Diss. Nr. 12632 Naturwiss. ETH Zürich. / Literaturverz.

Universiẗat, Diss., 2003--Kiel. / Enth. 9 Sonderabdr. aus verschiedenen Zeitschr. und Publ. Beitr. teilw. dt., teilw. engl.

Im Fokus der Untersuchungen steht das hydrologische Einzugsgebiet der oberen Wilzsch im Westerzgebirge. Veränderte Stoffausträge des bewaldeten und zum Teil vermoorten hydrologischen Einzugsgebietes führen zu erhöhten Stoffkonzentrationen im Hauptzufluss der Trinkwassertalsperre Weiterswiese (Carlsfeld). Seitens der Trinkwasseraufbereitung stellen insbesondere die gestiegenen Gehalte an gelösten organischen Kohlenstoffen (DOC) Mehraufwendungen dar. Im Zuge der Wiedervernässung der Moorflächen kommt es zu relevanten bodenchemischen Veränderungen, die im Abfluss messbar sind. Eine räumliche Betrachtung der Teileinzugsgebiete des hydrologischen Einzugsgebietes der oberen Wilzsch ermöglicht, das Abflussgebiet in verschiedene Herkunftsräume zu gliedern. Dieser raumbezogene Ansatz leistet einen wesentlichen Beitrag in der Herkunftsanalytik von Wässern, deren Fließwege durch Standorte unterschiedlicher Nutzung geprägt sind. Die Arbeit bedient sich hydrochemischen Analysen sowie multitraceranalytischen Verfahren. Die Analyse der stabilen Umweltisotope ²H und 18O am Wasser, 13C am DIC und DOC, 34S und 18O am Sulfat sowie 15N und 18O am Nitrat hilft bei der Identifizierung von Stoffquellen und Transformationsprozessen. Die Arbeit verfolgt das Ziel, den Beitrag der verschiedenen Stoffsysteme am gesamten Stoffaustrag des Vorfluters aufzuzeigen sowie die atmosphärische Grundlast an den Messstandorten nachzuweisen. Dazu wurden von Mai 2009 bis August 2010 fünf Beprobungskampagnen angelegt. Das Messdesign erstreckte sich auf 19 Standorte in ausgewählten Teileinzugsgebieten, die maßgeblichen Einfluss auf die Vorflut haben. Parallel dazu erfolgte die Untersuchung des Niederschlags an der Station Talsperre Weiterswiese. Erfasst wurden die Inhalte von Wässern verschiedener Moorgebiete, Moorwasserpegel unterschiedlich degradierter Moorbereiche, Gräben und Bodendrainagen im Fichtenforst, der Vorfluter Wilzsch und Kranizsch und des Grundwassers im Fichtenforst. Es kann festgehalten werden, dass je nach Lage bzw. Entfernung der Ursprungsgebiete der Anteil des DOC - Exports unterschiedlich stark ist. So sind die DOC - Austräge saisonal sehr verschieden. Im Ergebnis ist der hydrochemische Beitrag - im Besonderen DOC - der unterschiedlichen Stoffsysteme des hydrologischen Einzugsgebietes letztlich am finalen Pegel der Wilzsch messbar. Die vom Basisabfluss gesteuerten silikatischen Standorte im Fichtenforst leisten einen wesentlichen Anteil zum hydrochemischen Milieu der Vorfluter. Die im Untersuchungsgebiet eingeleiteten Renaturierungsmaßnahmen beeinflussen die Trinkwasserqualität in der Talsperre Carlsfeld nicht. Eine Abgrenzung der atmosphärischen Grundlast ist ebenfalls möglich, atmogen eingetragene Stoffe können an den Standorten ausgewiesen werden.

