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.:List of Content Page Dedication ………………………………..………………..2 Acknowledgment ………………………………..………………..3 List of contents …………………………………..……………..4 List of Figures ………..……………………………..….......…8 List of Tables ………..……………………………….…….…9 List of abbreviations ………..……………………………….………10 English Abstract ……………………………………….………..12 German Abstract ..………………...…………………….……….14 1 Introduction ………..……………………………….………16 1-1 Preface ………..……………………………….………16 1-2 Region of interest ………..……………………………….………16 1-3 Previous Studies ………..……………………………….………17 1-3-1 Local studies ………..……………………………….………17 1-3-1-1 Hydrogeological Studies ………..………………………….…….17 1-3-1-2 Remote Sensing Studies ………..………………………….…….18 1-3-2 Global studies …..……………………………….…….18 1-3-2-1 Groundwater flow and fracture zone ..………………………...19 1-3-2-2 Lineaments extraction ………..…………………………….….19 1-3-2-3 Watershed delineation ………..……………………….……….20 1-4 Importance of investigation area ……………..………………..…24 1-5 Motivation ………..……………………………….…….…24 1-6 Deliverables ………..……………………………….………24 1-7 Problems ………..……………………………….………26 2 Methodology ………..……………………………….………27 2-1 Literature review ………..……………………………….………27 2-2 Personal contact ………..……………………………….………27 2-3 Field work ………..……………………………….………27 2-4 Evaluation of geological data ………………………….………27 2-4-1 Geological cross section ….……..……………………….27 2-4-2 Fault system by means of remote sensing techniques …..………28 2-5 Climate and Meteorology..…..………………………………....……28 2-5-1 Meteorological data ………..……………………………….………28 2-5-2 Aridity index ………..……………………………….………28 2-5-3 Groundwater recharge ………..…………………………….….29 2-5-4 Vegetation index ………..……………………………….………29 2-5-5 Actual evaporation ………..……………………………….………30 2-5-6 Soil moisture ………..……………………………….………32 2-5-7 Runoff ………..……………………………….………32 2-6 Hydrogeology ………..……………………………….………34 2-6-1 Pumping test ………..……………………………….………34 2-6-2 Groundwater flow ………..……………………………….………34 2-6-3 Wadi catchment delineation ……………………………….…34 2-6-3-1 Dataset ………..……………………………….………34 2-6-3-2 Approaches ………..……………………………….………34 2-6-3-3 Software packages ………..……………………………….………35 2-6-4 PC options ………..……………………………….………39 2-6-5 Groundwater Model ………..……………………………….………39 2-6-5-1 Conceptual model ………..……………………………….………40 2-6-5-2 Input ………..……………………………….………41 2-6-5-3 Properties ………..……………………………….………41 2-6-5-4 Boundary conditions ………..……………………………….………41 2-6-5-5 Observation wells ………..……………………………….………42 2-6-5-6 Solver ………..……………………………….………42 2-6-5-7 Calibration ………..……………………………….………42 3 Geological setting ………..……………………………….………44 3-1 Preface ………..……………………………….………44 3-2 Tectonic and structure …………………………………………..…...44 3-3 Stratigraphy ………..……………………………….………46 3-3-1 Tayarat formation ………..……………………………….………47 3-3-2 Umm Er Radhumma formation ………………………………....47 3-3-3 Dammam formation ………..……………………………….………48 3-3-4 Euphrates formation………..…………………………………………48 3-4 Topography and Ubaiydh Wadi …………………………………49 4 Climate and meteorology.…………………………………..………51 4-1 Preface ………..……………………………….………51 4-2 Precipitation ………..……………………………….………51 4-3 Temperature ………..……………………………….………52 4-4 Potential evaporation …………………………………………53 4-5 Relative humidity ………..……………………………….………54 4-6 Wind ………..……………………………….………55 4-7 Sunshine duration ………..……………………………….………56 5 Hydrogeology ………..……………………………….………57 5-1 Preface ………..……………………………….………57 5-2 Tayarat aquifer ………..……………………………….………57 5-2-1 Pressure conditions ………..……………………………….………57 5-2-2 Hydraulic characteristics …………………………………………57 5-2-3 Water quality ………..……………………………….………58 5-3 Um Er Radumma aquifer …………………………………………58 5-3-1 Pressure conditions ………..……………………………….………58 5-3-2 Hydraulic characteristics …………………………………………58 5-3-3 Water quality ………..……………………………….………59 5-4 Dammam aquifer ………..……………………………….………59 5-4-1 Pressure conditions ………..……………………………….………59 5-4-2 Hydraulic characteristics …………………………………………60 5-4-3 Water quality ………..……………………………….………60 6 Result and discussion …………………………………………61 6-1 Topographic contour map …………………………………………61 6-2 Geological cross section …………………………………………62 6-3 Lineaments evaluation …………………………………………65 6-4 Groundwater flow ………..……………………………….………66 6-5 Pumping test evaluation …………………………………………70 6-6 Catchment calculation …………………………………………72 6-7 Water balance and Recharge ……………………………….…76 6-8 Groundwater model ………..……………………………….………78 6.8.1 Model sensitivity ………..……………………………….………80 6.8.2 Groundwater management ……………………………….…83 7 Conclusion and recommendations …………………………………84 7.1 Conclusion ………..……………………………….…….…84 7.2 Recommendations ………..……………………………….…….…85 8 References ………..……………………………….………86 9 Appendixes ………..……………………………….………90 10 Field work Photos ………..……………………………….………115 11 Author CV. ………..……………………………….………116 / 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.:List of Content Page Dedication ………………………………..………………..2 Acknowledgment ………………………………..………………..3 List of contents …………………………………..……………..4 List of Figures ………..……………………………..….......…8 List of Tables ………..……………………………….…….…9 List of abbreviations ………..……………………………….………10 English Abstract ……………………………………….………..12 German Abstract ..………………...…………………….……….14 1 Introduction ………..……………………………….………16 1-1 Preface ………..……………………………….………16 1-2 Region of interest ………..……………………………….………16 1-3 Previous Studies ………..……………………………….………17 1-3-1 Local studies ………..……………………………….………17 1-3-1-1 Hydrogeological Studies ………..………………………….…….17 1-3-1-2 Remote Sensing Studies ………..………………………….…….18 1-3-2 Global studies …..……………………………….…….18 1-3-2-1 Groundwater flow and fracture zone ..………………………...19 1-3-2-2 Lineaments extraction ………..…………………………….….19 1-3-2-3 Watershed delineation ………..……………………….……….20 1-4 Importance of investigation area ……………..………………..…24 1-5 Motivation ………..……………………………….…….…24 1-6 Deliverables ………..……………………………….………24 1-7 Problems ………..……………………………….………26 2 Methodology ………..……………………………….………27 2-1 Literature review ………..……………………………….………27 2-2 Personal contact ………..……………………………….………27 2-3 Field work ………..……………………………….………27 2-4 Evaluation of geological data ………………………….