Exposure of tourism development to salt karst hazards along the Jordanian Dead Sea shore

The Dead Sea shore is a unique, young and dynamic salt karst system. Development of the area began in the 1960s, when the main water resources that used to feed the Dead Sea were diverted towards deserts, cities and industries. During the last decade, the water level has fallen by more than 1&thinsp;m per year, causing a hydrostatic disequilibrium between the underground fresh waters and the base level. Thousands of underground cavities have developed as well as hectometre-sized landslides. Despite these unfavourable environmental conditions, large tourism development projects have flourished along the northern coast of the Jordanian Dead Sea. In this work, which is based on a multi-method approach (analyses of radar and optical satellite data, in situ observations, and public science), we show that a 10&thinsp;km long strip of coast that encompass several resorts is exposed to subsidence, sinkholes, landslides and flash floods. Geological discontinuities are the weakest points where the system can re-balance and where most of the energy is dissipated through erosional processes. Groundwater is moving rapidly along fractures to reach the dropping base level. The salt that fills the sediments matrix is dissolved along the water flow paths favouring the development of enlarged conduits, cavities and then the proliferation of sinkholes. The front beaches of the hotels, the roads and the bridges are the most affected infrastructure. We point out the importance for the land planners to include in the Dead Sea development schemes the historical records and present knowledge of geological hazards in the area.</p

Differential Radar Interferometry Applied to the Detection and Monitoring of Geological Hazards

We live in a constantly changing environment, characterized by climate changes, extreme weather events and the occurrence of more frequent geological hazards that have a strong negative impact on the territory and society, interrupting services, damaging buildings and infrastructure and jeopardizing the life of millions of people worldwide. For this reason, there is the need to build a society resilient to natural-hazards, which can understand how the natural system behaves and responds to natural and human-induced modifications and can adapt to these changes. The monitoring of the territory is necessary to comprehend the triggering factors and the mechanisms of geological hazards and to plan the most suitable actions to prevent and mitigate the risk. The monitoring of geological hazards with conventional ground-based techniques such as Global Positioning System (GPS) and levelling is usually expensive and time consuming, which limits the number of measured points and the overall duration of the surveys. One of the best way to overcome to these problems is to use remote-sensing techniques to monitor large portion of territory reducing operating costs and time. Advanced Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry (A-DInSAR) is one of the best tool to monitor and study ground displacements over very large portions of territory in a cost-effective way. In this Doctoral Thesis, we applied A-DInSAR to the monitoring of the geological instabilities occurring in different areas characterized by unique geological and environmental features. The selected areas include different environments such as vegetate territories, low and steep topography, coastal areas, salty deserts, urbanized land, each of them affected by hazards of natural and anthropic origin such as landslides, subsidence and karstic activity. In each case study, the monitoring activity presented its own challenges that were overcome adopting specific technical solutions in the data processing and management. The aim of this work is to give an overview of the potential of A-DInSAR techniques when applied to the study of geological hazards in different environments. This can be useful to show to local Authorities that A-DInSAR can be fully integrated as part of the activities carried out to manage the territory and to prevent and mitigate the risk related to geological hazards

SMART - IWRM : Integrated Water Resources Management in the Lower Jordan Rift Valley; Project Report Phase I (KIT Scientific Reports ; 7597)

This book provides an overview of the large scale Integrated Water Resources Management (IWRM) research program SMART at the Lower Jordan River Basin which aims at local implementation, knowledge & capacity building. The focus of the first phase is placed on decentralised wastewater treatment and reuse, water quality including emerging pollutants, management and modelling of groundwater systems, artificial recharge, socio-economic frameworks, a transboundary database and decision support tools

SMART - IWRM - Sustainable Management of Available Water Resources with Innovative Technologies - Integrated Water Resources Management in the Lower Jordan Rift Valley : Final Report Phase II (KIT Scientific Reports ; 7698)

SMART was a multi-lateral research project with partners from Germany, Israel, Jordan and the Palestinian Territories. The overall goal was to develop a transferable approach for Integrated Water Resources Management (IWRM) in the water shortage region of the Lower Jordan Valley. The innovative aspect addressed all available water resources: groundwater and surface waters, but also wastewater, brackish water and flood water that need to be treated for use