Im Fokus der Untersuchungen steht das hydrologische Einzugsgebiet der oberen Wilzsch im Westerzgebirge. Veränderte Stoffausträge des bewaldeten und zum Teil vermoorten hydrologischen Einzugsgebietes führen zu erhöhten Stoffkonzentrationen im Hauptzufluss der Trinkwassertalsperre Weiterswiese (Carlsfeld). Seitens der Trinkwasseraufbereitung stellen insbesondere die gestiegenen Gehalte an gelösten organischen Kohlenstoffen (DOC) Mehraufwendungen dar. Im Zuge der Wiedervernässung der Moorflächen kommt es zu relevanten bodenchemischen Veränderungen, die im Abfluss messbar sind. Eine räumliche Betrachtung der Teileinzugsgebiete des hydrologischen Einzugsgebietes der oberen Wilzsch ermöglicht, das Abflussgebiet in verschiedene Herkunftsräume zu gliedern. Dieser raumbezogene Ansatz leistet einen wesentlichen Beitrag in der Herkunftsanalytik von Wässern, deren Fließwege durch Standorte unterschiedlicher Nutzung geprägt sind. Die Arbeit bedient sich hydrochemischen Analysen sowie multitraceranalytischen Verfahren. Die Analyse der stabilen Umweltisotope ²H und 18O am Wasser, 13C am DIC und DOC, 34S und 18O am Sulfat sowie 15N und 18O am Nitrat hilft bei der Identifizierung von Stoffquellen und Transformationsprozessen. Die Arbeit verfolgt das Ziel, den Beitrag der verschiedenen Stoffsysteme am gesamten Stoffaustrag des Vorfluters aufzuzeigen sowie die atmosphärische Grundlast an den Messstandorten nachzuweisen. Dazu wurden von Mai 2009 bis August 2010 fünf Beprobungskampagnen angelegt. Das Messdesign erstreckte sich auf 19 Standorte in ausgewählten Teileinzugsgebieten, die maßgeblichen Einfluss auf die Vorflut haben. Parallel dazu erfolgte die Untersuchung des Niederschlags an der Station Talsperre Weiterswiese. Erfasst wurden die Inhalte von Wässern verschiedener Moorgebiete, Moorwasserpegel unterschiedlich degradierter Moorbereiche, Gräben und Bodendrainagen im Fichtenforst, der Vorfluter Wilzsch und Kranizsch und des Grundwassers im Fichtenforst. Es kann festgehalten werden, dass je nach Lage bzw. Entfernung der Ursprungsgebiete der Anteil des DOC - Exports unterschiedlich stark ist. So sind die DOC - Austräge saisonal sehr verschieden. Im Ergebnis ist der hydrochemische Beitrag - im Besonderen DOC - der unterschiedlichen Stoffsysteme des hydrologischen Einzugsgebietes letztlich am finalen Pegel der Wilzsch messbar. Die vom Basisabfluss gesteuerten silikatischen Standorte im Fichtenforst leisten einen wesentlichen Anteil zum hydrochemischen Milieu der Vorfluter. Die im Untersuchungsgebiet eingeleiteten Renaturierungsmaßnahmen beeinflussen die Trinkwasserqualität in der Talsperre Carlsfeld nicht. Eine Abgrenzung der atmosphärischen Grundlast ist ebenfalls möglich, atmogen eingetragene Stoffe können an den Standorten ausgewiesen werden.