………27 2-4-1 Geological cross section ….……..……………………….27 2-4-2 Fault system by means of remote sensing techniques …..………28 2-5 Climate and Meteorology..…..………………………………....……28 2-5-1 Meteorological data ………..……………………………….………28 2-5-2 Aridity index ………..……………………………….………28 2-5-3 Groundwater recharge ………..…………………………….….29 2-5-4 Vegetation index ………..……………………………….………29 2-5-5 Actual evaporation ………..……………………………….………30 2-5-6 Soil moisture ………..……………………………….………32 2-5-7 Runoff ………..……………………………….………32 2-6 Hydrogeology ………..……………………………….………34 2-6-1 Pumping test ………..……………………………….………34 2-6-2 Groundwater flow ………..……………………………….………34 2-6-3 Wadi catchment delineation ……………………………….…34 2-6-3-1 Dataset ………..……………………………….………34 2-6-3-2 Approaches ………..……………………………….………34 2-6-3-3 Software packages ………..……………………………….………35 2-6-4 PC options ………..……………………………….………39 2-6-5 Groundwater Model ………..……………………………….………39 2-6-5-1 Conceptual model ………..……………………………….………40 2-6-5-2 Input ………..……………………………….………41 2-6-5-3 Properties ………..……………………………….………41 2-6-5-4 Boundary conditions ………..……………………………….………41 2-6-5-5 Observation wells ………..……………………………….………42 2-6-5-6 Solver ………..……………………………….………42 2-6-5-7 Calibration ………..……………………………….………42 3 Geological setting ………..……………………………….………44 3-1 Preface ………..……………………………….………44 3-2 Tectonic and structure …………………………………………..…...44 3-3 Stratigraphy ………..……………………………….………46 3-3-1 Tayarat formation ………..……………………………….………47 3-3-2 Umm Er Radhumma formation ………………………………....47 3-3-3 Dammam formation ………..……………………………….………48 3-3-4 Euphrates formation………..…………………………………………48 3-4 Topography and Ubaiydh Wadi …………………………………49 4 Climate and meteorology.…………………………………..………51 4-1 Preface ………..……………………………….………51 4-2 Precipitation ………..……………………………….………51 4-3 Temperature ………..……………………………….………52 4-4 Potential evaporation …………………………………………53 4-5 Relative humidity ………..……………………………….………54 4-6 Wind ………..……………………………….………55 4-7 Sunshine duration ………..……………………………….………56 5 Hydrogeology ………..……………………………….………57 5-1 Preface ………..……………………………….………57 5-2 Tayarat aquifer ………..……………………………….………57 5-2-1 Pressure conditions ………..……………………………….………57 5-2-2 Hydraulic characteristics …………………………………………57 5-2-3 Water quality ………..……………………………….………58 5-3 Um Er Radumma aquifer …………………………………………58 5-3-1 Pressure conditions ………..……………………………….………58 5-3-2 Hydraulic characteristics …………………………………………58 5-3-3 Water quality ………..……………………………….………59 5-4 Dammam aquifer ………..……………………………….………59 5-4-1 Pressure conditions ………..……………………………….………59 5-4-2 Hydraulic characteristics …………………………………………60 5-4-3 Water quality ………..……………………………….………60 6 Result and discussion …………………………………………61 6-1 Topographic contour map …………………………………………61 6-2 Geological cross section …………………………………………62 6-3 Lineaments evaluation …………………………………………65 6-4 Groundwater flow ………..……………………………….………66 6-5 Pumping test evaluation …………………………………………70 6-6 Catchment calculation …………………………………………72 6-7 Water balance and Recharge ……………………………….…76 6-8 Groundwater model ………..……………………………….………78 6.8.1 Model sensitivity ………..……………………………….………80 6.8.2 Groundwater management ……………………………….…83 7 Conclusion and recommendations …………………………………84 7.1 Conclusion ………..……………………………….…….…84 7.2 Recommendations ………..……………………………….…….…85 8 References ………..……………………………….………86 9 Appendixes ………..……………………………….………90 10 Field work Photos ………..……………………………….………115 11 Author CV. ………..……………………………….………116

Die vorliegende Dissertation hat die Bewertung und Modellierung der Exfiltration undichter Abwasserkanäle zum Thema. Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Exfiltration werden ausführlich beschrieben. Es wurden Tracermethoden ausgewählt, in 5 Teileinzugsgebieten von Berlin und Dresden eingesetzt und bezüglich ihrer Anwendbarkeit in kommunalen Kanalnetzen bewertet. Tracermethoden ermitteln die Exfiltration mit einer Tracermassenbilanz über eine definierte Kanalstrecke. Ausgehend von diesen Messungen wurden Anforderungen an das Messen im Kanal und die Anwendung von Tracermassenbilanzen zur Bestimmung der Exfiltration formuliert. Ein anderer Schwerpunkt umfasst die Modellierung der Exfiltration mit der Identifizierung von Variablen, die Undichtigkeiten bzw. ungenügenden Kanalzustand signifikant beeinflussen sowie die Abbildung dieser Variablen in einem Model. Es wird die Verwendung eines auf dem Gesetz von Darcy basierenden Models vorgeschlagen. Darüber hinaus wurden Regressionsmodelle getestet und Signifikanztests durchgeführt. Die Dissertation schließt mit einer Diskussion über das Gefährdungspotential der Exfiltration von Abwasser aus undichten Kanälen insbesondere für Boden und Grundwasser. / The main goal of this dissertation is a comprehensive evaluation of exfiltration from leaky sewer pipes. Therefore, several methods for determining exfiltration are thoroughly described and two approaches are considered for extensive real sewer network testing in order to evaluate their application potential. These two methods estimate sewage loss by a tracer mass balance over a certain sewer distance. Exfiltration rates were estimated in 26 pipes located in 5 homogeneous subcatchments in Berlin and Dresden. Consequently analysing the experiences gained during the conducted measuring campaign, requirements on measurements in sewers in general and experimental design of the tracer tests in particular are discussed. A second focus was on modelling of sewer leakage and sewer deterioration. Variables which have significant effects on sewer leakage and deterioration have been identified according to the literature review and available data. Modelling approaches were proposed on the basis of (i) Darcy’s law and (ii) regression models for both data on sewer leakage derived from literature/tracer tests conducted within this work and data on sewer deterioration for the Dresden sewerage system. The dissertation concludes with a discussion on the relevance of sewer exfiltration, in particular its pollution potential for the environment is evaluated.