Integrated Water Resources Management Karlsruhe 2010 : IWRM, International Conference, 24 - 25 November 2010 conference proceedings

In dieser Arbeit werden dual-orthogonal, linear polarisierte Antennen für die UWB-Technik konzipiert. Das Prinzip zur Realisierung der Strahler wird vorgestellt, theoretisch und simulativ untersucht, sowie messtechnisch verifiziert. Danach werden Konzepte zur Miniaturisierung der Strahler dargelegt, die anschließend zum Aufbau von Antennengruppen verwendet werden. Die Vorteile der entwickelten Antennen werden praktisch anhand des bildgebenden Radars und des Monopuls-Radars gezeigt

Diferent approaches to improve groundwater resources management : submarine groundwater discharge and managed aquifer recharge

Global change is expected to affect significantly the global hydrological behavior, changing mean annual precipitation patterns, increasing length of drought periods, rising evaporation and atmospheric water vapor and decreasing ice cover. All these changes imply significant challenges to find solutions that could contribute to mitigate the effects of global change in groundwater quality and its effect on the environment. In this context, the application of remote sensing in groundwater studies represent a useful technique to complement the information obtained with the traditional methods in hydrogeological studies used for the characterization and quantification of water resources. In the same way, Managed Aquifer Recharge (MAR) represents a feasible solution to deal with future water management challenges promoting the storage of available water in aquifers and improving the recharged water quality. The present dissertation is focused on improving groundwater resources management in two different ways. First, by using remote sensing tools for the characterization of coastal areas and second, by using reactive barriers to improve degradation of contaminants of emerging concern in the context of managed aquifer recharge coupled to the outflow of a waste water treatment plant. Firstly, we evaluate the usefulness of using freely available thermal infrared (TIR) imagery of the Landsat 8 as an exploratory tool for identifying SGD springs worldwide. The use of satellite thermal data as a technique for identifying SGD springs in sea water is based on the identification of thermally anomalous plumes obtained from the thermal contrasts between groundwater and sea surface water. The main goal of this first part of the conducted research is to demonstrate the significant usefulness of Landsat 8 TIR images as an exploratory tool for identifying SGD springs (karts areas) worldwide and discuss the main limiting factors of using this technique in SGD studies. Results show that satellite TIR remote sensing is a useful method for identifying coastal springs in karst aquifers both locally and regionally. However, there are some limiting factors that need to be considered as, technical limitations, geological and hydrogeological characteristics of the studied area, environmental and marine conditions, and coastal geomorphology. Secondly, we present the potential use of satellite chlorophyll (Chl-a) data as a low-cost tool for mapping the spatial and temporal evolution of the ecological influence of SGD in coastal habitats. To distinguish high Chl-a concentrations derived from SGD to those derived from other potential sources, a clustered analysis were applied to Landsat 8 satellite Chl-a data. Results show that satellite Chl-a data offers the possibility to identify and constrain areas where SGD inputs have increased primary productivity and calculate the Chl-a concentration gradient along time induced by SGD. Finally, we investigate the fate of selected UV filters (UVFs) in two MAR systems; one supplemented with a reactive barrier containing clay and vegetable compost, and the other as a reference system. We monitor benzophenone-3 (BP-3) and its transformation products (TPs) (benzophenone-1 (BP-1), 4,4'-dihydroxybenzophenone (4-DHB), 4-hydroxybenzophenone (4-HB) and 2,2'-dihydroxy-4-methoxybenzophenone (DHMB)), benzophenone-4 (BP-4) and avobenzone (AVO) at all involved compartments (water, soil, and biofilm), before and after modifying redox conditions through a pulse of lithium acetate. Results show that the implementation of a reactive barrier in MAR systems improve substantially the degradation extent of UVF, especially of BP-3 and its TPs. The