Due to the low amount or unfavorable annual distribution of precipitation the exploration, allocation, sustainable exploitation, and protection of replenishable as well as fossile water resources are challanging tasks in semiarid and arid regions. Beside a few natural or artifcial surface water reservoirs the porous underground at the same time is the largest storage and transport medium for water and provides protection against evaporation and to a certain degree against surcficial introduction of contaminants. This situation is characteristic for the Near East and thus for the selected investigation areas, that are located in Israel and the West Bank, and that are subject of the conducted partail studies that are presented. The work focuses on three main subjects. On the one hand, it deals with the characterization of the young groundwater components of the discharge of four major springs of Wadi Qilt and Jericho, as well as of sampled deep wells of three important well fields. All of these objects discharge or abstract water from the Upper and Lower Judea Group Aquifer. With a thickness of about 750 m it is one of the most important groundwater reservoirs of the region and comprises mainly to varying degrees karstified and fractured limestones and dolomites. These formations underwent uplift during Senonian to Eocenian times forming a pair of double-plunging anticlinal structures (Hebron and Ramallah or Judea and Samaria Mountains, respectively) that are again subdivided into minor anticlines and synclines. The groundwater replenishment is restricted to the winter season between October and April, and to the crestal area of the mountains, where the otherwise covered aquifer rocks crop out. A strategy was developed to interpret the applied tracers for all locations in a similar way using a lumped parameter approach, which enables a direct comparison. On the other hand, the work investigates salinization processes in the Shallow Aquifer of Jericho and their discrimination. Potential sources for salinization are remnant brines that are activated to flow into the range of well extraction due to groundwater overexploitation, dissolution of salts, or formation waters from the Lisan formation. These layers represent the sediments of Lake Lisan, the Pleistocene precursor of the Dead Sea. A discrimination of the salinization mechanisms is important to develope reasonable measures to limit or lower the salt concentration in the affected wells. Consequently, the relevant measured but also potential main hydrochemical indicators and isotope tracers are identified. The large uncertainties with respect to the establishment of a well-founded water balance and to the insuffcient knowledge about the geology of the small-scale area of Jericho are discussed. Because the interpretation of the measured helium samples from the fractured and karstified aquifer of the Cretaceous Judea Group is limited, the dependencies of the He-4 accumulation in groundwater in an idealized dual-continuum aquifer are investigated with respect to the relation of the He-4 mass fluxes and the system response time to the varied parameters (groundwater head gradient, hydraulic conductivities, dispersivities, porosities) by means of a sensitivity analysis. Although the system response time is not a system variable as such it clearly turned out that knowledge about it may be an important information for the interpretation of He concentrations in groundwaters of non-stationary systems. To enhance the visual post-processing of the parameter sensitivity analysis an easily interpretable way of data presentation is introduced. / Semiaride und aride Gebiete stellen aufgrund des niedrigen oder ungünstig verteilten Niederschlagsdargebots eine besondere Herausforderung bezüglich Erkundung, Bereitstellung, nachhaltiger Nutzung und Schutz sich neu bildender, aber auch fossiler Wasserresourcen dar. Abgesehen von wenigen natürlichen oder künstlich angelegten Oberflächenreservoiren ist der poröse Untergrund dabei gleichzeitig Hauptspeicher und Transportmedium für Wasser und bietet einen Schutz gegen Verdunstung und bis zu einem gewissen Grade gegen oberflächig einwirkende Verunreinigungen. Diese Situation ist charakteristisch für den Nahen Osten und damit für die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Teiluntersuchungsgebiete, die sich in Israel und der West Bank befinden. Die Arbeit behandelt drei Hauptthemen. Einerseits geht sie auf die Charakterisierung der Jungwasseranteile im Abfluß vier bedeutender Quellen des Wadi Qilts und Jerichos sowie in beprobten tiefen Brunnen dreier wichtiger Brunnenfelder ein. Alle diese Objekte entwässern bzw. entnehmen Wasser aus dem Oberen oder Unteren Judea Group Aquifer. Mit ca. 750 m Mächtigkeit stellt dieser eines der bedeutensten Grundwasserreservoire der Region dar und besteht hauptsächlich aus unterschiedlich stark verkarsteten und gestörten Kalkstein- und Dolomitformationen, welche zwischen dem Senon und Eozän in Form einer in sich weiter gegliederten, beid-seitig abtauchenden Doppelantiklinalstruktur herausgehoben wurde (Hebron und Ramallah bzw. Judea und Samaria Mountains). Die Grundwasserneubildung ist beschränkt auf die Zeit zwischen Oktober und April sowie auf die Kammlagen des Gebirges, wo die sonst bedeckten Schichten des Aquifers ausstreichen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die eingesetzten Tracer auf ähnliche Weise mit Hilfe von Lumped Parameter-Modellen für alle Lokationen zu interpretieren und somit eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Andererseits untersucht die Arbeit Versalzungsprozesse im Shallow Aquifer von Jericho und deren Abgrenzung untereinander. Mögliche Hauptquellen der Versalzung sind durch überhöhte Grundwasserentnahme verstärke Zuflüsse von Solen, die Lösung von Salzen aus der Lisan-Formation oder Formationswässer der Lisan-Formation, welche die Ablagerungen des Lisan-Sees, des Pleistozänen Vorgängers des heutigen Toten Meeres, repräsentieren. Eine Unterscheidung der Mechanismen hat dabei durchaus Bedeutung für die Festlegung geeigneter Gegenmaßnahmen. Demzufolge werden die ermittelten, aber auch weitere, potentielle hydrochemische Hauptindikatoren und Tracer benannt. Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der Aufstellung einer Wasserbilanz, als auch einer unzureichend bekannten Geologie für das sehr kleinräumige Gebiet von Jericho werden diskutiert.