The current pressure on water resources is such, that water scarcity is now an important issue in regions with abundant water resources like the Tropics. These regions are characterized by high precipitation rates almost all year long. This results in a relatively large availability of water resources. However, these water resources are not always equally distributed in time or space, which causes periods and puts areas under water stress in tropical regions. Added to this is the challenge related to the access to these water resources, resulting in a reduced availability in general terms. Costa Rica is a clear example of a country in the Tropical regions, where water scarcity is, actually, on the top of the water agenda. Costa Rica is in the torrid tropical region in Central America, yet it experiences periods of shortage in its available water resources at the end of the dry season. This affects all water sectors, specially agriculture and drinking water supply systems. This situation has been magnified by global change, with a greater demand of resources from population growth, impermeabilization of recharge areas due to urbanization, and reduction of resources due to climate change. To adapt to the situation, it is necessary to conduct an evaluation of suitable water management tools for the country’s environmental conditions in a systematic way. This work focuses on one of these tools: managed aquifer recharge (MAR) MAR techniques are a promising approach to address the defined problems, by storing the excess of available water resources during the rainy season in suitable aquifer systems for later use during the dry season. MAR techniques present certain advantages compared to surface storage: less losses through evaporation, less demand of superficial area, among others. In order to determine if MAR techniques are suitable for Costa Rica and will help overcome the temporary water scarcity challenge, three main topics at different scale are investigated. First, at a country scale, the search of suitable areas for specific MAR techniques within the country is carried out based on physical criteria. Second, at a research scale, it is reduced to a basin level. For this case, the assessment of a MAR project based on the first stage of the Australian MAR guidelines is done. This consists of a checklist of five critical elements, which constitutes the base for the assessment of a MAR project. Third, the research is taken into a laboratory scale, where the research focuses on an injection well in an unconfined aquifer system. For the first topic, suitable areas for the implementation of MAR technique spreading methods are identified in Costa Rica by conducting a geographical information science-multi-criteria decision analysis (GIS-MCDA) approach. This is based on four criteria: hydrogeological geoaptitude, terrain slope, top soil texture, and drainage network density. By carrying out a GIS-MCDA, the country is classified into suitable and unsuitable. Based on this method, 61 % of the country is suitable for spreading methods. Among the higher ranked suitable areas are the ones located in the northern and northwest regions. The ranking of the country based on spreading methods by means of a GIS-MCDA method is a first course of action to determine where further research is needed. In the second research level, the feasibility of a MAR project was assessed in the Machuca River basin. This river basin was chosen because: the drinking water supply systems (WSS) do not meet the actual demand, there is government interest to research new water supply alternatives and there is enough basic information on this water basin. To evaluate the feasibility of a MAR project in the basin, the first stage of the feasibility assessment proposed by the Australian MAR guidelines was performed. This consists of a checklist of five critical elements: 1) sufficient demand, 2) adequate recharge source, 3) suitable aquifer, 4) space to treat and, 5) human capability. For an easier analysis of the whole river basin, it was divided into five locations based on the superficial aquifer water levels. It was concluded that a MAR project seems viable in this river basin in the Coyolar and Orotina locations. Regarding the MAR technique to be applied in the MAR project at the Machuca River basin, two considerations were taken: the previously determined suitability and the local conditions. First, the entire Machuca River is ranked as suitable for surface infiltration (MAR spreading method) based on the results from the country scale analysis. The Coyolar and Orotina locations are ranked as having a moderate suitability (between 0.4-0.6). Second, the best material aquifer for recharge in these two locations are the fractured lavas and alluvium located under clay layers. For these two reasons (moderate spreading methods suitability and local conditions), it was decided that direct injection MAR techniques (aquifer storage and recovery – ASR) will be more appropriate for these two locations. At the laboratory research scale, the effect of the well screen length on the injection rate for an unconfined aquifer was corroborated under controlled laboratory conditions. This is one of the first experiments on the topic to the best of the author’s knowledge. One of the main findings of the laboratory research is the almost neglectful effect on the injection rate for screen lengths above 80 % of the saturated thickness in an unconfined aquifer. The effect on the screen length is notable in the injection rate for open screen length under 80 % of the total aquifer thickness (95 % of the maximum achievable injection rate) and it increases for open screen lengths under 40 % (90 % of the maximum achievable injection rate). Based on the experimental results, it is recommended to use a screen length of 40 % of the saturated aquifer thickness for ASR wells and of 80 % for injection wells. This assessment shows that MAR techniques are suitable for Costa Rica’s environmental conditions. Further on, the assessment at the basin level shows MAR techniques as a promising solution to overcome water scarcity issues. The laboratory scale aquifer-well interactions show promising results regarding the effect of the screen well in the injection rate. Still, more research is needed in this field regarding other aquifer types. Based on all these findings, MAR techniques are an appropriate tool for the integrated water management in the tropical regions. / Der gegenwärtige Druck auf die Wasserressourcen ist so groß, dass Wasserknappheit sogar in den Tropen zum Thema wird. Diese Regionen sind von hohen Niederschlagsraten geprägt, was zu einer relativ großen Verfügbarkeit von Wasserressourcen führt. Diese sind jedoch nicht immer zeitlich und räumlich gleich verteilt, was temporären und/oder regionalen Wasserstress verursacht. Darüber hinaus hängt