יום העיון הרביעי בנושא : חידושים במחקר בתחומי ההידרולוגיה ומשאבי המים בישראל חוברת תקצירים התכנית להידרולוגיה ומשאבי מים באוניברסיטה העברית יום חמישי

תמליל

1 יום העיון הרביעי בנושא : חידושים במחקר בתחומי ההידרולוגיה ומשאבי המים בישראל חוברת תקצירים התכנית להידרולוגיה ומשאבי מים באוניברסיטה העברית יום חמישי 13, ביוני 2019 המכון למדעי כדור הארץ, קמפוס ע"ש אדמונד י. ספרא גבעת רם, ירושלים 1

2 תוכן עניינים העבר כמפתח להווה: הרחבת רקורד השטפונות של נחלי מדבר יהודה על ידי - PALEOFLOODS שיחזור שטפונות עבר זיתוני, ר. וגרינבאום נ HYDROGEOMORPHOLOGY OF HYPERARID TALUS SLOPE: FREQUENCY OF RUNOFF GENERATING STORMS, SHEETWASH EFFICIENCY AND FORM- PROCESSES RELATIONSHIP SHMILOVITZ, Y., MORIN, E., RINAT, Y., CARMI, G., HAVIV, I., MUSHKIN, A. AND ENZEL, Y EFFECTS OF ARID/SEMI-ARID FLOOD CHARACTERISTICS ON FLOOD FREQUENCY ESTIMATION AND UNCERTAINTY 6... METZGER, A., MORIN, E., MARRA, F. AND SMITH, J.A. IMPROVING WEATHER RADAR PRECIPITATION MAPS: A FUZZY LOGIC APPROACH 7... SILVER, M., KARNIELI, A., SVORAY, T. AND FREDJ, E. ISRAEL 4 EXPERIMENT: A NEW APPROACH OF ESTIMATING CLOUD SEEDING EFFICIENCY USING COSMO MODEL AND CLOUD MICROPHYSICS ANALYSIS 8... FISHMAN, A., ROSENFELD, D. AND KHAIN, P. MODELING PRESSURE WAVE PROPAGATION IN THE LIQUID-PHASE OF VARIABLY-SATURATED POROUS MEDIA 9...KALISMAN, D., YAKIREVICH, A., SOREK S. AND KAMAI T. SIMULATED WATER ROCK INTERACTIONS; THE IMPACT OF ROCK TEXTURE AND MINERAL COMPOSITION ON WEATHERING RATES 10...ISRAELI, Y. AND EMMANUEL S. FROM HETEROGENEOUS TO HOMOGENEOUS MEDIUM: UNIFORM DISSOLUTION IN ANISOTROPIC FRACTURED AND POROUS MEDIA 11...RODED, R., SZYMCZAK, P. AND AHARONOV, E. אגן ההר המזרחי ואגמי בקע ים המלח: עבר הווה ועתיד לוי, י., יחיאלי, י., בורג, א. וגבירצמן, ח CATALYTIC HYDROGENATION OF NITRATE IN MICRO-TUBULAR CNT MADE MEMBRANE CONTACTORS DAGAN, C. AND GENDEL, Y. HYDROGENATION OF NITRATE USING POLYPROPYLENE-MADE HOLLOW FIBER CONTACTOR LOADED WITH PD-CU BIMETALLIC CATALYST KOLMANN, M. AND GENDEL, Y. 2

3 ניתוח מצבו הטרופי של אגמון החולה בעזרת משוואות מבניות בדגש על הביוגיאוכימיה של זרחן רגב, ש., ליטאור, א. וחן, א תהליכי הסעת חומר מומס ומרחף באגן היקוות החווה עונה יבשה: נחלי בקעת בית-ציידה כמקרה בוחן שולמית נ., פורמן, א. ובארי-שלוין, י EFFECT OF FINE PARTICLE DEPOSITION ON HYPORHEIC EXCHANGE FLUX UNDER MOBILE- BEDFORM CONDITIONS TEITELBAUM, Y., DALLMANN, J., PHILLIPS, C.B., PACKMAN, A.I., SCHUMER R., SUND, N AND ARNON, S. SOIL CLOGGING FOLLOWING APPLICATION OF ORGANIC AND MINERAL SUSPENSION: EFFECT OF INTERMITTENT AND CONTINUOUS FLOODING REGIMES 18...OLAMI, T., WEISBROD, N. AND ARYE, G. CALIBRATION OF 36 CL DATING WITH THE USE OF 81 KR AGES IN THE DEEP AQUIFERS OF THE NEGEV DESERT RAM, R., PURTSCHERT, R., YECHIELI, Y., BURG, A., ADAR, E., VOCKENHUBER, C., YOKOCHI, R., ZAPPALA, J.C., MUELLER, P, LU, Z-T. AND JIANG, W. OPTICAL SENSOR FOR REAL-TIME AND DIRECT MEASURE OF NITRATE IN SOIL SOLUTION YESHNO, E., ARNON, S. AND DAHAN, O. A NUMERICAL STUDY OF THE ROLE OF AQUIFER FLOW IN THE DISSOLUTION OF CO TSINOBER, A., SHAVIT, U. AND ROSENZWEIG, R. THE EFFECT OF SEA STATE ON THE RATE OF FRESH GROUNDWATER DISCHARGE IN THE HANIKRA SEA CAVE STRAUCH, S., SILVERMAN, J. AND ASFUR, M. השפעתן של שיטות לשימור קרקע על נגר עילי ותפוקות סחף באגן נחל חרוד, ישראל בקין, נ., לרון, י., אגוזי, ר

