Kann das Abwasser das Grundwasser der Vereinigten Arabischen Emirate retten?

Can wastewater save the United Arab Emirates’ groundwater?

In den extrem trockenen Vereinigten Arabischen Emiraten (VAE) schwinden die Grundwasservorräte rapide, und das Wasser versalzt zunehmend. Da die Grundwasserneubildung sehr gering ist und 75 % des Grundwassers für die Bewässerung genutzt wird, schwinden die natürlichen Wasserressourcen in dieser Region schnell.

Dr. Wafa Al Yamani arbeitete für die Umweltbehörde von Abu Dhabi, die einen Vertrag mit Plant and Food Research in Neuseeland abschloss, um die Verwendung von gereinigtem Abwasser und Grundwasser für die Bewässerung der Wüstenwälder entlang ihrer Autobahnen zu untersuchen.

Die Wüstenwälder

Die VAE entsalzen das gesamte Wasser für ihre Städte, so dass die tertiär gereinigten Abwässer dieser Städte eine brauchbare Ressource sein könnten, die einen Teil des Grundwassers für die Bewässerung der Wüstenwälder ersetzt. Diese Wälder erbringen eine Vielzahl von Ökosystemleistungen, von der Sandstabilisierung entlang aller Autobahnen in den VAE bis hin zur Beherbergung einer großen Artenvielfalt. Es gibt auch eine kulturelle Verbindung zu den Wäldern. Der ursprüngliche Herrscher der VAE, Sheikh Zayed, startete in den 1970er Jahren ein Programm zur "Begrünung der Wüste", so dass die Menschen die Wüstenwälder als ein Vermächtnis ihres Gründers betrachten.

Messung des Wasserverbrauchs

Dr. Al Yamani und ihr Doktorvater, Dr. Brent Clothier, hatten das Ziel, den Grundwasserverbrauch zu minimieren und den Wert zu maximieren, indem sie den Bewässerungsbedarf der fünf wichtigsten Wüstenwaldarten der VAE quantifizierten. Außerdem wollten sie die Auswirkungen von behandeltem Abwasser auf das Wachstum und die Gesundheit der Wälder bestimmen. Sie verwendeten METER Mini Disk Infiltrometer, um zu untersuchen, wie das Tropfbewässerungssystem funktioniert. Dr. Clothier sagt: "Diese Böden haben eine hydraulische Leitfähigkeit von 2 bis 5 Metern pro Stunde. Es handelt sich um hochgradig durchlässigen Wüstensand. Mit Hilfe eines Infiltrometers, das die hydraulischen Eigenschaften des Bodens untersucht, können wir herausfinden, wie breit der Bulb (die benetzte Fläche unter einem Bewässerungstropfer) ist und wie tief das Wasser fließt."

mehr erfahren über METER Feldgeräte für hydraulische Leitfähigkeit

Dr. Clothier hat auch eine Software entwickelt, mit der sich die radiale Wasserbewegung, die Tiefe und die Zeit, in der die Tropfer eingeschaltet sind, vorhersagen lassen. Er kommentiert: "Wir haben jetzt zwei Tropfer pro Baum installiert und werden dies in Zukunft nutzen, um zu modellieren, wie die Bäume das Wasser aus der Wurzelzone aufnehmen."

Die Wissenschaftler verwendeten eine Wärmeimpulsmethode, um den Wasserverbrauch der Bäume zu messen, indem sie den Saftstrom mit dem Verdunstungsbedarf (ETo) verglichen. Sie setzten Time Domain Reflectometry (TDR) ein, um die Bodenfeuchtigkeit (Wassergehalt) zu messen, und sie haben einen "Lichtstab" entwickelt, der mit Hilfe von Lichtsensoren den Schattenbereich der Bäume erfasst, um die Blattfläche der Bäume zu messen, damit der Erntefaktor vorhergesagt werden kann, der eine Vorhersage des Wasserverbrauchs der Bäume aus ETo ermöglicht.

A photo of a mini disk infiltrometer

Infiltrometer sagen das Verhalten von Tropfern voraus

Dr. Al Yamani und ihr Team haben die so genannte "Ankeny-Doppelkopf-Methode" zur Standortbewertung mit den Mini Disk Infiltrometern verwendet und konnten damit das Verhalten der Tropfer vorhersagen. Sie beginnen mit dem Kopf bei -60 mm, führen eine Reihe von Messungen durch, um die gleichmäßige Infiltration zu messen, und wiederholen den Vorgang bei -5 mm. Sie verwenden diese Messungen, um die Woodings-Gleichung zu lösen, die zwei Unbekannte hat: die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit und die Kapillarität.