die Herausforderung auch mit dem Zugang zu diesen Wasserressourcen zusammen, was zu einer allgemein reduzierten Verfügbarkeit führt. Costa Rica ist ein Beispiel für ein tropisches Land, in dem Wasserknappheit in den letzten Jahren zunehmend an Relevanz gewonnen hat. Costa Rica leidet gegen Ende der Trockenzeit fast jedes Jahr an einem temporären Wassermangel. Dies betrifft alle Wassersektoren, insbesondere die Landwirtschaft und die Trinkwasserversorgung. Diese Situation wird durch den globalen Wandel verstärkt, mit einer größeren Nachfrage nach Ressourcen aufgrund von Bevölkerungswachstum, der Verhinderung von Grundwasserneubildung durch Urbanisierung und Versiegelung und, nicht zuletzt, den Klimawandel. Um sich an diese Situation anzupassen, ist es notwendig, eine systematische Evaluierung geeigneter Wasserbewirtschaftungsinstrumente für die Umweltbedingungen des Landes durchzuführen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf eines dieser Werkzeuge: Managed Aquifer Recharge (MAR). MAR-Techniken stellen einen vielversprechenden Ansatz dar, um die zuvor definierten Probleme anzugehen, indem die überschüssigen Wasserressourcen während der Regenzeit in geeigneten Grundwasserleitersystemen zur späteren Nutzung in der Trockenzeit gespeichert werden. MAR-Techniken bieten im Vergleich zur Oberflächenspeicherung gewisse Vorteile, unter anderem geringere Verdunstungsverluste und geringeren Raumbedarf. Um zu bestimmen, ob MAR-Techniken für Costa Rica geeignet sind und dabei helfen können, die zeitlichen Wasserknappheitsherausforderungen zu überwinden, wurden drei Hauptthemen in unterschiedlichen Skalen untersucht. Die Suche nach geeigneten Gebieten für spezifische MAR-Techniken im Land erfolgte zunächst auf der Grundlage von physikalischen Kriterien. Als Zweites wurde die Forschungsskala auf ein Beckenniveau reduziert. Für diesen Fall wurde die Bewertung eines MAR-Projekts auf der Grundlage der ersten Stufe der australischen MAR-Richtlinien durchgeführt. Diese basiert auf einer Checkliste mit fünf kritischen Elementen, welche die Grundlage für die Bewertung eines MAR-Projektes bilden. Zuletzt wurde die Untersuchung im Labormaßstab durchgeführt, wobei sich die Experimente auf Injektionsbohrlöcher in einem ungespannten Grundwasserleitersystem konzentrierten. Für das erste Thema wurden in Costa Rica geeignete Bereiche für die Implementierung von MAR-Technik-Verteilungsmethoden mithilfe eines GIS-basierten Multikriterien- Entscheidungsanalysen-Ansatzes (GIS-MCDA) identifiziert. Dieser basierte auf vier Kriterien: Hydrogeologie, Geländegefälle, oberste Bodentextur und Drainagenetzdichte. Durch die Realisierung eines GIS-MCDA wurde das Land in geeignete und ungeeignete Gebiete eingeteilt. Mit dieser Methode wurden 61 % des Landes als geeignet für die Beckeninfiltration befunden. Gut eingestufte Gebiete liegen hierbei größtenteils im Norden und im Nordwesten. Das Ranking-Verfahren des Landes mit Hilfe einer GIS-MCDA-Methode ist eine erste Vorgehensweise zur Bestimmung weiterer Forschungsgebiete. In der zweiten Forschungsstufe wurde die Machbarkeit eines MAR-Projekts im Machuca-Einzugsgebiet untersucht. Dieses Flussgebiet wurde aus folgenden Gründen gewählt: Die Trinkwasserversorgungsanlagen erfüllen die tatsächliche Nachfrage nicht, weshalb es auch im Interesse der Regierung liegt, nach Alternativen für die Wasserversorgung zu forschen. Darüber hinaus ist die Region geologisch gut erschlossen und die Informationsdichte ist ausreichend hoch. Um die Realisierbarkeit eines MAR-Projektes im Einzugsgebiet zu bewerten, wurde die erste Stufe der Machbarkeitsbewertung anhand der Checkliste an fünf kritischen Elementen durchgeführt: 1) ausreichende Nachfrage, 2) angemessene Wiederaufladungsquelle, 3) geeigneter Grundwasserleiter, 4) Raum für Maßnahmen und 5) Humanressourcen. Um die Analyse des gesamten Flusseinzugsgebietes zu vereinfachen, wurde es in fünf Bereiche eingeteilt, die auf den oberflächennahen Grundwasserständen basieren. Es wurde der Schluss gezogen, dass ein MAR-Projekt in diesem Flussgebiet an den Standorten Coyolar und Orotina nachhaltig erscheint. In Bezug auf die MAR-Technik, die in einem MAR-Projekt am Machuca-Flussbecken angewendet werden soll, wurden Überlegungen angestellt hinsichtlich der zuvor ermittelten Eignung und der örtlichen Gegebenheiten. Zunächst wurde der gesamte Machuca-Fluss aufgrund der Ergebnisse der Länderanalyse als geeignet für die Oberflächeninfiltration eingestuft. Die Coyolar- und Orotina-Standorte wurden mit einer moderaten Eignung eingestuft. Weiterhin wurde festgestellt, dass die für die Grundwasseranreicherung geeignetste Formation die Kies- und Bruchlavenlagen darstellen, die sich unter einer Tonschicht befinden. Aus diesen beiden Gründen (moderate Eignung für Beckeninfiltration, und lokale Hydrogeologie) wurde entschieden, dass MAR-Techniken mit direkter Injektion (Aquifer Storage and Recovery - ASR) für diese beiden Standorte geeigneter sind. In der kleinsten Untersuchungsskala wurde der Einfluss der Filterlänge auf die Injektionsrate für einen freien Grundwasserleiter unter kontrollierten Laborbedingungen bestätigt. Dies ist eines der ersten Experimente zu diesem Thema nach bestem Wissen des Autors. Eines der Hauptergebnisse der Laborforschung ist der fast vernachlässigbare Effekt auf die Injektionsrate bei Filterlängen von über 80 % der gesättigten Mächtigkeit in einem freien Grundwasserleiter. Die Wirkung auf die Filterlänge ist bei der Injektionsrate für offene Filterlängen unter 80 % der gesamten Grundwasserleiterhöhe (95 % der maximal erreichbaren Injektionsrate) und bei offenen Filterlängen unter 40 % (90 % der maximal erreichbaren Injektionsrate). Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wird empfohlen, eine Filterlänge von 40 % der gesättigten Grundwasserleiterhöhe für ASR-Brunnen und 80 % für Injektionsbohrungen zu verwenden. Die vorliegende Bewertung zeigt, dass MAR-Techniken für die Umweltbedingungen in Costa Rica gut geeignet sind. Darüber hinaus demonstriert die Bewertung auf der Einzugsgebietsebene MAR als eine Lösung zur Überwindung von Wasserknappheitsproblemen. Die Grundwasserleiter-Brunnen-Interaktionen im Labormaßstab zeigen vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Wirkung der Filterlänge auf die Injektionsrate. Dennoch ist auf diesem Gebiet mehr Forschung in Bezug auf andere Aquifertypen erforderlich. Basierend auf all diesen Erkenntnissen sind MAR-Techniken ein geeignetes Werkzeug für das integrierte Wassermanagement in der tropischen Umwelt. / La presión actual sobre los recursos hídricos es tal, que la escasez de agua es ahora un problema importante en áreas con abundantes recursos hídricos como las regiones tropicales. Estas regiones se caracterizan por altas tasas de precipitación casi durante todo el año. Esto da como resultado una disponibilidad relativamente grande de recursos hídricos. Sin