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Quantification of the water balance and experimental evaporation studies, Lake Urmia, Iran

Farhangdarehshouri, Sahand (2023)
Quantification of the water balance and experimental evaporation studies, Lake Urmia, Iran.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024466
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

The first study (Schulz et al., 2020) deals with the quantification of the water balance components of Lake Urmia and their temporal development over the last five decades. It shows that the fluctuations in the water level of Lake Urmia in the period we studied were mainly triggered by climatic changes. However, under current climatic conditions, agricultural water abstraction is significant compared to the remaining inflow of surface water. Changes in agricultural water abstraction would have a significant impact on the lake volume and could lead either to a stabilisation of the lake or to its complete collapse. The second study deals with the construction and testing of a low-cost climate chamber for simulating warm climate conditions (Darehshouri et al., 2020). The climate chamber enables reliable regulation of temperature and relative humidity in a typical range of warm climate conditions. Climate chambers are widely used in various disciplines (e.g., salt weathering of rocks, nutrient leaching in soils, water repellency of soils or in evaporation studies, as well as in testing monitoring equipment, etc.). This study also includes step-by-step instructions for building a low-cost DIY climate chamber. The use of the climate chamber allowed us to conduct a series of evaporation experiments to estimate evaporation from the lake surface (Schulz et al., 2020) and the dried lake bed (Darehshouri et al., 2022) of the Lake Urmia and accordingly determine a better water balance for the lake. In the third study (Darehshouri et al., 2022) we quantified the amount of evaporation from the dried up lake bed of Lake Urmia. The decline in the lake's water level between 1998 and 2020 has formed an area of more than 4,000 km² (i.e., in September 2015) of dried up lake bed, which is covered with precipitated salt on the surface. Although several studies have analysed the water balance of the lake in recent decades, evaporation from the dried up lake bed has not been taken into account. Considering that large areas dried up, we assumed that evaporation from the dried up lake bed might also play a role in the overall water balance of the lake. We applied a transferable multi-methods approach using laboratory column experiments and field data to determine the evaporation from the dried up lake bed of Lake Urmia. The column experiment was conducted with undisturbed soil columns taken from the dried up lake bed of Lake Urmia. The columns were placed in a climate chamber and exposed to daily temperature and humidity cycles to simulate the climatic conditions of Lake Urmia, while monitoring weight and water level changes due to evaporation. Our results show that the estimated evaporation from the dried up lake bed during the dry season (June to August) ranges from 0.12 mm per day to 0.2 mm per day, accounting for up to more than 6% (0.07 km³) of the total evaporation from Lake Urmia, depending on the lake level.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2023
Autor(en): Farhangdarehshouri, Sahand
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Quantification of the water balance and experimental evaporation studies, Lake Urmia, Iran
Sprache: Englisch
Referenten: Schulz, Dr. Stephan ; Henk, Prof. Dr. Andreas ; Schüth, Prof. Dr. Christoph ; Lehmann, Prof. Dr. Boris
Publikationsjahr: 2023
Ort: Darmstadt
Kollation: 123 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 2 August 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00024466
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24466
Kurzbeschreibung (Abstract):

The first study (Schulz et al., 2020) deals with the quantification of the water balance components of Lake Urmia and their temporal development over the last five decades. It shows that the fluctuations in the water level of Lake Urmia in the period we studied were mainly triggered by climatic changes. However, under current climatic conditions, agricultural water abstraction is significant compared to the remaining inflow of surface water. Changes in agricultural water abstraction would have a significant impact on the lake volume and could lead either to a stabilisation of the lake or to its complete collapse. The second study deals with the construction and testing of a low-cost climate chamber for simulating warm climate conditions (Darehshouri et al., 2020). The climate chamber enables reliable regulation of temperature and relative humidity in a typical range of warm climate conditions. Climate chambers are widely used in various disciplines (e.g., salt weathering of rocks, nutrient leaching in soils, water repellency of soils or in evaporation studies, as well as in testing monitoring equipment, etc.). This study also includes step-by-step instructions for building a low-cost DIY climate chamber. The use of the climate chamber allowed us to conduct a series of evaporation experiments to estimate evaporation from the lake surface (Schulz et al., 2020) and the dried lake bed (Darehshouri et al., 2022) of the Lake Urmia and accordingly determine a better water balance for the lake. In the third study (Darehshouri et al., 2022) we quantified the amount of evaporation from the dried up lake bed of Lake Urmia. The decline in the lake's water level between 1998 and 2020 has formed an area of more than 4,000 km² (i.e., in September 2015) of dried up lake bed, which is covered with precipitated salt on the surface. Although several studies have analysed the water balance of the lake in recent decades, evaporation from the dried up lake bed has not been taken into account. Considering that large areas dried up, we assumed that evaporation from the dried up lake bed might also play a role in the overall water balance of the lake. We applied a transferable multi-methods approach using laboratory column experiments and field data to determine the evaporation from the dried up lake bed of Lake Urmia. The column experiment was conducted with undisturbed soil columns taken from the dried up lake bed of Lake Urmia. The columns were placed in a climate chamber and exposed to daily temperature and humidity cycles to simulate the climatic conditions of Lake Urmia, while monitoring weight and water level changes due to evaporation. Our results show that the estimated evaporation from the dried up lake bed during the dry season (June to August) ranges from 0.12 mm per day to 0.2 mm per day, accounting for up to more than 6% (0.07 km³) of the total evaporation from Lake Urmia, depending on the lake level.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Die erste Studie (Schulz et al., 2020) beschäftigt sich mit der Quantifizierung der Wasserhaushaltskomponenten des Urmia-Sees und ihrer zeitlichen Entwicklung in den letzten fünf Jahrzehnten. Sie zeigt, dass die Schwankungen des Wasserstands des Urmia-Sees in dem von uns untersuchten Zeitraum hauptsächlich durch klimatische Veränderungen ausgelöst wurden. Unter den aktuellen klimatischen Bedingungen ist jedoch die landwirtschaftliche Wasserentnahme im Vergleich zum verbleibenden Zufluss von Oberflächenwasser signifikant. Veränderungen in der landwirtschaftlichen Wasserentnahme würden einen erheblichen Einfluss auf das Volumen des Sees haben und entweder zu einer Stabilisierung des Sees oder zu seinem vollständigen Zusammenbruch führen können.