4 העבר כמפתח להווה: הרחבת רקורד השטפונות של נחלי מדבר יהודה על ידי - Paleofloods שיחזור שטפונות עבר זיתוני, ר. וגרינבאום נ. אוניברסיטת חיפה, החוג לגיאוגרפיה ולימודי סביבה מדבר יהודה מהווה אזור ייחודי מבחינה הידרולוגית המאופיין בנחלים קצרים ותלולים, ומושפע משתי מערכות אקלים: שקעים ים-תיכוניים בעיקר בחורף ואפיק ים-סוף בסתיו ובאביב. בנחלי מדבר יהודה קיימים מעט נתונים הידרולוגיים: בחלק מהנחלים אין תחנות מדידה כלל ובחלק אחר משך המדידה קצר, לכן ההערכה של עוצמה ותדירות השטפונות בנחלים אלה לוקה בחסר. מיעוט/העדר נתונים הינו בעייתי במיוחד כאשר ניגשים לתכנון תשתיות ומתקנים הנדסיים שונים כגון כבישים, גשרים, מאגרים, סכרים וכו'. הערכת עוצמת ותדירות השטפונות, והערכת הסיכונים בנחלים אלה קריטיות ומתבססות כרגע על מודלים שונים גשם-נגר, אמפיריים, רגיונליים וכו'. המחקר הנוכחי נעזר בשיטת ה -.Palaeoflood Hydrology המידע על שטפונות-עבר )Paleofloods( שהם שטפונות אמת, מצטבר בנחלים במשך מאות ואלפי שנים. איסוף של נתונים אלה מאפשר לשחזר את היסטורית השטפונות בנחלים כמו גם את האירוע הגדול ביותר שהתרחש בנחל במאות ועד אלפי השנים האחרונות - נתון חשוב עבור עקומי מעטפת אזוריים. באמצעות שילוב מידע זה עם נתונים מדודים והיסטוריים, במידה וקיימים, ניתן ליצור בסיס נתונים ארוך ומוצק שישמש את מתכנני התשתיות והמהנדסים. ישימות השיטה בארץ הוכחה במספר רב של נחלים בנגב, ביניהם נחל צין, נחל פארן ונחל נקרות )גרינבאום, 1996(. אולם אלה מהווים יחידות הידרולוגיות שונות באופן מובהק מאזור המחקר הנוכחי. בהמשך נסקרו גם נחלים אחרים קטנים יותר בנגב ובדרום מדבר יהודה, וגם שם נמצא עושר נתונים גדול. קביעת נתוני שטפונות-העבר מסתמכת על זיהוי של משקעים רפי-זרימה slackwater deposits וסמני זרימה אחרים המצטברים באתרים אופייניים, המעידים על גובה המים המינימלי ביחס לאפיק ומאפשרים חישוב ספיקת השיא באמצעות תכנה הנדסית הידראולית.HECRAS תיארוך בשיטות שונות רדיוקרבון ו- OSL מאפשר את קביעת גיל השטפון. בנחל רחף עליון )שטח ניקוז של כ- 50 קמ"ר( נמצאו 3 אתרים - כשבכל אתר בין 2-4 אירועים, וביניהם ככל הנראה, האירוע של אוקטובר מ"ק/שניה )פולק, 1988(. במעלה, נמצאו משקעי שטפונות בתוך מחסה סלע, להם הותאמה ספיקה של מ"ק/שניה. משקעים אלה משוכבים מעל לאתר ארכיאולוגי ככל הנראה מסוף הפליאולית העליון שתוארכו לכ- 30 אלף שנה. האינטגרציה של כל השטפונות מכל האתרים לאחר תיארוכם צפויה לתת מידע רב אודות אירועים בעלי ספיקות גבוהות, ויאפשרו ניתוח תדירות מחודש על בסיס ידע רחב יותר. 4