embargo, estos recursos hídricos no siempre se distribuyen equitativamente en el tiempo y el espacio, lo que causa períodos y pone áreas bajo estrés hídrico en las regiones tropicales. Además de esto, el desafío también está relacionado con el acceso a estos recursos hídricos, lo que crea una disponibilidad reducida en términos generales. Costa Rica es un claro ejemplo de un país en las regiones tropicales, donde la escasez de agua se encuentra en lo más alto de la agenda del agua. Costa Rica está situada en la región tropical tórrida de América Central, sin embargo, experimenta períodos de escasez en sus recursos hídricos disponibles al final de la estación seca. Esto afecta a todos los sectores de agua, especialmente a la agricultura y a los sistemas de suministro de agua potable. Esta situación ha sido magnificada por el cambio global, con una mayor demanda de recursos por el crecimiento de la población, la impermeabilización de las áreas de recarga por la urbanización y la reducción de recursos debido al cambio climático. Para adaptarse a esta situación, es necesario llevar a cabo una evaluación sistemática de las herramientas de gestión del agua adecuadas para las condiciones ambientales del país. Este trabajo se centra en una de estas herramientas: la gestión de la recarga acuíferos gestionados (MAR). Las técnicas de MAR son un enfoque prometedor para abordar los problemas previamente definidos, almacenando el exceso de recursos hídricos disponibles durante la estación lluviosa en sistemas acuíferos adecuados para su uso posterior en la estación seca. Las técnicas de MAR presentan ciertas ventajas en comparación con el almacenamiento en superficie: menos pérdidas por evaporación y menor demanda de área superficial, entre otras. Con el fin de determinar si las técnicas de MAR son adecuadas para Costa Rica y ayudarán a superar los desafíos temporales de escasez de agua, se investigaron tres temas principales a diferentes escalas. Primero, en una escala de país, la búsqueda de áreas adecuadas para técnicas específicas de MAR en el país se realizó con base en criterios físicos. En segundo lugar, la escala de investigación se reduce a un nivel de cuenca. Para este caso, se realizó la evaluación de un proyecto de MAR basado en la primera etapa de las directrices australianas de MAR. Esta consiste en una lista de verificación de cinco elementos críticos, que constituye la base para la evaluación de un proyecto MAR. En tercer lugar, la investigación se lleva a escala de laboratorio, donde la investigación se centra en los pozos de inyección en un sistema acuífero no confinado. Para el primer tema, las áreas adecuadas para la implementación de los métodos de infiltración de la MAR se identifican en Costa Rica mediante un enfoque de ciencia la información geográfica y análisis de decisión multicriterio (SIG-MCDA). Esto se basa en cuatro criterios: geoaptitud hidrogeológica, pendiente del terreno, textura del suelo superior y densidad de la red de drenaje. Al realizar un GIS-MCDA, el país se clasifica en áreas adecuadas e inadecuadas. Con base en este método, el 61 % del país se consideró adecuado para métodos de infiltración. Las áreas adecuadas mejor clasificadas se encuentran en las regiones del norte y noroeste del país. La clasificación del país según el potencial de los métodos de infiltración por medio de un método GIS-MCDA es un primer curso de acción para determinar otras áreas de investigación. En el segundo nivel de investigación, se evaluó la factibilidad de un proyecto MAR en la cuenca del río Machuca. Esta cuenca hidrográfica se eligió porque: los sistemas de suministro de agua potable no satisfacen la demanda real, existe un interés del gobierno en buscar nuevas alternativas de suministro de agua y hay suficiente información básica en esta cuenca hidrográfica. Para evaluar la factibilidad de un proyecto MAR en la cuenca, la primera etapa de la evaluación se realizó sobre la base de la lista de cinco elementos críticos: 1) demanda suficiente, 2) fuente de recarga adecuada, 3) acuífero adecuado, 4) espacio para tratar el agua y, 5) la capacidad humana. Para facilitar el análisis de toda la cuenca del río, se dividió en cinco localidades en función de los niveles de agua superficiales del acuífero. Se concluyó que un proyecto MAR parece viable en esta cuenca en las localidades Coyolar y Orotina. Con respecto a la técnica de MAR que se aplicará en un proyecto MAR en la cuenca del río Machuca, se tomaron dos consideraciones: la idoneidad previamente determinada y las condiciones locales. En primer lugar, todo el río Machuca se clasifica como adecuado para la infiltración superficial (método de infiltración MAR) en función de los resultados del análisis a escala de país. Las localidades Coyolar y Orotina se clasifican con una idoneidad moderada. En segundo lugar, el mejor material acuífero para la recarga en estos dos lugares son las fracturas lavas y aluviones ubicados bajo capas de arcilla. Se decidió que las técnicas de inyección directa MAR (almacenamiento y recuperación - ASR) serán más apropiadas para estas dos ubicaciones por estas dos razones (idoneidad de los métodos de propagación moderada y condiciones locales). En la escala de investigación más pequeña, el efecto de la longitud de la pantalla del pozo sobre la tasa de inyección para un acuífero no confinado se corroboró bajo condiciones de laboratorio controladas. Este es uno de los primeros experimentos sobre el tema según el mejor conocimiento del autor. Uno de los principales hallazgos de la investigación de laboratorio es el efecto casi nulo en la tasa de inyección para longitudes de pantalla superiores al 80 % del espesor saturado en un acuífero no confinado. El efecto en la longitud de la pantalla es apreciable en la velocidad de inyección para pantalla abierta inferior al 80 % del espesor total del acuífero (95 % de la máxima velocidad de inyección alcanzable) y aumenta para longitudes de pantalla abierta por debajo del 40 % (90 % de la máxima tasa de inyección alcanzable). En base a los resultados experimentales, se recomienda utilizar una longitud de malla del 40 % del espesor del acuífero saturado para los pozos ASR y del 80 % para los pozos de inyección. La presente evaluación muestra que las técnicas de MAR son adecuadas para las condiciones ambientales de Costa Rica. Más allá, la evaluación a nivel de cuenca muestra las técnicas de MAR como una solución para superar los problemas de escasez de agua. Las interacciones entre acuíferos y pozos a escala de laboratorio muestran resultados prometedores con respecto al efecto de la pantalla en la velocidad de inyección. Aun así, se necesita más investigación en este campo con respecto a otros tipos de acuíferos. Con base en todos estos hallazgos, las técnicas de MAR son una herramienta apropiada para la gestión integrada del agua en las regiones tropicales.

