Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

Diss. nat. sci. Zürich, 2006 ; Diss. ETHZ No. 16724. / CD-ROM: PDF of thesis, graphs, tables. Enth.: dt. Zusammenfassung. Literaturverz.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2009

Zur in situ Messung von Richtung und Geschwindigkeit des Grundwasserstromes in nur einer Bohrung wurde ein Mikroflowmeter auf der Basis der kontinuierlich thermischen Anregung entwickelt. Das Messprinzip beruht auf der Deformation des Temperaturfeldes, das sich in Abhängigkeit vom antreibenden Gradienten des Grundwasserstromes mehr oder weniger stark unsymmetrisch als Wärmefahne im Messbereich der Sonde abbildet. Von Interesse sind dabei horizontale Fluidbewegungen mit sehr geringen Fließgeschwindigkeiten. Zur Realisierung der Aufgabenstellung werden sowohl eine Modellierung des Wärmetransports als auch Versuche zur Simulation von Strömungsvorgängen und Testmessungen im Gelände durchgeführt. Als Ergebnis der Abhandlung verschiedener numerischer Randwertprobleme erweist sich die Temperaturabhängigkeit der Fluiddichte als eine nicht zu vernachlässigende Einflussgröße, die in Form einer nach oben gerichteten Auftriebsströmung den Wärmetransport maßgebend bestimmt. Infolge der Überlagerung von freier und erzwungener Konvektion wird eine Mitführung von Wärme mit der Grundwasserbewegung gehemmt und die Ausbildung einer in Strömungsrichtung weisenden Wärmefahne drastisch eingeschränkt. Laborversuche bestätigen die am numerischen Modell gewonnenen Ergebnisse.

Zur in situ Messung von Richtung und Geschwindigkeit des Grundwasserstromes in nur einer Bohrung wurde ein Mikroflowmeter auf der Basis der kontinuierlich thermischen Anregung entwickelt. Das Messprinzip beruht auf der Deformation des Temperaturfeldes, das sich in Abhängigkeit vom antreibenden Gradienten des Grundwasserstromes mehr oder weniger stark unsymmetrisch als Wärmefahne im Messbereich der Sonde abbildet. Von Interesse sind dabei horizontale Fluidbewegungen mit sehr geringen Fließgeschwindigkeiten. Zur Realisierung der Aufgabenstellung werden sowohl eine Modellierung des Wärmetransports als auch Versuche zur Simulation von Strömungsvorgängen und Testmessungen im Gelände durchgeführt. Als Ergebnis der Abhandlung verschiedener numerischer Randwertprobleme erweist sich die Temperaturabhängigkeit der Fluiddichte als eine nicht zu vernachlässigende Einflussgröße, die in Form einer nach oben gerichteten Auftriebsströmung den Wärmetransport maßgebend bestimmt. Infolge der Überlagerung von freier und erzwungener Konvektion wird eine Mitführung von Wärme mit der Grundwasserbewegung gehemmt und die Ausbildung einer in Strömungsrichtung weisenden Wärmefahne drastisch eingeschränkt. Laborversuche bestätigen die am numerischen Modell gewonnenen Ergebnisse.

Im Projekt wurde das zeitliche thermische Verhalten eng benachbarter Erdwärmeanlagen untersucht. Modellrechnungen an Erdwärmeanlagen zeigten, dass im Lockergestein der Einfluss der Temperatur von der Grundwasserfließrichtung abhängt. Zwischen An- und Abstrom liegen Temperaturunterschiede von 0,5 K bis 2,0 K. Im Festgestein hingegen ist der Einfluss radialsymmetrisch. Weiterhin konnten sehr spezifische Erkenntnisse zum Fest- und Lockergestein gewonnen werden. Um Nutzungskonflikte zu erkennen, wurde ein Konzept für ein Tool zum Qualitätsmanagement für Erdwärmeanlagen entwickelt. Die Ergebnisse dienen als Entscheidungshilfe für Planungsbüros und Behörden.

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.

Zielsetzung der Arbeit war vorrangig die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Methoden zur verbesserten Interpretation der hydraulischen Gegebenheiten in einem Grundwasserleiter mit Hilfe der Bestimmung von Radiumisotopenverhältnissen im Verlauf von Pumpversuchen. Daneben wurden 222Rn/226Ra-Verhältnisse betrachtet und interpretiert. Des Weiteren wurden Gesteinsuntersuchungen durchgeführt sowie Untersuchungen an Gesteinsoberflächen (Sekundärminerale) um Aussagen über das Löslichkeitsverhalten bzw. die Mobilität von Radium im Grundwasser zu erhalten. Die Grundwasser- und Gesteinsproben stammten vor allem aus dem Umfeld der kontinentalen Tiefbohrung (KTB Oberpfalz) sowie aus der Vorbohrung zur KTB, aber auch aus benachbarten Bundesländern und der Tschechischen Republik (Egergraben). Im Ergebnis zeigte sich, dass sich die Untersuchung der Isotopenverhältnisse zur vertiefenden Aquiferdiagnose gut eignet. Die geochemischen Untersuchungen erlaubten einen Einblick in das Löslichkeitsverhalten der untersuchten Radionuklide.

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