5 Hydrogeomorphology of hyperarid talus slope: frequency of runoff generating storms, sheetwash efficiency and form-processes relationship Shmilovitz, Y. (1), Morin, E. (1), Rinat, Y. (1), Carmi, G. (2), Haviv, I. (3), Mushkin, A. (4) and Enzel, Y. (1) 1. Institute of Earth Sciences, The Hebrew University, Jerusalem 91904, Israel 2. Wyler Department of Dryland Agriculture, Ben- Gurion University of the Negev, Sede Boqer Campus, 84990, Israel 3. Department of Geological and Environmental Science, Ben Gurion University of the Negev, Beer Sheva 84105, Israel 4. Geological Survey of Israel, 32 Yesha'ayahu Leibowitz, Jerusalem , Israel Predicting hillslope response to hydroclimatic forcing is crucial for a better understanding of landscape evolution. The evolution of talus-pediment slope sequences (talus flatirons) was often linked to Pleistocene glaciation-deglaciation cycles, although the physical processes that perform this linkage remain poorly understood. Slopes in arid regions are especially sensitive to convective and high-intensity rainfall events whose geomorphic impact is potentially strong. Here we present quantitative hydrometeorology analyses of potential causative rainstorms and of the geomorphic processes involved in the evolution of talus-pediment slopes in the hyperarid Negev desert, Israel. The morphometry of the slopes was analyzed using high-resolution topography based on LiDAR, and grain size was measured in the field. Rainfall, runoff and sediment fluxes of artificial storms, designed from intensity-duration-frequency curves, were simulated in the field. Natural storms were monitored using X-band radar and time-lapse cameras. A fully distributed hydrological model was used for upscaling measurements obtained in these physical experiments. Our integrated analysis constrains the rainfall threshold for local runoff generation (rain intensity >14 mm h-1 with duration of >5 min) and provides highresolution characterization of small-scale runoff-generating rain cells. The frequency of such rain events is 1 to 3 per year, generating runoff over a relatively small part of the slope. In contrast, full extent runoff from the entire slope occurs under rare rainstorms with at least 100 years return interval (1%). Over experimental plot-scale (2 m 2 ), erosion by sheetwash is limited to fine materials (<2 mm). However, sheetwash efficiency rises with the downslope distance. Beyond a threshold distance (~100 m), runoff during rainstorms with 1% annual probability is capable of transporting the locally available grain size. The efficiency of these storms implies that extreme episodic rainstorms can control the evolution of these slopes and highlights the potential role of discrete events in shaping dry regions landscape. 5

6 Effects of arid/semi-arid flood characteristics on flood frequency estimation and uncertainty Metzger, A. (1), Morin, E. (1), Marra, F. (1) and Smith, J.A. (2) 1. Institute of Earth Sciences, Hebrew University of Jerusalem, E.J. Safra Campus - Givat Ram, Jerusalem, Israel 2. Department of Civil and Environmental Engineering, Princeton University, Princeton, New Jersey, USA At site Flood Frequency Analysis (FFA) in arid and semi-arid regions poses unique challenges. Two of the most used distributions for FFA are the General Extreme Value (GEV) and the General Pareto (GP), representing, respectively two approaches: (1) Annual Maxima Series (applied in GEV) and (2) the Peaks Over Threshold (GP). The upper tail behavior of the distributions, i.e. the extreme events, is controlled by the shape parameter. Unique flood peak characteristics in arid and semi-arid regions (e.g., high variance, years with few or no flows) challenge the basic assumptions of the extreme value theory. Nevertheless, it is still widely used for estimating magnitudes or return periods of floods in these regions. Through records of several stations in southern Israel and southern USA we examine and compare the performance of these distributions in arid and semi-arid regions. In addition, we developed a flood peak record generator to produce synthetic series and to evaluate the different parameter estimation methods, threshold selection (for the GP) and the effects of the special arid/semi-arid flood peak record characteristics on the distributions estimation and uncertainty. Contrary to the common belief that the Peaks Over Threshold approach (i.e. GP) improves flood peak estimation, through introduction of more information, we show that both methods preform similarly in these regions and in arid/semi-arid regions with similar characteristics. We also found that the tails of the distributions are heavier in these regions in comparison to more humid regions, indicating a more extreme nature. As expected, uncertainty is very large and negatively correlated to flood record length. However, even in the stations with the longest records (>50 years) the uncertainty is still substantial (±50% for the 50-year flood). We show that the Maximum Likelihood Estimation method for parameter estimation is highly questionable for both distributions in these regions, and that the Probable Weighted Moments method should be preferred. The GEV and GP should be used with close care in arid and semiarid regions and should always be presented with uncertainty estimates that are far from negligible. 6