Es wurde eine Arsenkontamination von Boden und Grundwasser im Bereich einer Zellstofffabrik untersucht, die auf Ablagerungen von Eisenoxidschlacken (Rückstände aus der Pyritröstung) mit hohem Gehalt an verschiedenen Spurenelementen zurückzuführen ist. Der Standort ist dadurch gekennzeichnet, dass über viele Jahre Lösungen aus der Celluloseproduktion („Sulfitablauge“) versickerten. Hierdurch gelangten größere Mengen an Sulfat und organischen Stoffen in den Untergrund. Infolgedessen weist das Grundwasser einen stark reduzierten, sulfidischen Chemismus auf. Ein Großteil der Spurenelemente wurde aus der Schlacke im Oberboden in den darunter liegenden wassergesättigten Bereich transportiert und dort in Form von sulfidischen Niederschlägen festgelegt. Eine Ausnahme bildet Arsen, das unter den spezifischen Milieubedingungen im Schadenzentrum lösliche schwefelhaltige Verbindungen bildet (max. 4 mg As/L). Diese Arsen-Schwefel-Spezies wurden erstmals mit einer neu entwickelten IC-ICP/MS- Methode in einem Grundwasser nachgewiesen. Die Grundwasser- und Bodenuntersuchungen sowie begleitende hydrogeologische Messungen ergaben, dass die Arsen-Schwefel-Spezies innerhalb einer Fließstrecke von 30-80 m im Abstrom des Schadenzentrums vollständig immobilisiert werden. Bei der Festlegung von Arsen spielt die biologische Sulfatreduktion, die durch versickerte Sulfitablauge ermöglicht wurde, eine entscheidende Rolle. Anhand dieser Erkenntnisse wurde im Jahr 2000 ein natural attenuation-Konzept zur Sicherung des Standortes ausgearbeitet. Nach Auswertung der Ergebnisse der Standortuntersuchungen aus den Jahren 1999-2005 sowie einer Literaturrecherche zur Arsen-Schwefel-Chemie wurden die Struktur und das Verhalten der unbekannten Arsen-Schwefel-Spezies sowie die Vorgänge bei der Festlegung von Arsen im Boden genauer untersucht. Das wesentlichste Ergebnis der Arbeiten ist, dass in sulfidischen Systemen, z.B. in Grundwässern unter Sulfat reduzierenden Bedingungen, Thioarsenate gebildet werden. In Lehrbüchern und Fachpublikationen aus den vergangenen Jahrzehnten wurde bislang ausschließlich die Existenz von Thioarseniten vermutet. Ursache für die Bildung von Thioarsenaten ist eine hohe Affinität zwischen Arsen und Schwefel, die eine Oxidation von As(III) durch Anlagerung eines Schwefelatoms an dessen freiem Elektronenpaar „erzwingt“. In sulfidhaltigen Lösungen wird hierzu ein Teil des As(III) zu elementarem Arsen reduziert. Das zunächst gebildete Monothioarsenat wird weiter zu den schwefelhaltigeren Thioarsenaten sulfidiert. In sulfidischen Grundwässern bestimmen deshalb die Anionen von Oxomonothioarsenat, Oxodithioarsenat, Oxotrithioarsenat und Tetrathioarsenat das Verhalten von Arsen. Wesentlich für das Verständnis der Arsen-Schwefel-Chemie ist auch die Instabilität der As-SH-Gruppen, die entsprechend dem Dissoziationsverhalten der jeweiligen Arsen-Schwefel-Spezies gebildet werden. Dies erfolgt bei pH-Werten im Bereich von ca. 7-8,5, wobei die monomeren Anionen unter Abspaltung von Schwefelwasserstoff kondensieren. Infolgedessen muss in Grundwässern auch mit polymeren Thioarsenaten gerechnet werden. In saurer Lösung zerfallen die Thioarsenate in arsenige Säure und Schwefel bzw. fallen als Arsenpentasulfid aus. Arsen wird in sulfidischen Aquiferen als Sulfid (z.B. As4S4), als Arsenpyrit (FeAsS) oder durch Einbau von Arsen als Schwefelsubstituent in das Kristallgitter von Mackinawite bzw. Pyrit (FeS, FeS2) festgelegt. Die ermittelten Prozesse können ggf. zur Sanierung bzw. Sicherung von Standorten mit arsenhaltigen Rückständen im Boden bzw. von arsenbelasteten Grundwässern eingesetzt werden. Dabei ist auch von Bedeutung, dass Thioarsenate nach derzeitigem Kenntnisstand relativ gering toxisch sind. Im Umgang mit Thioarsenaten, z.B. auch bei der Analyse von Arsen in sulfidischen Proben, ist jedoch deren Umwandlung in arsenige Säure bei einer pH-Absenkung und auch bei Sauerstoffzutritt zu berücksichtigen. Die biologische Sulfatreduktion spielt eine wesentlich größere Rolle für die Mobilität von Arsen in Grundwässern als bisher angenommen. Im Hinblick auf die weltweit große gesundheitliche Relevanz von Arsen im Trinkwasser und auf mögliche Sanierungsverfahren sollten die Umsetzungen von Arsen unter Sulfat reduzierenden Bedingungen eingehender untersucht werden. / The motivation for the thesis was a project at an industrial site conducted in 1999 to define a remediation concept for soil and groundwater contaminated with arsenic. The contamination resulted from the deposition of residuals from pyrite burning (iron oxides containing different trace elements) in the upper soil many years ago. Because of long-term pollution with process waters rich in organic substances and sulfate, the aquifer is strongly reduced (sulfidic). Most of the arsenic was transferred out of the contaminated soil into the saturated zone in a depth of 7-10 m. There it is partly immobilized as sulfide precipitations, but part of it is solved in the groundwater in form of arsenic-sulfur-complexes (up to 4 ppm). These complexes were detected for the first time in a groundwater by means of an improved IC-ICP-MS method. It was also found that approx. 80 m downstream of the contaminated spot the concentrations of arsenic in soil and groundwater were not increased. On this basis a natural attenuation concept was proposed in 2000. The data from the investigated site was evaluated and specific laboratory tests were carried out in order to identify the unknown arsenic species as well as the processes which lead to their immobilization in the aquifer. The key role of the soluble arsenic-sulfur complexes for the mobility and toxicity of arsenic in sulfate-reducing environments is commonly accepted. In the past, thioarsenites were assumed to be the existing species in sulfidic systems. In this study, however, thioarsenates were identified in solutions spiked with in arsenite and hydrogen sulfide as well as in the contaminated groundwater. The unexpected finding of an oxidation of arsenite to thioarsenates in strongly reducing systems can be explained by the high affinity between As(III) and sulfur. In sulfide containing solutions without any oxidant, arsenite therefore undergoes disproportionation to thioarsenates and elemental arsenic. This was already found out in the 19th century, but has been neglected in publications from the last decades. According to the results of this study the anions of oxomonothioarsenate, oxodithioarsenate, oxotrithioarsenate und tetrathioarsenate are the dominating arsenic species in sulfidic waters. The partitioning of the four species is governed mainly by the sulfide concentration. Beside the high affinity between arsenic and sulfur, the instability of the As-SH group is essential to understand the reactions in the arsenic-sulfur system. As soon as the arsenic-sulfur complexes form As-SH groups (according to their dissociation characteristics) they condensate in separating hydrogen sulfide. Thioarsenates form polymers in the pH range of approx. 