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Hydrogeological and Geochemical Modelling of a seawater intrusion barrier in a coastal/island groundwater body

Demichele, Francesco (2024)
Hydrogeological and Geochemical Modelling of a seawater intrusion barrier in a coastal/island groundwater body.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026466
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

The impact of Climate Change in the central Mediterranean Region is expected to result in a general reduction of the annual precipitation, coupled with an increased variability in precipitation events. This is expected to give rise to prolonged drought periods as well as reduced recharge levels to groundwater, increasing the existing pressures on these already stressed naturally renewable freshwater resources. On the other hand, an increased prevalence of high intensity rain events is expected to result in the over-availability of surface water resources during short time periods increasing the risk of flood events. Ensuring a high level of resilience in the water sector is therefore increasingly becoming a priority for the Maltese islands, and this not only for ensuring security in the provision of water services but also in view of water’s contribution to food production and ecosystems. Increased resilience is generally addressed through the application of traditional tools such as water demand management and water supply augmentation measures. But it can also be addressed through the restoration and augmentation of the capacity of existing natural freshwater resources. Managed Aquifer Recharge is therefore one of the tools which can support a move towards a more water resilient management framework, improving the quantitative (and qualitative) status of groundwater whilst enabling the reservoir capacity of aquifer systems to be exploited for balancing water storage between wet and dry periods. In so doing, additional water resources during wet periods for which there would be no effective use can be stored, enhanced and made available during dry periods when water resources are scarce – thereby ensuring the sustainability of groundwater resources and ensuring their contribution to water security in the Maltese islands for the future. This thesis assesses feasibility of the application of a Managed Aquifer Recharge (MAR) Scheme to the Malta Mean Sea Level Aquifer system, an island (freshwater-lens system) body of groundwater which is of strategic importance to the water supply of the islands, but which has suffered a deterioration in status over the years due to long term over-abstraction. The potential impact of a Managed Aquifer Recharge scheme in the central and southern regions of this aquifer system is assessed as a tool for improving the quantitative and qualitative status of the groundwater body with a view of guiding the development of policy considerations for the application of Managed Aquifer Recharge as a tool within Malta’s future River Basin Management Plans for sustaining groundwater resources. The evaluation of the suitability of a MAR scheme to halt further depletion of the Malta groundwater resources was based on the assessment of current social and local environmental settings. Due to fast urbanisation, water demand is rising rapidly while securing a safe drinking water supply becomes a challenge. Together with land consumption, high evapotranspiration rates typical of semi-arid regions compromise the implementation of typical MAR schemes such as infiltration spreading methods. To overcome the quantitative and qualitative challenges related to water management of the country, mitigation and adaption measures suitable for the site-specific conditions of Malta are needed to compensate the effects of groundwater exploitation associated to saltwater intrusion into the freshwater lens system.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2024
Autor(en): Demichele, Francesco
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Hydrogeological and Geochemical Modelling of a seawater intrusion barrier in a coastal/island groundwater body
Sprache: Englisch
Referenten: Schüth, Prof. Dr. Christoph ; Balacco, Prof. Dr. Gabriella ; Hinderer, Prof. Dr. Matthias ; Lutze, Prof. Dr. Holger
Publikationsjahr: 2 Februar 2024
Ort: Darmstadt
Verlag: TU Darmstadt
Kollation: 95 Seiten in verschiedenen Zählungen
Datum der mündlichen Prüfung: 7 November 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00026466
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26466
Kurzbeschreibung (Abstract):