7 Improving Weather Radar Precipitation Maps: A Fuzzy Logic Approach Silver, M. (1), Karnieli, A. (1), Svoray, T. (2) and Fredj, E. (3) 1. Ben Gurion University, Sde Boker Campus 2. Ben Gurion University, Beer Sheva 3. Jerusalem College of Technology, Jerusalem Weather radar can provide spatially explicit precipitation grids. However interference, ground clutter and various causes of attenuation introduce uncertainty into the result. Typically, rain gauge observations, recognized as a precise measure of precipitation at point locations, are used to adjust weather radar grids to obtain more accurate precipitation maps. This adjustment involves one or more of various geostatistic techniques. Yet, since gauges are sparsely located, a geostatistic approach is sometimes difficult or even not applicable. This work adopts an alternative to radar adjustment by merging location-based variables with rain grids from weather radar. Recognizing that location-based variables: elevation, slope, aspect and distance from the coast all affect precipitation, these are applied to the original weather radar grid to produce an altered precipitation distribution. The merging procedure presented here uses fuzzy logic, whereby all variables, as well as the original radar are assigned probabilities known as membership functions (MF), then a joint membership function (JMF) combines all MFs in the fuzzy set, each multiplied by its weight, to create a precipitation probability grid. This JMF probability grid is validated with gauge observation data. We show up to 30\% higher correlation coefficients between gauges and the JMF grid than between gauges and the original radar. The improved correlation results from the flexibility of fuzzy logic in transforming location-based variables to probabilities. 7

8 Israel 4 experiment: A new approach of estimating cloud seeding efficiency using COSMO model and cloud microphysics analysis Fishman, A. (1), Rosenfeld, D. (1) and Khain, P. (2) 1. Institute of Earth Sciences, Hebrew University of Jerusalem, E.J. Safra Campus - Givat Ram, Jerusalem, Israel 2. Israel meteorological service, Bet Dagan, Israel Past 3 Israeli Agl cloud seeding experiments showed effective rain enhancement of 10-13% in the target zones 1. These were measured using rain gauges 2 (provided by the IMS network). Further inspections suggested that some of the enhancement derived from synoptic deviation 3, and required a more independent method of examining the enhancement rate. To account for meteorological variability it is necessary to predict the natural rainfall as accurately as possible. The basis for the evaluation of the seeding effect in the current experiment is a comparison between High-resolution regional model precipitation forecasts as an additional control group, together with cloud microphysics observations from satellites for a more deep validation to the connection between the measured rain amounts and cloud microphysical processes. We expect to show that the relation between the measured rain amount to the model forecast in seeded times, is larger than in unseeded times. The total enhancement is the double ratio of measured versus predicted rainfall during seeded times, divided by the same during unseeded times. Cloud microphysical data is provided using METEOSAT satellites observations. Model data from COSMO model run by IMS. We examine cloud microphysical processes using the advantage of Infrared (IR) channels and high-resolution visible (HRV) channel. Effective cloud drop radius (Re), cloud phase, cloud top temperature, glaciation temperature, and the rainprocesses initiation temperature (the temperature in which cloud drop radius reach 14μm) are calculated and analyzed. The data is processed using MATLAB and to be calculated for each experiment time lag (3 hours, 24 hours) for every experiment day. The experiment is randomizing the seeding, so only ~half of the rain days are seeded. Using the mentioned method, we will show the actual effective seeding efficiency, and enable to propose further suggestions in regards to the seeding method, timing, conditions and power. 8

9 Modeling pressure wave propagation in the liquid-phase of variably-saturated porous media Kalisman, D. (1,2), Yakirevich, A. (2), Sorek S. (2) and Kamai T. (1). 1. Institute of Soil, Water and Environmental Sciences, Agricultural Research Organization, Volcani Center 2. Zuckerberg Institute for Water Research, J. Blaustein Institutes for Desert Research, Ben-Gurion University A one-dimensional analytical model is developed for low-frequency pressure waves in the liquid phase of variably-saturated soils. The model aims to predict pressure-wave propagation in soil water in order to facilitate a novel pressure-wave driven solute transport method for remediation of soil solution and root zone salinity. Based on the macroscopic approach and pressure propagation in capillaries, we present two methods for representing porous media. The first method relies on the capillary-bundle model, in which the pores of the medium are divided into discrete domains and the pressure attenuation is assessed separately for each domain to fit complex geometries of the medium. The innovation of using multiple absorption coefficients, each for a capillary group domain, enables to follow the spatial propagation of these highly attenuated waves, and the change of attenuation at different water contents, based on hydraulic and mechanical properties of a porous media. Applying this model to two soils and comparing it to measurements in saturated conditions, display good predictions for the spatial propagation of the pressure perturbations, thereby showing the capability of the model for reflecting attenuation features that are associated with different soils and their associated geometric characteristics. The second method uses a pore-network domain, which enables following pressure perturbations in the soil water under more realistic assumptions than with the basic capillary bundle model. Stochastic connections between different capillaries, representing different pore sizes in the porous medium, reflect the connectivity between various pores. The pore-network allows pressure propagation in unsaturated conditions without assuming complete continuity of the water-phase. 9

