Contamination risk and drinking water protection for a large-scale managed aquifer recharge site in a semi-arid karst region, Jordan (original) (raw)

Hydrogeology Journal, 2017

Abstract

Karst aquifers in semi-arid regions are particularly threatened by surface contamination, especially during winter seasons when extremely variable rainfall of high intensities prevails. An additional challenge is posed when managed recharge of storm water is applied, since karst aquifers display a high spatial variability of hydraulic properties. In these cases, adapted protection concepts are required to address the interaction of surface water and groundwater. In this study a combined protection approach for the surface catchment of the managed aquifer recharge site at the Wala reservoir in Jordan and the downstream Hidan wellfield, which are both subject to frequent bacteriological contamination, is developed. The variability of groundwater quality was evaluated by correlating contamination events to rainfall, and to recharge from the reservoir. Both trigger increased wadi flow downstream of the reservoir by surface runoff generation and groundwater seepage, respectively. A tracer test verified the major pathway of the surface flow into the underground by infiltrating from pools along Wadi Wala. An intrinsic karst vulnerability and risk map was adapted to the regional characteristics and developed to account for the catchment separation by the Wala Dam and the interaction of surface water and groundwater. Implementation of the proposed protection zones for the wellfield and the reservoir is highly recommended, since the results suggest an extreme contamination risk resulting from livestock farming, arable agriculture and human occupation along the wadi. The applied methods can be transferred to other managed aquifer recharge sites in similar karstic environments of semi-arid regions.ZusammenfassungKarstgrundwasserleiter in semiariden Gebieten sind im besonderen Maße von Oberflächenverschmutzung bedroht, vor allem während der Wintersaison, wenn extrem variabler Niederschlag von hoher Intensität vorherrscht. Eine zusätzliche Herausforderung stellt die künstliche Grundwasseranreicherung mit Niederschlagswasser dar, da Karstgrundwasserleiter eine hohe räumliche Variabilität in ihren hydraulischen Eigenschaften aufweisen. In diesen Fällen sind angepasste Schutzkonzepte erforderlich, die das Zusammenspiel von Oberflächenwasser und Grundwasser berücksichtigen. In dieser Studie wird ein kombiniertes Schutzkonzept für das Oberflächeneinzugsgebiet der künstlichen Grundwasseranreicherungsanlage am Wala Stausee und dem unterstromig gelegenen Hidan Brunnenfeld in Jordanien entwickelt. In Beiden wurden wiederholt bakteriologische Verunreinigungen festgestellt. Die Variabilität der Grundwasserqualität lässt sich durch Korrelation der Kontaminationsereignisse mit Niederschlagsereignissen und Infiltration aus dem Stausee erklären. Beides führt zu erhöhtem Abfluss im Wadi unterhalb des Stausees, hervorgerufen durch Oberflächenabfluss und Grundwasseraustritte. Ein Tracerversuch bestätigte die Infiltration des Oberflächenflusses in den Untergrund über Pools entlang des Wadi Wala. Eine intrinsische Karstvulnerabilitäts- und Risikokarte wurde entwickelt und an die regionalen Besonderheiten angepasst, um die Abtrennung des Einzugsgebiets durch den Wala Staudamm und das Zusammenwirken von Oberflächenwasser und Grundwasser zu berücksichtigen. Die Umsetzung der vorgeschlagenen Schutzzonen für das Brunnenfeld und das Reservoir wird dringend empfohlen, da die Ergebnisse ein extremes Kontaminationsrisiko durch Viehzucht, Ackerbau und menschliche Besiedlung entlang des Wadis zeigen. Die angewandten Methoden können auf andere künstliche Grundwasseranreicherungsanlagen in ähnlichen Karstgebieten semiarider Regionen übertragen werden.RésuméLes aquifères karstiques dans les régions semi-arides sont particulièrement menacés par une contamination provenant de la surface, surtout pendant les saisons hivernales où prévaut une pluviométrie extrêmement variable de fortes intensités. Un défi supplémentaire existe lorsque la gestion de la recharge par les eaux pluviales est. appliquée, car les aquifères karstiques présentent une grande variabilité spatiale des propriétés hydrauliques. Dans ces cas, des concepts de protection adaptée sont nécessaires pour traiter la question des interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Dans cette étude, une approche combinée de protection est. développée pour le bassin versant du site de recharge de l’aquifère au niveau du réservoir de Wala en Jordanie et du champ de captage d’Hidan situé en aval hydraulique, tous les deux sujets à une contamination bactériologique fréquente. La variabilité de la qualité des eaux souterraines a été évaluée en corrélant les événements de contamination avec les précipitations, et à la recharge à partir du réservoir. Les deux déclenchent une augmentation du débit de l’oued en aval du réservoir due à la génération d’un ruissellement de surface et à l’infiltration vers les eaux souterraines, respectivement. Un essai de traçage a vérifié la voie principale de…

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