Anwendung isotopenhydrologischer Untersuchungen unter speziellen klimatischen, hydrologischen und geologischen Bedingungen zur Erforschung des unterirdischen Wasserhaushalts in einem begrenzten Gebiet in Vorderasien

Abstract

Das Ziel der Arbeit lag in dem Versuch, erstmals isotopenhydrologische Unter-suchungsmethoden in einem Teilgebiet des Nord-Irak anzuwenden, aus den dabei gewonnenen Ergebnissen gewisse, allererste Einblicke in den unterirdischen Wasserhaushalt abzuleiten, nach Möglichkeit besondere, hydrologische Probleme aufzuzeigen und schließlich ein Programm für künftig notwendige, isotopen-hydrologische und hydrologische Untersuchungen zu entwickeln. Zur Gewinnung von isotopenhydrologischen Basisdatenmaterial - bisher liegen für das Untersuchungsgebiet keine Isotopendaten vor - wurden Wasserproben von 12 Quellen und 10 Brunnen in der Provinz Arbil auf ihre Isotopenzusammensetzung hin untersucht. Die Proben wurden zwischen 30. Juli und 24. August 2001 entnommen, nach Wien transportiert, und auf ihren Tritium- und 18O-Gehalt untersucht. Die Analysen wurden am Österreichischen Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal ausgeführt. Als Vorbereitung wurden aus der vorhandenen Literatur die hydrologischen, klimatischen, meteorologischen Grundlagen für das Untersuchungsgebiet zusammengefasst. Die für die Dissertation zur Verfügung stehenden Mittel und die allgemeine Situation im Untersuchungsgebiet erlaubten nur eine einmalige Übersichtsuntersuchung, sodass nur eingeschränkte Schlussfolgerungen möglich sind. Trotzdem lassen sich aus den gewonnen Daten und durch Auswertung isotopenhydrologischer Literaturdaten aus den Nachbarländern einige grundlegende Aussagen für das Untersuchungsgebiet treffen. Als lokale Niederschlagsgerade im Kurdengebiet des Nordirak wurde [delta] D = 8 x [delta] 18O + 20 ermittelt. Die Wässer sind generell durch einen verhältnismäßig hohen Deuteriumüberschuss (d =20 ‰) gekennzeichnet, im Vergleich dazu beträgt der Deuteriumüberschuß für die globale Niederschlagsgerade (d = 10 ‰). Der Deuteriumüberschuss ist etwas geringer als der der Ostmediterranen Niederschlagsgeraden (d = 22 ‰). Die Niederschläge im Untersuchungsgebiet dürften demnach in erster Linie mediterraner Herkunft sein. Der isotopenhydrologische Höheneffekt im Untersuchungsgebiet beträgt ungefähr -0,23‰ pro 100 Höhenmeter für [delta] 18O. Die Tritiumdaten der Übersichtbeprobung deuten darauf hin, dass ein Teil der beprobten Aquifere größere Anteile älteren Wassers enthält, d.h. Wasser, das aus Niederschlägen aus der Zeit vor den Kernwaffenversuchen (vor 1950) gebildet worden ist. Der 3H-Gehalt der neugebildeten Grundwässer im Untersuchungsgebiet beträgt derzeit (2001) ungefähr 10 TU. Demnach liegt wahrscheinlich auch der mittlere 3H-Gehalt des aktuellen Niederschlages bei ungefähr 9-10 TU. Die verhältnismäßig hohen Alter der Grundwässer im Becken von Arbil mahnen zur Vorsicht bei der Bewirtschaftung der Grundwasservorräte, damit nicht mehr Grundwasser entnommen als neugebildet wird. Die im Rahmen der Dissertation erarbeiteten isotopenhydrologischen Grundlagen sind Voraussetzung für weiterführende hydrologische und hydrogeologische Untersuchungen im Gebiet Arbil.

It is the goal of this study to introduce isotope hydrological research to parts of Northern Iraq and, based on its results, to gain first insights into the region's underground water budget, and, if possible to highlight specific hydrological problems and to develop a program for necessary isotope and hydrological research in the future. In order to gain basic isotope hydrological data, to this day there is no isotope data from the area of research, water samples have been collected from 12 springs and 10 wells in Arbil province and their isotope content has been analyzed. The samples have been collected between July 30 and August 24 2001, the samples were then shipped to Vienna and their tritium and O-18 contents have been measured. The analysis has been done by the Austrian Center for Research and Tests at Arsenal. In order to prepare for this study, basic knowledge and facts of the research area has been summarized, using existing literature. The financial means for his study and the general situation in the research area did allow only preliminary research and sampling, limiting conclusions drawn from the results. In spite of this there are some basic statements to be made on the research area, based on the data from other studies in neighboring countries. The Local Meteoric Water Line (LMWL) in the Kurdish area of Northern Iraq was found to be [delta] D = 8 x [delta] 18O + 20. The waters are characterized by a rather high deuterium excess (d =20 ‰). By comparison the deuterium excess of the Global Meteoric Water Line (GWML) is (d = 10 ‰). The deteurium excess is somewhat lower than that of the Eastern Mediterranean Water Line (d = 22 ‰).. Precipitation in the research area thus is likely to be primarily Mediterranean. The isotope hydrological altitude effect in the research area is around 0,23‰ per 100 meters for [delta] 18O. The tritium data of prelimary sampling indicates that a part of the sampled aquifers contains large portions of older waters, i.e. waters recharged prior to nuclear weapons testing (before 1950). The tritium content of recently recharged groundwaters in the research area is currently found to be 10 TU (2001). Thus the average tritium content of current precipitation can be assumed to be at around 9-10 TU. The relatively high groundwater age in Arbil basin make it necessary to reconsider exploitation of groundwater resources in order to prevent more water to be taken from the wells than is being recharged. The isotope hydrological conditions outlined in this thesis are a precondition for further hydrological and isotope hydrological research in Arbil region.