Numerical Simulation of Seawater Intrusion in
Response to Climate Change Impacts in North
Gaza Coastal Aquifer Using SEAWAT
By
Reem Fathi Saleh Sarsak
Supervisor
Dr. Mohammad N. Almasri
Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Water and Environmental Engineering, Faculty of Graduate Studies, at An-Najah National University, Nablus, Palestine
2011
دراسة تأثير التغيرات المناخية على دخول المياه المالحة
إلى الحوض الجوفي الساحلي في شمال غزة
باستخدام SEAWAT
إعداد
ريم فتحي صالح سرسك
إشراف
محمد نهاد المصري
قدمت هذه الأطروحة استكمالاً لمتطلبات درجة الماجستير
في التخطيط الحضري والإقليمي بكلية الدراسات العليا في جامعة النجاح الوطنية
في نابلس - فلسطين
2011م
TABLE OF CONTENTS
No. Contents Page
Acknowledgments iv
Declaration v
Table of Contents vi
List of Tables vii
List of Figures ix
List of Appendices xi
Abbreviations Table xii
Abstract xiii
Chapter 1: INTRODUCTION 1
1.1 General Background 2
1.2 Objectives 4
1.3 Research questions 4
1.4 Methodology 5
1.5 Thesis outline 7
Chapter 2: DESCRIPTION OF THE STUDY
AREA 8
2.1 Geographic Location 9
2.2 Study Area Outline 10
2.3 Population 11
2.4 Geology 12
2.5 Land use 13
2.6 Climate 14
2.7 Existing water problems in Gaza Strip 15
2.8 Water Balance 17
2.9 Well Status in the Study Area 18
2.10 A Brief Overview of Water Quality in the Study Area 18
2.11 Demand components 20
2.12 Future Municipal Water Needs 21
Chapter 3: LITERATURE REVIEW 22
3.1 Introduction 23
3.2 SEAWAT Applications 23
Chapter 4: CLIMATE CHANGE - A GENERAL
BACKGROUND 28
4.1 Definition of Climate Change 29
4.2 Impacts of Climate Change 29
4.3 Predictions of Climate Change for the Middle East 29
4.4 Predictions of Climate Change for the Mediterranean 31
No. Contents Page
4.5 Climate Change Scenarios 34
4.5.1 Temperature 35
4.5.2 Precipitation 35
4.5.3 Sea Level Rise 36
Chapter 5: SEAWATER INTRUSION 38
5.1 General Background and Definition 39
5.2 Consequences and Assessments 40
5.3 How to assess Seawater Intrusion? 40
5.4 SEAWAT Concept 42
5.4.1 SEAWAT Procedure 44
5.4.2 Governing Equations 45
Chapter 6: DEVELOPMENT OF THE SEAWAT
MODEL FOR THE NORTH GAZA AREA 48
6.1 Introduction 49
6.2 Basic Groundwater Flow Model 49
6.2.1 Recharge Components 51
6.2.2 Abstraction Wells 52
6.2.3 Simulation Period 53
6.2.4 Steady State Model Calibration 53
6.3 SEAWAT Model Development 54
6.3.1 Simulation Period for SEAWAT Model 55
6.3.2 Boundary Conditions 56
6.3.3 Calibration of the SEAWAT Model 57
6.4 The Studied Scenarios 59
6.5 Results of Scenarios Simulation 62
6.5.1 Scenario 1: Existing conditions 62
6.5.2 Scenario 2: Sensitivity to pumping rates 67
6.5.3 Scenario 3: Impacts of sea level rise 72
6.5.4 Scenario 4: Sensitivity to recharge 75
6.5.5 Scenario 5: Extreme impacts of climate change 79
6.5.6 Scenario 6: Management scenario 82
6.5.7 Overall Discussion 85
Chapter 7: CONCLUSIONS AND
RECOMMENDATIONS 87
7.1 Conclusions 88
7.2 Recommendations 90
References 91
Appendices 95
OF SEAWATER INTRUSION IN
RESPONSE TO CLIMATE CHANGE IMPACTS IN NORTH GAZA
COASTAL AQUIFER USING SEAWAT
By
Reem Fathi Sarsak
Academic Advisor
Dr. Mohammad N. Almasri
ABSTRACT
The development and management of fresh groundwater resources in coastal aquifers are seriously constrained by the presence of seawater intrusion. Seawater intrusion is a process that occurs in almost all coastal aquifers, where they are in hydraulic connection with seawater. Over the years, many models have been developed to simulate and study the problems related to seawater intrusion. Numerical models provide effective tool to understand groundwater problems. This research presents simulation of seawater intrusion in North Gaza coastal aquifer in response to climate change impacts using SEAWAT. Climate change is already beginning to transform life on earth. Around the globe, seasons are shifting, rainfalls are decreasing, temperatures are climbing so water demands are increasing and sea levels are raising causing seawater intrusion. If we don't act now, climate change will permanently alter the lands and waters we all depend upon for survival.
Various scenarios were simulated to study the impacts of climate change into seawater intrusion at the study area due to sea level rise, recharge and pumping rates variability.
