@article{gledocs_11858_00-1735-0000-0001-349E-8, author = {Qannam, Ziad}, title = {A hydrogeological, hydrochemical and environmental study in Wadi Al Arroub drainage basin, South West Bank, Palestine}, year = {2003}, publisher = {Geologisches Institut }, abstract = {Die Arbeit enthält die Ergebnisse von hydrologischen, hydrogeologischen, geomorphologischen und hydrochemischen Studien, die zwischen 1998-2002 im Einzugsgebiet des Wadi Al Arroub durchgeführt wurden. Das Arbeitsgebiet besitzt eine Fläche von 61 km2 und ist ein Teil des östlichen Beckens des Mountain Aquifer bzw. ein Teil des Dead Sea - Jordan River Basins. Diese Arbeit hat das Ziel, wesentliche Informationsdefizite bezüglich des Einzugsgebietes zu schließen, sowie Schadstoffe und ihre möglichen Quellen und Wirkungen auf die Wasserressourcen zu identifizieren. Weiterhin werden die Änderungen des Sickerwasserchemismus während der Infiltration in der ungesättigten Wasserzone untersucht und mögliche Maßnahmen zur Verbesserung der Umweltsituation vorgeschlagen. Wesentlicher Bestandteil der Studie war die Durchführung von Gesprächen mit Fachleuten bzw. Behörden, um wasserrelevante Informationen zum Untersuchungsgebiet zu erhalten. Darauf folgten Feldarbeiten mit dem Ziel, die existierenden Wasserressourcen aufzuzeigen, zu klassifizieren und zu kartieren. Ein digitales Geländemodell wurde erstellt, um die abschnittsweise, unsichere Lage der Wasserscheide zu verifizieren, das existierende Abflusssystem abzubilden sowie weitere, notwendige Informationen, wie Raumkoordinaten der Brunnen und Quellen - als Ersatz für eine GPS-Ausrüstung, die nicht für den Forscher hauptsächlich wegen politischen Begrenzungen vorhanden war, abzuleiten. Um die Hauptnutzungsaktivitäten im Untersuchungsgebiet aufzuzeigen und deren Berücksichtigung bei der Berechnung von Oberflächenabfluss und Grundwasserneubildung mit Hilfe der Methode des Bodenerhaltungsservice (SCS) zu gewährleisten, wurde eine Landnutzungskarte erstellt. Zusammengefasst und verdichtet wurden alle zur Verfügung stehenden Ergebnisse in thematischen Karten zur regionalen Geologie, Geomorphologie sowie Hydrogeologie mit Hilfe des GIS-Softwarepaketes TNT-mips. Zusätzlich werden geologische Profile präsentiert. Die Geologie des Gebietes ist durch sedimentäre Carbonatgesteine des Albs bis Holozän gekennzeichnet. Die Wässer der tiefen Brunnen entstammen den Alb- und Turon-Cenoman-Aquiferen, die Wässer der Schachtbrunnen und Quellen dagegen oberflächennahen Aquiferen des quartären Alters. Eine Analyse der geomorphologischen Situation ergibt, dass die Topographie einen weitaus bedeutenderen Einfluss auf das Abfluss- als das Störungsmuster ausübt. Erstere gibt die dominierende W-E-Richtung vor, das Störungsmuster dagegen ist in NNW-SSE- bis N-SRichtung angelegt. Die verhältnismäßig hohe Reliefenergie im Einzugsgebiet von Wadi Al Arroub sowie das große Längungenverhältnis (0,78) zeigen, dass es sich um ein bedeutendes Subbecken handelt und einen großen Beitrag zum Wasserabfluss in das Becken des Toten Meers-Jordangraben leistet. Die hydrologischen Untersuchungen und Datenauswertungen, die hauptsächlich darauf ausgerichtet waren, bisher nicht verfügbare Daten zu Oberflächenabfluss und Grundwasserneubildung zu liefern, belegen unter anderem einen