7-8.5. Therefore beside the mentioned monomers, thioarsenate polymers can also be important in natural environments. In more acidic solutions they decay into arsenite and sulfur or precipitate as arsenic-pentasulfide. When analyzing arsenic in sulfide containing solutions, it has always to be taken into account that thioarsenates are highly sensitive to oxygen and pH. Therefore, e.g. arsenic speciation by means of HG-AAS is not suitable for sulfidic waters and can wrongly indicate a mixture of arsenite and arsenate. It has previously been supposed that the mobility as well as the toxicity of arsenic increase if the redox state decreases. For sulfidic waters the opposite is probably the case owing to the formation of thioarsenates. The toxicity of arsenite is due to the high reactivity of the As(III) towards sulfohydroxyl groups in proteins. Without a free electron pair and sulfur already incorporated, thioarsenates should be less toxic compared to arsenite. Arsenic can be mobilized out of contaminated soils in form of thioarsenates via infiltration of sulfide solutions or by input of sulfate and biodegradable organic matter. In the presence of iron, thioarsenates can be fixated in sulfidic aquifers as a minor substitute in mackinawite and biogenic pyrite or as arsenic pyrite. Bacterial sulfate reduction is a crucial factor for the mobilization and immobilization of arsenic in reduced aquifers. Considering the negative health impacts of arsenic for millions of people worldwide, as well as the implementation of the mentioned remediation strategies the arsenic-sulfur chemistry deserves closer attention.

Kern der Arbeit bildete die Entwicklung einer Fluxmeter-Passivsammlereinheit für hydrophobe organische Substanzen im Grundwasser kontaminierter Standorte sowie deren Testung im Feld. Ferner kamen Keramik-Dosimeter unter identischen Feldbedingungen zum Einsatz. Die Ergebnisse der beiden passiven Sammelsysteme wurden mit herkömmlicher Grundwasserprobennahmetechnik mithilfe von Unterwassermotorpumpen verglichen und bewertet. Grundlage für den Einsatz der Passivsammlereinheit als „mass flux meter“ bildete die Kenntnis über den Volumenstrom im Bohrloch und den reduzierten Volumenstrom in der Passivsammlereinheit und andererseits über die räumliche Verteilung der hydraulischen Durchlässigkeit und der daraus resul¬tierenden heterogenen Geschwindigkeitsverteilung bzw. der Volumenströme über so genannte Kontroll¬ebenen bzw. Teilbilanzräume. Anhand numerischer Modelluntersuchungen konnten der Filterwiderstand der Passivsammlereinheit und die Strömungsverteilung in Modellkontrollebenen und im Feld näherungsweise bestimmt werden. Die Bestimmung des Volumenstromes des untersuchten Standortes wurde zum einen mithilfe von numerischen Modelluntersuchungen an stochastisch generierten quasi-3-dimensionalen Modellen mit hydro¬dynamischen Randbedingungen und kF-Wertverteilungen aus dem Feld und zum anderen mithilfe von Einbohrlochverfahren durchgeführt. Als Einbohrlochverfahren kamen zum einen ein optisches Kolloid-Logging (Grundwasserfluss-Visualisierungssystem) und zum anderen ein modifiziertes Fluidlogging-Verfahren mit Hilfe eines Salztracers zum Einsatz.

Groundwater is one of the main sources for water supply for domestic use, irrigation, aquaculture and industry in Mekong Delta. With rapidly increasing in human population, groundwater becomes more important for social and economic activities. This study evaluated the quality of groundwater using data from the eight monitoring wells over the period of 2009 - 2016. Human health risk was assessed for the population consuming groundwater contaminated with arsenic. The findings indicated that groundwater wells in An Giang province were contaminated with microorganisms. The total dissolved solids (TDS) and hardness in Phu Tan (PT) and Cho Moi (CM) wells were significant higher than the national technical regulations on groundwater quality (QCVN 09-MT:2015/BTNMT). In addition, groundwater wells in some small islands of An Giang were seriously contaminated with organic matters and arsenic. The mean arsenic concentration was up to 0.55 ± 1.21 mg/L. Estimation of carcinogenic risk for human population showed that the cancer risks ranged from medium (8.66 x 10-4) to high (8.26 x 10-2) for both children and adults. Alternative water supply sources should be offered for the population at risk. Besides, regular health check is essential for local people in the arsenic contaminated groundwater. / Nước ngầm là một trong những nguồn cung cấp nước chính cho sinh hoạt, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản và công nghiệp ở Đồng bằng sông Cửu Long. Cùng với sự gia tăng dân số, nước ngầm ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá diễn biến chất lượng nước ngầm thông qua số liệu của tám giếng quan trắc trong giai đoạn từ năm 2009 – 2016. Kết hợp với đánh giá rủi ro sức khỏe của người dân khi sử dụng nước ngầm chứa arsenic. Kết quả nghiên cứu cho thấy các giếng nước ngầm ở tỉnh An Giang đã bị nhiễm vi sinh. Tổng chất rắn hòa tan (TDS) và độ cứng ở trạm Phú Tân và Chợ Mới phân tích được cao hơn quy chuẩn cho phép (QCVN 09-MT:2015/BTNMT). Các giếng nước ngầm ở một số khu vực cù lao của tỉnh An Giang đã bị ô nhiễm hữu cơ và arsenic nghiêm trọng. Nồng độ arsenic trong nước ngầm có thể dao động lên đến 0.55 ± 1.21 mg/L. Rủi ro ung thư ở hai đối tượng người lớn và trẻ em khi sử dụng nước ngầm nhiễm arsenic dao động từ trung bình (8 người trong 1.000 người) tới cao (8 người trong 100 người). Cung cấp nguồn nước thay thế là giải pháp khả thi để giảm rủi ro sức khỏe cho con người trong trường hợp này. Ngoài ra, người dân địa phương cần được khám sức khỏe thường xuyên để kịp thời phát hiện và sớm điều trị bệnh.