10 Simulated water rock interactions; the impact of rock texture and mineral composition on weathering rates Israeli, Y. and Emmanuel S. Institute of Earth Sciences, The Hebrew University of Jerusalem, Israel. The way water alters the physical and chemical properties of rocks, is important for many natural and anthropogenic hydrogeological processes. Both chemical and mechanical processes act together to control the weathering rate of rocks. In rocks with micrometer size grains, enhanced dissolution at grain boundaries has been observed to cause the mechanical detachment of particles. However, it remains unclear how important this effect is in rocks with larger grains. In addition, in both surface and subsurface environments, it remains unclear how the overall weathering rates are influenced by the proportion of high- and low- reactivity mineral phases. In this project, we developed a cellular automaton model that simulates fluidrock interaction. We used the model to assess the effect of grain size on chemical weathering and chemo-mechanical grain detachment. By adopting various mineral spatial patterns and grain sizes, we simulated the effect of inert grains and mineral layers on rock weathering. We found that as grain size increases, the weathering rate initially decreases; however, beyond a critical size no significant decrease in the rate is observed. This transition occurs when the density of reactive boundaries is less than ~20% of the entire domain. In addition, we examined the weathering rates of rocks containing different proportions of high and low reactivity minerals. We found that as the proportion of low reactivity minerals increases, the weathering rate decreases non-linearly. These simulations indicate that for all compositions, grain detachment contributes more than 36% to the overall weathering rate, with a maximum of ~50% when high and low reactivity minerals are equally abundant in the rock. This occurs because selective dissolution of the high reactivity minerals creates large clusters of low reactivity minerals which then become detached. Our results demonstrate that the balance between chemical and mechanical processes can create complex and non-linear relationships between the weathering rate and lithology. Our model could provide a way to simulate the mobilization of particles and contaminants in a way that cannot be achieved using existing geochemical models. 10

11 From heterogeneous to homogeneous medium: Uniform dissolution in anisotropic fractured and porous media Roded, R. (1), Szymczak, P. (2) and Aharonov, E. (3). 1. Hydrology and Water Resources Program, The Hebrew University of Jerusalem, Israel 2. Institute of Theoretical Physics, Faculty of Physics, University of Warsaw, Poland 3. Institute of Earth Sciences, The Hebrew University of Jerusalem, Israel Void space of preferred orientation (anisotropic) is common in the geological media. It is a characteristic of fracture networks, but also fracture surfaces, porous rocks and sediments may have anisotropic void space. The geological medium is often subjected to diagenetic alterations involving geochemical dissolution reactions that take place at a slow pace, and are characterized by low rate of reaction compared to advective transport (low Damkholer number, Da). This leads to a rather uniform distribution of reactant and increase of the void space throughout the medium. In this study, using numerical simulations with a network model, it is shown that network anisotropy (difference in the average network-tube dimensions aligned in different directions) substantially affects the dissolution process, the permeability evolution and the reaction rates. Our results show that this dissolution regime, leads to progressive homogenization of the network structure, while flow focusing and tortuosity decrease rapidly. Further, sample-wise anisotropy and permeability anisotropy decrease in the course of dissolution even if reactive fluid is injected in the direction parallel to the higher conductivity voids alignment. The homogenization of the medium and the decrease in anisotropy is even greater at pore-scale transport limited reaction conditions when reaction rate is set by the rate of diffusive transport of reactant from the bulk fluid to the wall (or reaction products away from it). At those conditions, reactant is spent efficiently in opening small constrictions, leading at first to steep permeability enhancement. At later stages, as the void space grows and the transport limitation governs, effective reaction rates decrease and the associated permeability growth rate relatively decrease. The results presented here, involving homogenization of the initially heterogeneous and anisotropic medium, emphasize the nature of the uniform dissolution regime. This regime is in stark contrast to the well-known enhancement of preferential pathways and medium heterogeneity, that takes place when dissolution is limited by samplescale advective transport (at higher Da). 11