The results show that the in-land movement for seawater intrusion for the reference scenario (Scenario 1) which reflects the continuation of the current situation is about 4,200 m with a rate of 65 m/yr. The most critical extent of salinity was found in Scenario 4 (Recharge -30%) which causes in-land intrusion movement of about 4,500m with a rate of 80 m/yr. While the in-land intrusion movement due to increasing pumping rates as in Scenario 2 (pumping +30%) was about 4,300 m with a rate of 70 m/yr. The best results for the in-land intrusion were found in Scenario 6 which considered as a management scenario since it is dealing with the proposed strategic plans that were prepared by PWA to solve the high salinity problems and water deficit in Gaza aquifer, the in-land intrusion movement for this scenario was about 2,900m with a rate of 35 m/yr.
As a result, seawater intrusion in the study area is very sensitive to recharge decrease as compared to pumping rates increase. As such, the most critical impact on seawater intrusion for the study area is recharge variability due to climate change. Therefore, it is recommended to search for new resources such as desalination of seawater and brackish water in addition to reuse of treated wastewater in order to reduce the gap in both domestic and agricultural sectors respectively in case of recharge decrease due to climate change.
دراسة تأثير التغيرات المناخية على دخول المياه المالحة
إلى الحوض الجوفي الساحلي في شمال غزة
باستخدام SEAWAT
إعداد
ريم فتحي صالح سرسك
إشراف
د. محمد نهاد المصري
2011
الملخص
تعتبر المياه الجوفية المصدر الرئيسي لسد احتياجات المواطنين في قطاع غزة سواء كان للأغراض المنزلية، الزراعية، الشرب أو الصناعية، وتغذية الحوض الجوفي هي نتاج طبيعـي لرشح وتسرب جزء كبير من الأمطار خلال فصل الشتاء إلى الطبقات الصـخرية مكونـة مـا يسمى بالحوض الجوفي.
ومن الناحية الهيدروجيولوجية فإن الحوض الجوفي في قطاع غزة يتراوح سمكه ما بين أمتار قليلة شرقاً إلى حوالي 150 متراً غرباً على طول الشريط الساحلي. ولنوعية المياه فـي هذا الحوض خصوصية لتأثرها بصورة مباشرة بزيادة الضخ مما يؤدي معه تـدهورها نتيجـة لاندفاع المياه الأكثر ملوحة من الطبقات السفلى إلى أعلى وكذلك تداخل مياه البحر المالحة فـي المناطق القريبة من الساحل وهذا ما حصل فعلاً خلال السنوات العشر الماضية حيث انخفـض منسوب المياه الجوفية إلى معدلات عالية كنتاج طبيعي للضخ الغير المتوازن مع القدرة التجديدية للخزان.
ناهيك عن تلوث العديد من الآبار نتيجة لتسرب مياه الصرف الصحي وزيـادة تركيـز عنصر النترات إلى معدلات عالية جداً تفوق ما هو موصى به عالمياً. وهذا التلـوث يتركـز خاصة في المناطق السكنية العديدة الغير متوفر بها شبكات صرف صحي واستخدام المـواطنين لحفر أرضية لتصريف هذه المياه العادمة التي تتسرب مباشرة إلى الخزان الجوفي لقربـه مـن سطح الأرض حيث يتراوح هذا العمق ما بين أمتار قليلة في المناطق المنخفضة والقريبـة مـن الشاطئ إلى ما يقرب من 70 متراً في المناطق الشرقية والجنوبية الشرقية.
تعتمد هذه الدراسة على نمذجة الحوض الجوفي من خلال برنامج SEAWAT وذلـك لمحاولة معرفة تأثير التغير المناخي و الضخ الجائر على كفاءة الحوض الجوفي علـى المـدى البعيد، حيث أن فترة الدراسة امتدت من سنة 2000 وهي سنة الأساس لغاية سنة 2035.
حيث أن استمرار الضخ الجائر بالاضافة لعوامل التغير المناخي والتي تتعـرض لهـا منطقة حوض البحر المتوسط كما هو الحال في معظم أنحاء العالم، سوف يؤدي إلـى إغـلاق حوالي 50 %من الآبار الموجودة في منطقة الدراسة لعدم صلاحيتها للاستعمال البشري.
تم اعتماد خمسة سيناريوهات بفرضيات مختلفة وذلك لدراسة العوامل الثلاثة المتعلقـة بالتغير المناخي وهي: ارتفاع منسوب سطح البحر،تغير كميات الضخ لتلبي الزيـادة المتوقعـة للسكان بالاضافة إلى تغير كميات الأمطار على المدى البعيد. كما تم افتراض سـيناريو آخـر للتعامل مع الخطة الاستراتيجية المستقبلية لقطاع غزة حسب تصور سلطة المياه حيـث كانـت النتائج مذهلة وتثبت فعالية هذه الخطة المقترحة من قبل سلطة المياه الفلسطينية.
0 تعليقات
شكرا لتعليقك .. سيتم الرد عليكم في اقرب وقت ممكن .
كوكب المنى