present dissertation contributes to improve groundwater resources management throughout new methodological and technical approaches to deal with the new challenges of today’s society.El canvi global s'espera que afecti significativament el comportament hidrològic global, canviant els patrons de precipitació mitjana anual, augmentant la durada dels períodes de sequera, augmentant l'evaporació i el vapor d'aigua atmosfèric i disminuint la capa de gel. Tots aquests canvis impliquen reptes importants per trobar solucions que puguin contribuir a mitigar els efectes en la qualitat de l'aigua subterrània i el seu efecte al medi ambient. En aquest context, l'aplicació de la teledetecció en estudis d'aigües subterrànies representa una tècnica útil per complementar la informació obtinguda amb els mètodes tradicionals en estudis hidrogeològics utilitzats per caracteritzar i quantificar recursos hídrics. De la mateixa manera, la Recàrrega Gestionada d'Aqüífers representa una solució factible per fer front als futurs desafiaments en la gestió de l'aigua, promovent l'emmagatzematge de l'aigua disponible als aqüífers i millorant la qualitat de l'aigua recarregada. Aquesta tesi es centra en millorar la gestió dels recursos hídrics subterranis de dues maneres diferents. En primer lloc, mitjançant l'ús d'eines de teledetecció per a la caracterització de les zones costaneres i, en segon lloc, mitjançant l'ús de barreres reactives per millorar la degradació dels contaminants de preocupació emergent en el context de la recàrrega gestionada d’aqüífers acoblada amb l’efluent d’una planta de tractament d’aigües residuals. En primer lloc, s'avalua la possibilitat d'utilitzar imatges infraroges tèrmiques (TIR) de Landsat 8 com a eina exploratòria per identificar fonts de SGD. L'ús de dades tèrmiques de satèl·lit per identificar fonts de SGD al mar es basa en la identificació de plomalls tèrmicament anòmals obtinguts a partir del contrast tèrmic existent entre les aigües subterrànies i les aigües superficials del mar. L'objectiu principal d'aquesta primera part és demostrar la utilitat de les imatges TIR de Landsat 8 com a eina exploratòria per identificar fonts de SGD a tot el món i discutir quins són els factors limitants d'aquesta tècnica en estudis de SGD. Els resultats mostren que la teledetecció amb imatges de satèl·lit tèrmiques, és un mètode útil per identificar fonts costaneres en aqüífers càrstics tant a nivell local com regional. No obstant això, hi ha alguns factors que cal considerar, com ara, limitacions de la tècnica, característiques geològiques i hidrogeològiques, condicions ambientals i marines i la geomorfologia costanera. En segon lloc, es presenta l'ús potencial de dades de clorofil·la (Chl-a) obtingudes amb satèl·lit, com una eina de baix cost per mapejar l'evolució espacial i temporal de la influència ecològica de la SGD a les zones costaners. Per distingir les altes concentracions de Chl-a derivades de SGD de les derivades d'altres fonts, s’ha aplicat una anàlisi d¿ agrupament a les dades de Chl-a. Els resultats mostren que les dades de Chl-a obtingudes amb satèl·lit ofereixen la possibilitat d'identificar i restringir àrees on les entrades de SGD han augmentat la productivitat primària i calcular el gradient de concentració de Chl-a al llarg del temps induït per la SGD. Finalment, s’investiga el destí dels filtres UV seleccionats, en dos sistemes de recàrrega gestionada d’aqüífers; un complementat amb una barrera reactiva a base d'argila i compost vegetal, i l'altre com a sistema de referència. Es monitoritza la benzofenona-3 (BP-3) i els seus productes de transformació (TP) en tots els compartiments involucrats (aigua, sòl i biopel·lícula), abans i després de modificar les condicions redox mitjançant un pols d'acetat de liti. Els resultats mostren que la implementació d'una barrera reactiva als sistemes de recàrrega gestionada d’aqüífers millora la degradació dels filtres UV, especialment de la BP-3 i els seus TP. Aquesta tesi ha contribuït a millorar la gestió dels recursos hídricsSe espera que el cambio global afecte significativamente el comportamiento hidrológico global, cambiando los patrones de precipitación media anual, aumentando la duración de los períodos de sequía, aumentando la evaporación y el vapor de agua atmosférico y disminuyendo la capa de hielo. Por lo tanto, los cambios en la humedad del suelo, la escorrentía, la recarga, la cantidad y la calidad del agua