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.

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