Die vorliegende Studie befasst sich mit einer hydrochemischen Untersuchung des Aquifersystems auf der Westseite des Toten Meeres. Für die Untersuchungen der Grundwasserressourcen der kreidezeitlichen Grundwasserleiter, insbesondere Grundwasserherkunft, Mischprozesse, Identifizierung von Wasser-Gesteins- Wechselwirkungen, Datierung von Grundwasseraltersbereichen, Identifizierung der Herkunft des Quellen an der Küste des Toten Meeres und Abtrennung quartärer Grundwassermuster, wurde eine Tracerkombination auf Wasser- und Gesteinsproben angewendet. Die hier vorgestellte Multitracer-Methodik ist auch in anderen datenarmen Gebieten mit komplexer Hydrogeologie (Karst oder Störungen) unter anthropogenem Einfluss anwendbar. / The present study deals with a hydrochemical investigation of the aquifer system on the western side of the Dead Sea. To examine the groundwater resources of the Cretaceous aquifer, particularly groundwater origins, mixing processes, identification of water-rock interaction, dating of groundwater age ranges in the aquifers and identification of spring water origins at the Dead Sea coast and separation of Quaternary groundwater patterns, a combination of tracer is applied on water and rock samples. The multi-tracer method presented here is also applicable in other data-poor areas with complex hydrogeology (karst or fracture) under anthropogenic influence.

Due to the low amount or unfavorable annual distribution of precipitation the exploration, allocation, sustainable exploitation, and protection of replenishable as well as fossile water resources are challanging tasks in semiarid and arid regions. Beside a few natural or artifcial surface water reservoirs the porous underground at the same time is the largest storage and transport medium for water and provides protection against evaporation and to a certain degree against surcficial introduction of contaminants. This situation is characteristic for the Near East and thus for the selected investigation areas, that are located in Israel and the West Bank, and that are subject of the conducted partail studies that are presented. The work focuses on three main subjects. On the one hand, it deals with the characterization of the young groundwater components of the discharge of four major springs of Wadi Qilt and Jericho, as well as of sampled deep wells of three important well fields. All of these objects discharge or abstract water from the Upper and Lower Judea Group Aquifer. With a thickness of about 750 m it is one of the most important groundwater reservoirs of the region and comprises mainly to varying degrees karstified and fractured limestones and dolomites. These formations underwent uplift during Senonian to Eocenian times forming a pair of double-plunging anticlinal structures (Hebron and Ramallah or Judea and Samaria Mountains, respectively) that are again subdivided into minor anticlines and synclines. The groundwater replenishment is restricted to the winter season between October and April, and to the crestal area of the mountains, where the otherwise covered aquifer rocks crop out. A strategy was developed to interpret the applied tracers for all locations in a similar way using a lumped parameter approach, which enables a direct comparison. On the other hand, the work investigates salinization processes in the Shallow Aquifer of Jericho and their discrimination. Potential sources for salinization are remnant brines that are activated to flow into the range of well extraction due to groundwater overexploitation, dissolution of salts, or formation waters from the Lisan formation. These layers represent the sediments of Lake Lisan, the Pleistocene precursor of the Dead Sea. A discrimination of the salinization mechanisms is important to