 

Dr. Clothier sagt: "Wir haben es an zwei Köpfen gemacht und können Woodings Gleichung verwenden, um die Steigung der exponentiellen Leitfähigkeitskurve zu bestimmen. So kann ich mit der Zeit die Bewegung der Benetzungsfront vom Tropfer weg vorhersagen. Das ist sehr nützlich, um herauszufinden, welches Volumen des Bodens wir befeuchten. So wissen wir, ob wir einen oder zwei Tropfer verwenden sollten. In diesem Wald glauben wir, dass wir mit zwei Tropfern auskommen können, denn wenn sie zwei Stunden lang bewässern, beträgt der Radius der Benetzungsfront 20 cm und die Tiefe etwa 40 cm, was für die Baumwurzeln eine ausreichende Wassermenge darstellt. Dr. Clothier sagt, dass sie auch einen kleinen Deich um die Tropfer herum gebaut haben, damit sie das Wasser im Falle von Hydrophobie oder unebenem Sand innerhalb der Tropfzone halten können.

Behandelte Abwässer lösen Probleme mit dem Salzgehalt

In der Vergangenheit haben die VAE ihre Abwässer in den Arabischen Golf gepumpt, aber in letzter Zeit ist man dazu übergegangen, sie als wertvolle Wasserressourcen zu betrachten, nicht nur für den Wüstenwald, sondern auch für die Bewässerung von Obstkulturen und Dattelpalmen. Dr. Clothier sagt: "Als wir unsere Ergebnisse erhielten, stellten wir fest, dass wir mit Grundwasser bewässerten, das einen hohen Salzgehalt von etwa 10 dS/m aufwies, während das gereinigte Abwasser nur 0,5 dS/m aufwies. Das war eine wichtige Entdeckung, denn bei dem hohen Salzgehalt des Grundwassers muss man zu viel bewässern, um den Anteil der Salzauswaschung aufrechtzuerhalten. Wenn wir jedoch das gereinigte Abwasser ausbringen, sehen wir sofort eine Reaktion bei den Bäumen, weil es nur 1/20 der Salzbelastung aufweist."

Dr. Clothier merkte an, dass es ein Problem damit gibt, dass die Bäume so gut auf die Abwässer reagieren. Das gereinigte Abwasser lässt die Bäume höher und schneller wachsen. Wenn die Ökosystemleistung, die Sie von einem Wüstenwald erwarten, darin besteht, dass er 4 bis 6 Meter hoch ist, wird das zu einem Problem. Er fügt hinzu: "Das ist eigentlich ein positives Problem, denn wir können jetzt eine Defizitbewässerung einleiten und so eine größere Ressource an gereinigtem Abwasser schaffen, um viel mehr Wälder zu bewässern."

Was ist die Zukunft?

Dr. Clothier sagt, dass sie 2014 mit einer Pilotstudie in den Vereinigten Arabischen Emiraten begannen, die so erfolgreich war, dass sie schließlich zwei vollständig finanzierte Vierjahresprojekte einleiteten, eines zur Abwasserreinigung und eines zur Bewässerung von Dattelpalmen. Er sagt, dass sie noch weitere 3 ½ Jahre in den VAE an diesen Projekten arbeiten werden. Ihr Ziel ist es, ein Modell für die forstwirtschaftliche Bewässerung und das Management des Salzgehalts im Boden zu entwickeln sowie die Fähigkeit zur Messung und Modellierung der Auswirkungen der Bewässerung auf eine nachhaltige Forstwirtschaft zu entwickeln. Sie haben vor kurzem den Prototyp eines computergestützten Entscheidungstools support für die Bewässerung entwickelt, das nachhaltige Bewässerungsempfehlungen zur Optimierung der Wassernutzung liefern wird. Das Tool support berücksichtigt die Notwendigkeit, die Salzauswaschung aufrechtzuerhalten, und es können tatsächliche Bewässerungsdaten eingegeben werden, um eine Nutzung in Echtzeit zu ermöglichen.

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