subterránea se verán afectados. Además, el crecimiento poblacional esperado incrementará la contaminación al mismo tiempo que implicará un crecimiento de la demanda y una competencia por los recursos hídricos y por ende un aumento en la extracción de aguas subterráneas. Todos estos cambios implican desafíos importantes para encontrar soluciones que puedan contribuir a mitigar los efectos en la calidad del agua subterránea y su efecto en el medio ambiente. En este contexto, la aplicación de la teledetección en estudios de aguas subterráneas representa una técnica útil para complementar la información obtenida con los métodos tradicionales en estudios hidrogeológicos utilizados para la caracterización y cuantificación de recursos hídricos. Del mismo modo, la Recarga Gestionada de Acuíferos representa una solución factible para hacer frente a los desafíos futuros de la gestión del agua, promoviendo el almacenamiento del agua disponible en los acuíferos y mejorando la calidad del agua recargada. La presente tesis se centra en mejorar la gestión de los recursos hídricos subterráneos de dos maneras diferentes. En primer lugar, mediante el uso de herramientas de teledetección para la caracterización de las zonas costeras y, en segundo lugar, mediante el uso de barreras reactivas para mejorar la degradación de los contaminantes de preocupación emergente en el contexto de la recarga gestionada de acuíferos acoplada al efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales. En primer lugar, se evalúa la posibilidad de utilizar imágenes infrarrojas térmicas (TIR) disponibles gratuitamente de Landsat 8 como una herramienta exploratoria para identificar manantiales SGD en todo el mundo. El uso de datos térmicos satelitales como técnica para identificar manantiales de SGD en agua de mar se basa en la identificación de penachos térmicamente anómalos obtenidos a partir del contraste térmico existente entre las aguas subterráneas y las aguas superficiales del mar. El objetivo principal de esta primera parte de la investigación es demostrar la utilidad de las imágenes térmicas de Landsat 8 como una herramienta exploratoria para identificar manantiales SGD (áreas de karts) en todo el mundo y discutir los principales factores limitantes del uso de esta técnica en estudios de SGD. Los resultados muestran que la teledetección satelital TIR es un método útil para identificar manantiales costeros en acuíferos kársticos tanto a nivel local como regional. Sin embargo, existen algunos factores limitantes que deben considerarse, como limitaciones técnicas, características geológicas e hidrogeológicas del área de estudio, condiciones ambientales y marinas y geomorfología costera. En segundo lugar, se presenta el uso potencial de los datos satelitales de clorofila (Chl-a) como una herramienta de bajo coste para mapear la evolución espacial y temporal de la influencia ecológica de SGD en las zonas costeras. Para distinguir las altas concentraciones de Chl-a derivadas de SGD de las derivadas de otras fuentes potenciales, se aplicó un análisis agrupado a los datos de Chl-a. Los resultados muestran que los datos satelitales de Chl-a ofrecen la posibilidad de identificar y restringir áreas donde las entradas de SGD han aumentado la productividad primaria y calcular el gradiente de concentración de Chl-a a lo largo del tiempo inducido por SGD. Finalmente, se investiga el destino de los filtros UV seleccionados, en dos sistemas de recarga gestionada de acuíferos (MAR); uno complementado con una barrera reactiva a base de arcilla y compost vegetal, y el otro como sistema de referencia. Se ha monitoreado benzofenona-3 (BP-3) y sus productos de transformación (TP) (benzofenona-1 (BP-1), 4,4′-dihidroxibenzofenona (4-DHB), 4-hidroxibenzofenona (4-HB) y 2, 2'-dihidroxi-4-metoxibenzofenona (DHMB)), benzofenona-4 (BP-4) y avobenzona (AVO) en todos los compartimentos involucrados (agua, suelo y biopelícula), antes y después de modificar las condiciones redox mediante un pulso de acetato de litio. Los resultados muestran que la implementación de una barrera reactiva en los sistemas MAR mejora sustancialmente el grado de degradación de los filtros UV, especialmente de BP-3 y sus TP. La presente tesis ha contribuido a mejorar la gestión de los recursos hídricos subterráneos a través de nuevos enfoques metodológicos y técnicos para hacer frente a los nuevos retos de la sociedad actual.Postprint (published version