12 אגן ההר המזרחי ואגמי בקע ים המלח: עבר הווה ועתיד לוי, י. )1,2(, יחיאלי, י. )2,3(, בורג, א. )2( וגבירצמן, ח. )1(. 1. המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית בירושלים, קמפוס גבעת רם. 2. המכון הגיאולוגי, רח' ישעיהו ליבוביץ' 32, ירושלים. 3. מכון צוקרברג לחקר המים, אוניברסיטת בן-גוריון, קמפוס שדה בוקר. אגם טרמינליים עלולים לשנות את מפלס המים שלהם כתוצאה משינויי אקלים או כתוצאה מפעילות אנושית. תופעה זו נצפית בשנים האחרונות במספר אגמים ברחבי כדור הארץ, לדוגמא: ימת ארל באוזבקיסטן, אגם אורמיה באיראן, אגם צ'ד באפריקה, אגם מונו בקליפורניה ועוד. אגמים אלו משמשים גם כבסיס ניקוז של אגני מי תהום. בעבודה זו נבחנה באמצעות מודל נומרי הידרוגיאולוגי השפעת שינויי מפלס קיצוניים של אגמי בקע ים המלח על שדה הזרימה באגן ההר המזרחי. בשלב ראשון, המודל כויל לתנאים הנוכחיים במצב יציב. בשלב שני, המודל המכויל שימש להדמיית שדה הזרימה של מי התהום באגן בעבר ובעתיד. התוצאות מראות כי בהווה כ- 90% מכלל מאזן המים של האגן מתנקזים למעיינות בחוף ים המלח )צוקים, קנה וסמר(, בגובה של כ- 400 מטר מתחת לפני הים, כמעט ללא התנקזות מצפון לים המלח. מאידך, כאשר אגם הלשון השתרע בבקע ים המלח במפלס שנע בין 250- ל מטר מתחת לפני הים, כ- 35% מכלל מאזן המים של האגן התנקזו במעיינות קדומים )פליאו-מעיינות( מצפון לים המלח, באזור בקעת הירדן המרכזית. מפלסו הגבוה של אגם הלשון משפיע על זרימת מי התהום בשתי דרכים עיקריות: )1( כיוון הגראדיינט ההידראולי היה שונה מהכיוון הנוכחי, כך שמי התהום מהרי השומרון זרמו לאזור ההתנקזות הקרוב, דהיינו לפליאו-מעיינות הצפוניים. )2( זרימת מי תהום בתת-אקוויפר עמוק לכיוון מעיינות חוף ים המלח נחסמה על ידי פן בייני גבוה. תוצאות הדמיית שדה הזרימה בעתיד מראה כי כאשר מפלס ים המלח ירד לגובה של כ מטר מתחת לפני הים, כפי שצפוי להתרחש בעשורים\מאות הקרובים, מעיינות החוף הנוכחיים יתייבשו ומי התהום מהאגן יתנקזו ישירות אל ים המלח דרך מניפות הסחף של ואדיות מדבר יהודה. 12

13 Catalytic hydrogenation of Nitrate in micro-tubular CNT made membrane contactors Dagan, C. and Gendel, Y. Technion Israel Institute of Technology, Haifa Ground water contamination with nitrate has become a major problem in Israel and worldwide. In the past 20 years, in Israel alone, 210 wells were closed due to contamination. Of which, 109 wells were closed as a result of nitrate pollution. Electro-dialysis, reverse osmosis and ion exchange are the main treatment methods currently used for the removal of nitrate contaminants from ground water. These processes are forming a highly concentrated reject water that requires economic and environmental costs for disposal. A preferred method for removing nitrate from water is by catalytic hydrogenation. Which will lead to nitrate reduction without the formation of a concentrate. The current research deals with nitrate catalytic hydrogenation to nitrogen gas in a simple, inexpensive and continuous manner. The process takes place using self-maid catalytic membrane contactor, based on tubular microtube made of carbon nano-tubes (CNT). The proposed process may provide an economic and practical solution to groundwater pollution problem. Catalytic reactor made of carbon nanotubes facilitate an in-situ simultaneous reduction of contaminants from water in an economic and environmental manner. The treatment is done without creating a concentrate or sludge in a compact reactor, with minimal energy consumption, minimal hydrogen requirement and minimal production of undesirable by-products. The research deals with the preparation and characterization of the reactor and the catalyst. As well as in nitrate hydrogenation process, while examining various aspects such as ph, hydrogen pressures and the effect of the catalyst s itself on nitrate reduction rate and process products. 13