geschätzten, mittleren Jahresniederschlag von 38,14 Mio. m³/a über dem Gebiet. Basierend auf Tagesdaten wurden Verdunstungskoeffizient, potentielle Evapotranspiration, Oberflächenabfluss und aktuelle Evapotranspiration mit 0,72, 1108 mm/a, 6,44 Mio. m³/a und 8,87 Mio. m³/a berechnet. Die Anwendung der empirischen Formel von Wundt und Turc für die Ermittlung der aktuellen Evapotranspiration muss aufgrund des heutigen Kenntnisstandes für das Untersuchungsgebiet abgelehnt werden. Aufgrund der Dürreindizes von De Martonne, Thornthwait sowie der UNESCO lässt sich das Einzugsgebiet des Wadi Al Arroub als humid einstufen. Durch die Studien zum hydrochemischen Charakter der gewonnenen Proben aus Tief- und Schachtbrunnen, Quellen und Leitungssystemen sowie von Regenwasser und Abwasser, konnte gezeigt werden, dass der Niederschlag die einzige Neubildungsquelle für Grundwasser ist. Vermischung von Niederschlag mit Abwasser aus unzulänglich gesicherten Senkgruben und dem Abwasserkanal bzw. die chemische Aufkonzentration mit umweltrelevanten Verbindungen bei der Durchsickerung von ungeschützten Lagerflächen für Tierdung durch Niederschlagswasser sind die Hauptfaktoren für die Entstehung modifizierter Wassertypen und die geringe Wasserqualität im untersuchten Gebiet. Eine durchgeführte Cluster-Analyse, gestützt auf die Tests nach Kruskal-Wallis und Man-Whitney unterteilt die analysierten Wasserproben in zwei Hauptgruppen A und B. Für die Gruppe A, welche ausschließlich nicht- bis gering kontaminierte Wässer einschließt, lassen sich des weiteren drei Untergruppen ausweisen. Quellen und Schachtbrunnen, die sich zwischen den Häusern befinden und eine geringe Kontamination zeigen, werden als Gruppe A1 zusammengefasst. Eine gute Wasserqualität weisen alle Tiefbrunnen (Gruppe A2a) auf. Dies gilt ebenfalls für die Schachtbrunnen und Quellen, die sich nicht in direktem Einflussbereich von Abwasserkanal und Häusern befinden und somit den Stamm der Gruppe A2b bilden. Sehr hohe Kontamination ist für die beprobten Schachtbrunnen der Gruppe B charakteristisch. Sie liegen nahe des Abwasserkanals. Diese statistische Einteilung ist vergleichbar mit der Klassifikation von Piper und Durov. Zur Stützung der getroffenen Aussagen aus den hydrochemischen Analysen wurde am 30.4.1998 eine Beprobung von sieben Quellen und Schacht- bzw. Tiefbrunnen auf ihre 2H-, 18O- und 3H-Gehalte vorgenommen. Isotope sind im allgemeinen gute Tracer für die Ermittlung von Eintragspfaden und mittleren Verweilzeiten des Grundwassers. Daten über die Isotopenzusammensetzung des Niederschlages wurden der zugänglichen Literatur entnommen. Die Isotopenzusammensetzung während der regnerischen Jahreszeit (Winter) schwankt für δ18O zwischen –12 ‰ und +4 ‰ und für δ2H zwischen -80 ‰ und +20 ‰. Die δ18O- und δ2H-Werte aller Proben liegen auf der Mediterranian Meteoric Water Line mit Mittelwerten für δ2H von –25,9 ‰ für δ18O von –5,9 ‰ und einem Deuteriumexzess von 21,1 ‰. Dies beweist ihren meteorischen Ursprung. Der gegenwärtige 3H-Gehalt des Niederschlages liegt bei durchschnittlich 5-6 TU. Die Tritiumanalyse für die Quelle El Bas (5,7 TU) legt aus diesem Grund einen jungen, meteorischen Ursprung nahe. Als praktisch tritiumfrei kann das aus dem tiefen Alb-Aquifer geförderte Grundwasser des Tiefbrunnens Herodion 4 aufgefasst