The research aims to assess the current groundwater resources management in Bac Lieu province. The combination of descriptive statistic and interview approach (including individual interview and key informant panel) were applied based on the principles of water governance framework developed by the Organization of Economic Co-operation and Development (OECD) to assess the policy coherence and the transparency and stakeholder engagement of the groundwater management. The study showed that the current groundwater resources management improved overtime; however, the policies were not completely sufficient and the responsibility of the units related to the groundwater resources management was not indicated clearly yet. Thus, overlaps in function of different management units are found and the access of the local people to the groundwater management was limited. In addition, the stakeholder involvement in managing the groundwater resources was in short of both amount and qualification. The separation of powers seems to be higher and higher, the local government has the main responsibility to manage the groundwater and the communities, especially the local people still have low rate of participation in the groundwater resources management process. / Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiện trạng quản lý nguồn tài nguyên nước dưới đất (NDĐ) tại tỉnh Bạc Liêu. Sự kết hợp giữa phương pháp thống kê mo tả va phương pháp phỏng vấn (bao gồm phỏng vấn cá nhân và phỏng vấn chuyên gia)dựa trên những quy định về quản trị tài nguyên nước của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD – Organization for Economic Cooperation and Development) được áp dụng để đánh sự chặt chẽ của các chính sách quản lý, sự minh bạch của công tác quản lý và sự tham gia của các bên có liên quan. Kết quả cho thấy, cơ chế quản lý nguồn tài nguyên NDĐ đã và đang dần hoàn thiện, song các chính sách quản lý vẫn còn chưa đầy đủ và trách nhiệm của các đơn vị quản lý vẫn chưa được quy định rõ ràng. Vì vậy, đến nay công tác quản lý còn phát sinh sự chồng chéo và thiếu sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng như sự liên kết giữa cơ quan quản lý địa phương và người sử dụng tài nguyên NDĐ. Thêm vào đó, các bên có liên quan tham gia vào quản lý nguồn tài nguyên NDĐ còn hạn chế về cả số lượng và năng lực, trong đó chính quyền địa phương là đơn vị quản lý chính; do vậy, sự tập trung quyền hạn vào một chủ thể (chính quyền địa phương) là rất cao và sự tham gia của cộng đồng, đặc biệt là người sử dụng NDĐ, còn hạn chế.

This article presents nano composite TiO2.Fe2O3/laterite materials, which were successfully prepared by hydrometallurgical method. The materials were modified using urea as the nitrogen source. The particles size of the materials is from 20-30 nanometers. The obtained materials can not only absorb arsenic compounds but also enhance the ability of converting As (III) or As (V) into Aso, which is removed from solution. Arsenic removal efficiency of these materials is high. Using sunlight in a hydraulic retention time, about 180 minutes, the arsenic value at the inflow was about 10 mg/L but the outflow was negligible. Covering TiO2.Fe2O3 nano on laterite have brought high economical efficiency, on one hand, it saved material and on the other hand, it can be continuously operated without the centrifugal separation of the nano material. / Bài báo này giới thiệu về phương pháp điều chế vật liệu nano TiO2.Fe2O3 biến tính nitơ được phủtrên đá ong bằng phương pháp thủy luyện. Vật liệu nano thu được có kích thước 20-30 nm. Vật liệu thu được không những có khả năng hấp phụ các hợp chất của asen mà còn có khả năng khử As (III) hoặc As (V) thành Asokhi được chiếu sáng. Sử dụng ánh sáng mặt trời chiếu vào hệ thống xử lý trong thời gian 180 phút có thể loại bỏ được gần như hoàn toàn asen ra khỏi nước mặc dù hàm lượng đầu vào là 10 mg/l. Việc phủ vật liệu TiO2.Fe2O3 nano lên đá ong đã mang lại hiệu quả kinh tế cao, một mặt nó tiết kiệm được vật liệu, mặt khác, vật liệu có thể sử dụng một cách liên tục mà không cần phải tách bằng phương pháp ly tâm.

Land subsidence due to overexploitation of aquifers is often attributed to incoherent public policies. Taking the case of the Mahyar valley in Iran as an example, and based on a mixed-method research design, this study analyses the effects of policy incoherence on well use for agricultural irrigation and the resulting groundwater levels. Results show how an accumulation of policy incoherence over time results in an increased construction of wells, ultimately leading to a groundwater table drawdown, with a significant decrease of 7.61 m in the last 16 years.

Der Klimawandel hat spürbar vermehrt Extremwetter wie Starkregen und Dürren zur Folge. Sachsen war nach dem Extremhochwasser 2013 in den folgenden sieben Jahren immer wieder von Trockenheit und Dürre betroffen. Deren Auswirkungen waren auch lange nach 2020 im Boden, Grundwasser, Wasserhaushalt und in den Gewässern deutlich spürbar. Angesichts dieser Dürresituation hat das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie die Jahre 2014 bis 2020 interdisziplinär untersucht und bewertet. Die „Ereignisanalyse Trockenheit in Sachsen 2014-2020“ stellt die vielfältigen Auswirkungen, Erkenntnisse dar und ist die Grundlage, sich gegenüber zukünftigen Dürreereignissen mit geeigneten Anpassungsmaßnahmen besser aufzustellen. Redaktionsschluss: 13.06.2024