develope reasonable measures to limit or lower the salt concentration in the affected wells. Consequently, the relevant measured but also potential main hydrochemical indicators and isotope tracers are identified. The large uncertainties with respect to the establishment of a well-founded water balance and to the insuffcient knowledge about the geology of the small-scale area of Jericho are discussed. Because the interpretation of the measured helium samples from the fractured and karstified aquifer of the Cretaceous Judea Group is limited, the dependencies of the He-4 accumulation in groundwater in an idealized dual-continuum aquifer are investigated with respect to the relation of the He-4 mass fluxes and the system response time to the varied parameters (groundwater head gradient, hydraulic conductivities, dispersivities, porosities) by means of a sensitivity analysis. Although the system response time is not a system variable as such it clearly turned out that knowledge about it may be an important information for the interpretation of He concentrations in groundwaters of non-stationary systems. To enhance the visual post-processing of the parameter sensitivity analysis an easily interpretable way of data presentation is introduced.:Impressum Kurzfassung Abstract List of Figures List of Tables Introduction Geology and hydrogeological background Theory and application of environmental tracers to characterize groundwater flow Methodology Results Summary Conclusions / Semiaride und aride Gebiete stellen aufgrund des niedrigen oder ungünstig verteilten Niederschlagsdargebots eine besondere Herausforderung bezüglich Erkundung, Bereitstellung, nachhaltiger Nutzung und Schutz sich neu bildender, aber auch fossiler Wasserresourcen dar. Abgesehen von wenigen natürlichen oder künstlich angelegten Oberflächenreservoiren ist der poröse Untergrund dabei gleichzeitig Hauptspeicher und Transportmedium für Wasser und bietet einen Schutz gegen Verdunstung und bis zu einem gewissen Grade gegen oberflächig einwirkende Verunreinigungen. Diese Situation ist charakteristisch für den Nahen Osten und damit für die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Teiluntersuchungsgebiete, die sich in Israel und der West Bank befinden. Die Arbeit behandelt drei Hauptthemen. Einerseits geht sie auf die Charakterisierung der Jungwasseranteile im Abfluß vier bedeutender Quellen des Wadi Qilts und Jerichos sowie in beprobten tiefen Brunnen dreier wichtiger Brunnenfelder ein. Alle diese Objekte entwässern bzw. entnehmen Wasser aus dem Oberen oder Unteren Judea Group Aquifer. Mit ca. 750 m Mächtigkeit stellt dieser eines der bedeutensten Grundwasserreservoire der Region dar und besteht hauptsächlich aus unterschiedlich stark verkarsteten und gestörten Kalkstein- und Dolomitformationen, welche zwischen dem Senon und Eozän in Form einer in sich weiter gegliederten, beid-seitig abtauchenden Doppelantiklinalstruktur herausgehoben wurde (Hebron und Ramallah bzw. Judea und Samaria Mountains). Die Grundwasserneubildung ist beschränkt auf die Zeit zwischen Oktober und April sowie auf die Kammlagen des Gebirges, wo die sonst bedeckten Schichten des Aquifers ausstreichen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die eingesetzten Tracer auf ähnliche Weise mit Hilfe von Lumped Parameter-Modellen für alle Lokationen zu interpretieren und somit eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Andererseits untersucht die Arbeit Versalzungsprozesse im Shallow Aquifer von Jericho und deren Abgrenzung untereinander. Mögliche Hauptquellen der Versalzung sind durch überhöhte Grundwasserentnahme verstärke Zuflüsse von Solen, die Lösung von Salzen aus der Lisan-Formation oder Formationswässer der Lisan-Formation, welche die Ablagerungen des Lisan-Sees, des Pleistozänen Vorgängers des heutigen Toten Meeres, repräsentieren. Eine Unterscheidung der Mechanismen hat dabei durchaus Bedeutung für die Festlegung geeigneter Gegenmaßnahmen. Demzufolge werden die ermittelten, aber auch weitere, potentielle hydrochemische Hauptindikatoren und Tracer benannt. Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der Aufstellung einer Wasserbilanz, als auch einer unzureichend bekannten Geologie für das sehr kleinräumige Gebiet von Jericho werden diskutiert.:Impressum Kurzfassung Abstract List of Figures List of Tables Introduction Geology and hydrogeological background Theory and application of environmental tracers to characterize groundwater flow Methodology Results Summary Conclusions

Over thousands of years, the eastern part of the Mediterranean has developed ways to supply and manage its water resources. The most important evidence of this is the water networks that are distributed in the area. Case studies involving a literature review, fieldwork, sample collection and analysis were conducted that focused on two areas in the West Bank: Nablus city and the northern part of Jordan Valley. These locations were chosen because Nablus city and its vicinity have many of Roman tunnels and aqueducts while the Jordan Valley has many watermills. This study aims to examine the changes in water quality over time in various ways; in an attempt to explain environmental degradation, to understand archeological aspects relating to the water management system, and to piece together what sustained the past environmental development. Throughout centuries carbonate deposits have accumulated along the sidewalls of the water system, containing and archiving geochemical and hydraulic information. These carbonate deposits were sampled from the walls of tunnels together with water samples from the tunnel and surrounding springs in the area. In addition, carbonate sinter has accumulated at the outlet of the watermill on the water shaft. This sinter was also sampled along with water samples from the springs and the water in the Wadi in the area. Water and carbonate samples were analyzed. Water analysis included major cations and anions, trace elements, rare earth elements, 18O/16O isotope ratio, and 87Sr/86Sr isotope ratio. Results indicate the presence of different underground water bodies and Sr resources. Furthermore, thin sections were made from the carbonate samples for SEM–EDX analyses and microscopic investigations. The microscope analysis showed that the distribution of minerals precipitated differs within one sample. Likewise, SEM–EDX results show a variation in element distribution along the growth axis. After finishing the analysis of water samples and thin sections, the layers of the carbonate samples were acidified and trace elements and rare earth elements were measured by means of ICP–MS. Then selected layers were prepared for isotope analyses (18O, 13C, and 87Sr/86Sr) and subsequently measured. The carbonate samples were dated using the U–Th method. Rare earth elements and trace elements measurements provide clear evidence that urbanization has an adverse effect on groundwater quality. Different groundwater bodies were identified by means of geochemical analysis. In the same way, the water sources used to feed the ancient water system were also identified. Through petrological and geochemical analysis, the sustainability of the watermill concept could be demonstrated. This study recommends a more controlled regulation of urbanization expansion. It will only be possible to continue living in this region with sufficient amounts of groundwater and innovative techniques for water supply and management that are environmentally sustainable, as it used to be centuries ago.

