz zur Untersuchung von Lockergesteinsaquiferen in einer brackigen Umgebung - Eine Fallstudie auf der jordanischen Seite des unteren Jordantals

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.In semi-arid areas groundwater systems are frequently not sufficiently characterized hydrogeologically and long term data records are generally not available. Long-term time series are necessary, however to design future groundwater abstraction scenarios or to predict the influence of future climate change effects on groundwater resources. To overcome these problems an integrated approach for the provision of a reliable database based on sparse and fuzzy data is proposed. This integrated approach is demonstrated in the lowermost area of the Jordan Valley/ Jordan.The lower Jordan Valley is part of the Jordan Dead Sea Wadi Araba Transform Faults system, which extends from the Red Sea to lake Tiberias and beyond with a major 107 km sinistral strike-slip fault between the Arabian plate to the east and the northeastern part of the African plate to the west. Due to extensional forces a topographic depression was formed. As a result of an arid environment it is filled with evaporites, lacustrine sediments, and clastic fluvial components. Due to the availability of irrigation water and a subtropical climate with hot, dry summers and mild humid winters provide excellent farming conditions. Therefore the Jordan Valley is considered as the food basket of Jordan and is used intensively for agriculture. Since groundwater is the major source for irrigation hundreds of shallow wells were drilled and large amounts of groundwater were abstracted. Consequently groundwater quality decreased rapidly since the sixties and signs of overpumping and an increase in soil salinity could clearly be seen.In order to achieve a sustainable utilization of water resources and to quantify the impact of climate change on water resources a proper assessment of the groundwater resources as well as their quality is a prerequisite. In order to sufficiently describe the complex hydrogeologic flow system an integrated approach, combining geological, geophysical, hydrogeological, historical, and chemical methods was chosen. The aquifer geometry and composition is described with the help of geological, hydochemical, and geophysical methods. As far as the water budget is concerned, the recharge to the considered aquifer is estimated with geological methods and available data sets, while the abstraction from the aquifer is estimated with the help of remote sensing techniques. A historical approach is used to detect the general conditions under which the groundwater system has been in the past. Afterwards this information is implemented into a numerical 3-D transient model integrating all important features of the hydrogeological system. In order to be able to give reliable predictions about the impacts of climate change scenarios on the groundwater system the flow model was tested against stress periods depicted during the historical review of the test area. These stress periods include periods of intense rainfall, of drought, and of anthropogenic impacts, like building of storage dams and of violent conflicts. 38 years, starting from the agricultural development of the lower Jordan Valley until 2001 were simulated. Recommendations for future sustainable groundwater abstractions are given