Die zweite Studie befasst sich mit dem Bau und der Prüfung einer kostengünstigen Klimakammer zur Simulation von warmen Klimabedingungen (Darehshouri et al., 2020). Die Klimakammer ermöglicht eine zuverlässige Regelung von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit im typischen Bereich warmer Klimabedingungen. Klimakammern werden in verschiedenen Disziplinen weit verbreitet eingesetzt (z.B. Salzverwitterung von Gesteinen, Auswaschung von Nährstoffen in Böden, Wasserabweisung von Böden oder in Verdunstungsstudien sowie zur Prüfung von Überwachungsausrüstung usw.). Diese Studie enthält auch eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Bau einer kostengünstigen DIY-Klimakammer. Die Verwendung der Klimakammer ermöglichte es uns, eine Reihe von Verdunstungsexperimenten zur Abschätzung der Verdunstung von der Oberfläche des Sees (Schulz et al., 2020) und dem ausgetrockneten Seeboden (Darehshouri et al., 2022) des Urmia-Sees durchzuführen und entsprechend einen besseren Wasserhaushalt für den See zu bestimmen.

In der dritten Studie (Darehshouri et al., 2022) haben wir die Menge der Verdunstung vom ausgetrockneten Seeboden des Urmia-Sees quantifiziert. Der Rückgang des Wasserstands des Sees zwischen 1998 und 2020 hat eine Fläche von mehr als 4.000 km² (im September 2015) ausgetrockneten Seebodens geschaffen, der an der Oberfläche mit ausgefallenem Salz bedeckt ist. Obwohl in den letzten Jahrzehnten mehrere Studien den Wasserhaushalt des Sees analysiert haben, wurde die Verdunstung vom ausgetrockneten Seeboden nicht berücksichtigt. Angesichts der großen ausgetrockneten Flächen gingen wir davon aus, dass die Verdunstung vom ausgetrockneten Seeboden ebenfalls eine Rolle im Gesamtwasserhaushalt des Sees spielen könnte. Wir verwendeten einen übertragbaren Multimethoden-Ansatz, bei dem Laborversuche mit Säulen und Felddaten zur Bestimmung der Verdunstung vom ausgetrockneten Seeboden des Urmia-Sees herangezogen wurden. Der Säulenversuch wurde mit ungestörten Bodensäulen durchgeführt, die aus dem ausgetrockneten Seeboden des Urmia-Sees entnommen wurden. Die Säulen wurden in einer Klimakammer platziert und täglichen Temperatur- und Feuchtigkeitszyklen ausgesetzt, um die klimatischen Bedingungen des Urmia-Sees zu simulieren, während Gewichts- und Wasserstandsänderungen aufgrund der Verdunstung überwacht wurden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die geschätzte Verdunstung vom ausgetrockneten Seeboden während der Trockenzeit (Juni bis August) zwischen 0,12 mm pro Tag und 0,2 mm pro Tag liegt und je nach Wasserstand bis zu mehr als 6% (0,07 km³) der Gesamtverdunstung vom Urmia-See ausmacht.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-244668
Zusätzliche Informationen:

ISI publications that are part of this cumulative thesis:

Schulz, S., Darehshouri, S., Hassanzadeh, E., Tajrishy, M., Schüth, C., 2020. Climate change or irrigated agriculture – what drives the water level decline of Lake Urmia. Scientific Reports 10 (1): 236 https://doi.org/10.1038/s41598-019-57150-y

Darehshouri, S., Michelsen, N., Schüth, C., Schulz, S., 2020. A low‐cost environmental chamber to simulate warm climatic conditions. Vadose Zone Journal 19 (1): 1–6 https://doi.org/10.1002/vzj2.20023

Darehshouri, S., Michelsen, N., Schüth, C., Tajrishy, M., Schulz, S., 2022. Evaporation from the dried-up lake bed of Lake Urmia, Iran. Science of The Total Environment: 159960 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159960

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Geowissenschaften > Fachgebiet Hydrogeologie
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2023 13:09
Letzte Änderung: 01 Sep 2023 07:42
PPN:
Referenten: Schulz, Dr. Stephan ; Henk, Prof. Dr. Andreas ; Schüth, Prof. Dr. Christoph ; Lehmann, Prof. Dr. Boris
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 2 August 2023
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