Over thousands of years, the eastern part of the Mediterranean has developed ways to supply and manage its water resources. The most important evidence of this is the water networks that are distributed in the area. Case studies involving a literature review, fieldwork, sample collection and analysis were conducted that focused on two areas in the West Bank: Nablus city and the northern part of Jordan Valley. These locations were chosen because Nablus city and its vicinity have many of Roman tunnels and aqueducts while the Jordan Valley has many watermills. This study aims to examine the changes in water quality over time in various ways; in an attempt to explain environmental degradation, to understand archeological aspects relating to the water management system, and to piece together what sustained the past environmental development. Throughout centuries carbonate deposits have accumulated along the sidewalls of the water system, containing and archiving geochemical and hydraulic information. These carbonate deposits were sampled from the walls of tunnels together with water samples from the tunnel and surrounding springs in the area. In addition, carbonate sinter has accumulated at the outlet of the watermill on the water shaft. This sinter was also sampled along with water samples from the springs and the water in the Wadi in the area. Water and carbonate samples were analyzed. Water analysis included major cations and anions, trace elements, rare earth elements, 18O/16O isotope ratio, and 87Sr/86Sr isotope ratio. Results indicate the presence of different underground water bodies and Sr resources. Furthermore, thin sections were made from the carbonate samples for SEM–EDX analyses and microscopic investigations. The microscope analysis showed that the distribution of minerals precipitated differs within one sample. Likewise, SEM–EDX results show a variation in element distribution along the growth axis. After finishing the analysis of water samples and thin sections, the layers of the carbonate samples were acidified and trace elements and rare earth elements were measured by means of ICP–MS. Then selected layers were prepared for isotope analyses (18O, 13C, and 87Sr/86Sr) and subsequently measured. The carbonate samples were dated using the U–Th method. Rare earth elements and trace elements measurements provide clear evidence that urbanization has an adverse effect on groundwater quality. Different groundwater bodies were identified by means of geochemical analysis. In the same way, the water sources used to feed the ancient water system were also identified. Through petrological and geochemical analysis, the sustainability of the watermill concept could be demonstrated. This study recommends a more controlled regulation of urbanization expansion. It will only be possible to continue living in this region with sufficient amounts of groundwater and innovative techniques for water supply and management that are environmentally sustainable, as it used to be centuries ago.:Declaration V Acknowledgment VI Abstract VIII List of Figures X List of Tables XVI List of Abbreviations XVII Terms and definitions XIX 1. Introduction 1 1.1 Structure of the thesis 1 1.2 General information, background 2 1.2.1 Spiritual value of water in Palestine 2 1.2.2 Water resources and management condition in Palestine 3 1.2.3 Water crisis in Palestine 4 1.3 Motivation 5 1.4 Hypothesis 6 1.5 Location of study area 6 1.5.1 Description of geology and hydrogeology of the study area 8 1.5.2 Climate 13 2. Literature review 18 2.1 Research history of aqueducts 18 2.2 Aqueducts in Palestine 18 2.2.1 Agricultural aqueducts (related to watermills) in Palestine 20 2.3 Utilization of springs in Palestine 21 2.3.1 Ancient water system in Nablus–Sebestia 22 2.4 Carbonate sinter accumulation in aqueducts and artificial water network 24 2.4.1 Research history of secondary carbonate sinter 26 2.4.2 Growth mechanism of secondary carbonate 29 2.4.3 Carbonate sinter analysis 30 3. Methodology 33 3.1 Literature review 33 3.2 Fieldwork 34 3.3 Sampling and analysis 37 3.3.1 Water samples: 37 3.3.2 Carbonate samples 38 3.3.3 U–Th series dating 41 3.4 Software used 43 3.5 Challenges 43 4. Results and discussion (Nablus area) 45 4.1 Ancient water system description 45 4.2 Water sample results and discussion 54 4.2.1 Stable isotope 59 4.2.2 Strontium isotope analysis (87Sr/86Sr) 60 4.2.3 Saturation index 62 4.2.4 Discussion 63 4.3 Carbonate analysis (host rock) 64 4.4 Aqueduct building material 65 4.5 Secondary carbonate analysis 66 4.5.1 Ras Al Ein location (S-2) 66 4.5.2 Ijnisinya location (S-9) 72 4.5.3 Harun Location (S-8) 79 4.5.4 Water tunnel Location (A-1) 86 4.5.5 Water aqueduct Location (A-4) 99 4.6 Discussion 101 4.6.1 Is urbanization a source of groundwater quality degradation? 101 4.6.3 Paleoclimate calculations 105 5. Results and discussion (Al Malih area) 107 5.1 Water system description 107 5.2 Geochemical results (water) 108 5.3 Geochemical results (Carbonate) 111 5.3 Sustainability of watermills 113 6. Conclusions and recommendation 115 6.1 Conclusions 115 6.2 Recommendations 116 6.2.1 Recommendation for further research 116 6.2.2 Recommendation for policy makers 116 References 118