14 Hydrogenation of nitrate using polypropylene-made hollow fiber contactor loaded with Pd-Cu bimetallic catalyst Kolmann, M. and Gendel, Y. Technion Israel Institute of Technology, Haifa Intensive usage of fertilizers in modern agriculture leads to contamination of aquifers by the nitrate ions. Due its adverse health effects, nitrate concentration in drinking water is strictly regulated (e.g. 10 mgn/l in the US), unfortunately commercial solutions are still limited. Current research for nitrate removal is focused on the development of advanced reactor configurations to achieve higher conversion rates and selectivity to N2 in catalytic nitrate reduction process. It is proposed to implement commercially available polypropylene-made hollow fibers to manufacture catalytic membrane contactors which are beneficial for nitrate hydrogenation due to the high mass transport of hydrogen into the three-phase interface (Pd- Cu catalyst, aqueous nitrate and hydrogen gas) there the reactions occur, high selectivity towards the N2 product, and due to the high utilization rate of the hydrogen gas. Preliminary results are given in Figure 1. Further research will focus on improving reaction rate and selectivity, by changes to membrane hydrophilicity, catalyst preparation methods and operational parameters. 14

15 ניתוח מצבו הטרופי של אגמון החולה בעזרת משוואות מבניות בדגש על הביוגיאוכימיה של זרחן רגב, ש. )1(, ליטאור, א. )1,2( וחן, א. )2( 1. מכללה אקדמית תל-חי 2. מיגל מכון מחקר בגליל אגמון החולה מהווה מוקד משיכה לעשרות אלפי עגורים ועופות אחרים והינו אתר תיירות מהמרכזיים בארץ. תהליך העתרה )אוטרופיקציה( עלול לגרום לירידה משמעותית באטרקטיביות של האגמון )ריח, אסתטיקה, ירידה במגוון המינים ועוד( ומכאן חשיבות הבנת התהליך באגמון החולה. השערות המחקר הן: )1( זמינות הזרחן באגמון הוא הגורם המגביל את פריחת האצות. )2( החומר האורגני בקרקעית האגמון מהווה מאגר גדול של זרחן, אך קרקעית האגמון נמצאת ברוויה ואינה יכולה לספוח את הזרחן המוסף ולכן האגמון רגיש לתהליכי העתרה. )3( לשלשת העגורים מהווה מקור משמעותי של זרחן כללי וזרחן זמין ליצרנים הראשוניים באגמון. 4( היות ויכולת הקרקעית לספוח זרחן נמוכה, תוספת זרחן זו עלולה לגרום לפריחת אצות ולתהליך העתרה של האגמון. )5( בנוסף לכך, התהליכים העונתיים נשלטים על-ידי הביוטה, הם מאד משמעותיים ומקשים על אבחנה של תהליכים רב שנתיים. זמינות הזרחן מושפעת מגורמים שונים ולכן קשה לניתוח. מידול משוואות מבניות (Structural Equation Modeling) SEM הינו ניתוח נתונים רב-משתני, שמיועד לאמוד מערכת קשרים מורכבת ולכן זהו כלי מתאים למטרה זו. הנתונים למחקר נאספו מפרויקט ניטור האגמון מ- 16 השנים האחרונות וכוללים: נתונים כימיים, פיסיקליים, ביולוגיים, וספירות העגורים. מניתוח הדמאות לוויין Landsat 5,7,8 פותח קירוב לריכוז אצות באגמון כדי לעבות את מדידות האצות בפועל. כמו כן פותח אלגוריתם לחישוב השהיית הזמן של נוטריינטים המגיעים מכניסות האגמון עד ליציאתו. המחקר בעיצומו אך תוצאות מניתוח התהליכים הרב-שנתיים מעידות על כך שהעלייה בכמות העגורים המגיעים לאגמון יכולה להסביר את העלייה בזרחן הכללי באגמון ועליית הזרחן גורמת לעלייה בצפיפות האצות. במידה וימצא מודל תקף המסביר את מאזן הזרחן באגמון החולה בעזרת,SEM ניתן יהיה להשתמש בו ככלי עזר לניהול המצב הטרופי באגמון בעזרת הרצת תרחישים כגון שינוי עומסי זרחן מהמקורות השונים, שינוי תנאי חימזור ועוד. 15