The impact of Climate Change in the central Mediterranean Region is expected to result in a general reduction of the annual precipitation, coupled with an increased variability in precipitation events. This is expected to give rise to prolonged drought periods as well as reduced recharge levels to groundwater, increasing the existing pressures on these already stressed naturally renewable freshwater resources. On the other hand, an increased prevalence of high intensity rain events is expected to result in the over-availability of surface water resources during short time periods increasing the risk of flood events. Ensuring a high level of resilience in the water sector is therefore increasingly becoming a priority for the Maltese islands, and this not only for ensuring security in the provision of water services but also in view of water’s contribution to food production and ecosystems. Increased resilience is generally addressed through the application of traditional tools such as water demand management and water supply augmentation measures. But it can also be addressed through the restoration and augmentation of the capacity of existing natural freshwater resources. Managed Aquifer Recharge is therefore one of the tools which can support a move towards a more water resilient management framework, improving the quantitative (and qualitative) status of groundwater whilst enabling the reservoir capacity of aquifer systems to be exploited for balancing water storage between wet and dry periods. In so doing, additional water resources during wet periods for which there would be no effective use can be stored, enhanced and made available during dry periods when water resources are scarce – thereby ensuring the sustainability of groundwater resources and ensuring their contribution to water security in the Maltese islands for the future. This thesis assesses feasibility of the application of a Managed Aquifer Recharge (MAR) Scheme to the Malta Mean Sea Level Aquifer system, an island (freshwater-lens system) body of groundwater which is of strategic importance to the water supply of the islands, but which has suffered a deterioration in status over the years due to long term over-abstraction. The potential impact of a Managed Aquifer Recharge scheme in the central and southern regions of this aquifer system is assessed as a tool for improving the quantitative and qualitative status of the groundwater body with a view of guiding the development of policy considerations for the application of Managed Aquifer Recharge as a tool within Malta’s future River Basin Management Plans for sustaining groundwater resources. The evaluation of the suitability of a MAR scheme to halt further depletion of the Malta groundwater resources was based on the assessment of current social and local environmental settings. Due to fast urbanisation, water demand is rising rapidly while securing a safe drinking water supply becomes a challenge. Together with land consumption, high evapotranspiration rates typical of semi-arid regions compromise the implementation of typical MAR schemes such as infiltration spreading methods. To overcome the quantitative and qualitative challenges related to water management of the country, mitigation and adaption measures suitable for the site-specific conditions of Malta are needed to compensate the effects of groundwater exploitation associated to saltwater intrusion into the freshwater lens system.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Es wird erwartet, dass die Auswirkungen des Klimawandels in der zentralen Mittelmeerregion zu einer allgemeinen Verringerung des Jahresniederschlags, verbunden mit einer erhöhten Variabilität der Niederschlagsereignisse, führen werden. Es wird erwartet, dass dies zu längeren Dürreperioden sowie zu einer geringeren Neubildung des Grundwassers führen wird, was den bestehenden Druck auf diese bereits beanspruchten, natürlich erneuerbaren Süßwasserressourcen erhöht. Andererseits wird erwartet, dass eine zunehmende Prävalenz von Regenereignissen hoher Intensität zu einer Überverfügbarkeit der Oberflächenwasserressourcen in kurzen Zeiträumen führt und das Risiko von Überschwemmungen erhöht. Die Gewährleistung einer hohen Widerstandsfähigkeit im Wassersektor wird daher für die maltesischen Inseln zunehmend zu einer Priorität, und zwar nicht nur zur Gewährleistung der Sicherheit bei der Bereitstellung von Wasserdienstleistungen, sondern auch im Hinblick auf den Beitrag des Wassers zur Nahrungsmittelproduktion und zu den Ökosystemen. Eine erhöhte Widerstandsfähigkeit wird im Allgemeinen durch den Einsatz traditioneller Instrumente wie Wassernachfragemanagement und Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserversorgung erreicht. Es kann aber auch durch die Wiederherstellung und Erweiterung der Kapazität bestehender natürlicher Süßwasserressourcen angegangen werden. Die verwaltete Wiederauffüllung von Grundwasserleitern ist daher eines der Instrumente, die den Übergang zu einem wasserresistenteren Managementrahmen unterstützen können, der den quantitativen (und qualitativen) Zustand des Grundwassers verbessert und gleichzeitig die Nutzung der Speicherkapazität von Grundwasserleitersystemen für den Ausgleich der Wasserspeicherung zwischen Nass- und Grundwasser ermöglicht Trockenperioden. Auf diese Weise können zusätzliche Wasserressourcen in Regenperioden, für die es keine effektive Nutzung gäbe, gespeichert, verbessert und in Trockenperioden, in denen die Wasserressourcen knapp sind, verfügbar gemacht werden – und so die Nachhaltigkeit der Grundwasserressourcen und ihr Beitrag zur Wassersicherheit in sichergestellt werden die maltesischen Inseln für die Zukunft. In dieser Arbeit wird die Machbarkeit der Anwendung eines Managed Aquifer Recharge (MAR)-Systems auf das maltesische Grundwasserleitersystem auf mittlerem Meeresspiegel bewertet, einem Inselgrundwasserkörper (Süßwasserlinsensystem), der für die Wasserversorgung der Inseln von strategischer Bedeutung ist, aber dessen Status sich im Laufe der Jahre aufgrund der langfristigen übermäßigen Entnahme verschlechtert hat. Die potenziellen Auswirkungen eines Managed Aquifer Recharge-Programms in den zentralen und südlichen Regionen dieses Aquifersystems werden als Instrument zur Verbesserung des quantitativen und qualitativen Zustands des Grundwasserkörpers bewertet, um die Entwicklung politischer Überlegungen für die Anwendung von Managed zu leiten Grundwasserneubildung als Instrument im Rahmen der künftigen Flussgebietsmanagementpläne Maltas zur Erhaltung der Grundwasserressourcen. Die Bewertung der Eignung eines MAR-Programms zur Eindämmung der weiteren Erschöpfung der maltesischen Grundwasserressourcen basierte auf der Bewertung der aktuellen sozialen und lokalen Umweltbedingungen. Aufgrund der schnellen Urbanisierung steigt der Wasserbedarf rapide an, während die Sicherstellung einer sicheren Trinkwasserversorgung zu einer Herausforderung wird. Zusammen mit dem Landverbrauch gefährden hohe Evapotranspirationsraten, die für semiaride Regionen typisch sind, die Umsetzung typischer MAR-Systeme wie Infiltrationsausbreitungsmethoden. Um die quantitativen und qualitativen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Wasserbewirtschaftung des Landes zu bewältigen, sind Abhilfe- und Anpassungsmaßnahmen erforderlich, die für die standortspezifischen Bedingungen Maltas geeignet sind, um die Auswirkungen der Grundwassernutzung im Zusammenhang mit dem Eindringen von Salzwasser in das Süßwasserlinsensystem zu kompensieren.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-264663
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut Wasserbau und Wasserwirtschaft
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut Wasserbau und Wasserwirtschaft > Fachgebiet Ingenieurhydrologie und Wasserbewirtschaftung
Hinterlegungsdatum: 02 Feb 2024 10:16
Letzte Änderung: 05 Feb 2024 06:11
PPN:
Referenten: Schüth, Prof. Dr. Christoph ; Balacco, Prof. Dr. Gabriella ; Hinderer, Prof. Dr. Matthias ; Lutze, Prof. Dr. Holger
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 7 November 2023
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