werden. Dessen Tritiumgehalt von 0,4 TU weist auf einen Infiltrationszeitpunkt von spätestens in den frühen 50er Jahren hin, während der Gehalt von 1,5 TU in der Probe vom Tiefbrunnen Beit Fajjar 3 (Turon-Cenoman-Aquifer) auf die späten 50er Jahre hinweisen könnte. Vermutungen zur Mischung von Niederschlags- und Abwasser in Abhängigkeit zur örtlichen Situation werden ebenfalls durch die Isotopenanalysen untermauert. Dies wird deutlich durch die relativ hohen 2H- (-23,8 ‰) und 18O-Werte (-5,56 ‰) sowie dem erniedrigten 3H-Gehalt von 3,8 TU im Wasser des Schachtbrunnen von Haj Hamid 1, der neben dem Abwasserkanal liegt. Dies ist eine weitere Bestätigung für die Aussage, dass es sich um die genannten, durch Zutritt von Abwasser aus dem leckenden Abwasserkanal zum Grundwasser gebildeten Mischwässern handelt. Um den Einfluss des Abwasserkanals auf die Chemie des Regenwassers während seiner Infiltration durch die vadose Zone zu studieren, wurden Sickerwasserproben mit Hilfe von Saugkerzen aus zwei unterschiedlichen Positionen entnommen. Die erste Position liegt unterhalb des Überschwemmungsniveaus des Abwasserkanals, die zweite darüber. Die Proben wurden in den Tiefen von 30, 60 und 90 cm gesammelt. Die Resultate der Analyse zeigen, dass Sickerwasser oberhalb des Kanals als Kalziumkarbonat-Typ, mit erhöhten Alkalien (Natrium) und vorherrschendem Hydrogenkarbonat an allen Abnahmestellen vorliegt. Unterhalb des Kanals herrscht Kalzium trotz teufeabhängiger Zunahme von Natrium vor. In einer Tiefe von 30 cm dominiert Hydrogenkarbonat gegenüber Chlorid, welches mit der Tiefe zunimmt und bei 90 cm unter Geländeoberkante vorherrscht. Im Durov Diagramm liegen alle analysierten Wasserproben auf der Mischungsgeraden. Die Proben von unterhalb des Kanals sind auf der Mischungsgeraden weiter in Richtung Natrium-Chlorid-Typ verschoben, als die Proben von oberhalb des Kanals. Somit ist die Mischung des eingesickerten Regenwassers mit Wasser aus dem unabgedichteten Abwasserkanal anhand der erhöhten Konzentrationen von Natrium und Cl nachgewiesen. Das Ergebnis zeigt, dass alle gemessenen Parameter für die Proben unter dem Kanal viel höher waren als darüber. Die Veränderungen der verschiedenen Mineralphasen im Boden können zwar eine Variation im Kalzium-, Magnesium-, Hydrogenkarbonat- und Siliziumoxid- Gehalt des Sickerwassers erklären, jedoch nicht für die bedeutenden Schwankungen für Natrium, Kalium, Chlorid, Sulfat und Nitrat verantwortlich sein. Dies ist auf das Mischen von Abwasser aus dem Kanal mit dem Sickerwasser zurückzuführen. Die Leitfähigkeit des Sickerwassers nimmt in den ersten 30 cm erheblich zu, von 64 µS/cm auf 790 µS/cm für oberhalb des Kanals gelegene Areale bzw. auf 1425 µS/cm für unterhalb gelegene. Bis 90 cm Tiefe steigt die Leitfähigkeit kontinuierlich auf 1180 µS/cm bzw. 1660 µS/cm an. Dieser Anstieg geht mit der generellen Tendenz steigender Gehalte der Hauptparameter einher. Auffallend ist die geringer werdende Zunahme für die genannten chemischen Hauptkomponenten mit der Tiefe. Zuzuschreiben ist dies der abnehmenden Aggressivität des infiltrierenden Regenwassers, hervorgerufen durch das Lösen von Mineralphasen auf seinem Sickerpfad durch den Boden.}, note = { \url {http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0001-349E-8}}, }