16 תהליכי הסעת חומר מומס ומרחף באגן היקוות החווה עונה יבשה: נחלי בקעת בית-ציידה כמקרה בוחן שולמית נ. )1,2(, פורמן, א. )1( ובארי-שלוין, י. )2( 1. הטכניון, הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית 2. חקר ימים ואגמים לישראל, המעבדה לחקר הכנרת תהליכי הסעה של מרכיבים גיאוכימיים )מומסים ומרחפים( חשובים לבעיות של איכות מים וניהול בר קיימא של אגן היקוות. הבנת תהליכים אלו עשויה לסייע בניהול ובתפעול אגן היקוות. תהליכי הסעה קשורים באופן ישיר לתהליכים הידרולוגיים המתקיימים באגן, כמו שינויים בספיקה ובנתיבי הזרימה באגן. לדוגמה, כל אחד מנתיבי הזרימה הנוצרים בעקבות אירוע גשם הוא בעל הרכב גיאוכימי אופייני: זרימת הבסיס קשורה להרכב מי תהום, המים הזורמים בקרקע מושפעים ממרכיבי הקרקע, ונגר עילי קשור בהסעת חומר מפני האגן. בעבודה זו נחלי משושים, יהודיה ודליות מהווים מקרי בוחן של תהליכים באגנים החווים עונת יובש. תהליכי ההסעה המורכבים של מרכיבים גיאוכימיים אינם ניתנים להסבר באמצעות שינויים בספיקה בלבד. מנתוני הנחלים ניתן לראות, כי בתחילת החורף ישנן עליות ריכוזים משמעותיות עבור חלק גדול מהמרכיבים הגיאוכימיים בעת עליות ספיקה לא משמעותית. בהמשך החורף, בעת השיטפונות, ניתן לחלק את המרכיבים הגיאוכימיים לשתי קבוצות: קבוצה אחת )למשל ניטראט וכלוריד( מראה ירידה בריכוז בעת שיטפון בעוד שריכוזי המרכיבים בקבוצה השניה )למשל,TSS-total suspended solids זרחן כללי( עולים עם השיטפונות. אנו מציעים לבחון תופעות אלו לאור שינויי לחות הקרקע בעונת הגשמים ולהראות שתהליכי ההסעה משתנים לאורך העונה, אפילו עבור אותו מרכיב גיאוכימי. נבחן כיצד התחשבות בשינויי רטיבות קרקע עשויה לתת תמונה שלימה יותר על תהליכי ההסעה באגן. שתי הקבוצות, אותן נכנה קבוצת ה- TSS וקבוצת הניטרט, מציגות עליית ריכוזים עם הספיקות בתחילת החורף, אך כנראה מנגנוני שלהן ההסעה שונים. בשלב זה הקרקע בשלבי ההרטבה ועמודת הקרקע נשטפת, אך עדיין אינה רוויה. אנו מציעים שחומרים מקבוצת הניטרט, שהצטברו במשך הקיץ בקרקע נשטפים ומגיעים לנחל דרך הקרקע ולא מפני השטח, מכיוון שעדיין לא התפתח נגר עילי לפני רווית הקרקע. השטיפה לנחל מתבטאת בעליית ריכוזים משמעותית בתחילת החורף. בהגיעם לנחל, מים אלו מעלים את הספיקה, ולו במעט, וגורמים להרחפה של קרקעית הנחל וישנה עליה גם בריכוז החומר המרחף. בהמשך החורף, הקרקע מגיעה לרוויה והשיטפונות הנוצרים מסיעים איתם חומר חדש מרחבי האגן, שגורמים לעלית הריכוז של קבוצת ה- TSS, בנוסף להרחפת הקרקעית. לעומת זאת, קבוצת הניטרט מוסיפה להישטף מהקרקע, כמותה מדלדלת והריכוז הקבוע בספיקת הבסיס מדלדל עם הגעת מי השיטפונות, בהם כנראה ריכוז נמוך יותר. אנו משערים שתהליכים אלו, המוסברים באמצעות שינויי לחות הקרקע, אינם ייחודיים לנחלים הנחקרים, אלא אופייניים לאגנים שחווים תקופת יובש. 16

17 Effect of Fine Particle Deposition on Hyporheic Exchange Flux Under Mobile- Bedform Conditions Teitelbaum, Y. (1), Dallmann, J. (2), Phillips, C.B. (2), Packman, A.I. (2), Schumer R. (3), Sund, N. (3) and Arnon, S. (1) 1. Ben-Gurion University, Be'er Sheva 2. Northwestern University, USA 3. Desert Research Institute, USA Hyporheic exchange is an ecologically important process that controls the exchange of nutrients between the water column and microbe-rich sediment bed in a stream. Clay deposition induces clogging and reduces hyporheic exchange flux (HEF). This phenomenon has primarily been studied under slow flow conditions, in which the streambed is stationary. We conducted experiments to study the effect of clay deposition on streambed clogging and HEF under higher flow velocities, in which streambed sediment is continuously eroded and transported downstream ( moving bed conditions ). Experiments were conducted in a recirculating flume (640 cm X 30 cm) packed with homogeneous sand. HEF was quantified using salt tracer additions, and observed visually by adding a dye tracer added to the overlying water. We also obtained high-frequency timeseries of bedform morphodynamics and water column clay concentration. While clogging occurs close to the bed surface in stationary streambeds, we observed clogging below the active mobile bed sediment in our experiments. Unlike the case with stationary bedforms, in which clay accumulates primarily on the upstream slope of each bedform and reduces exchange starting from that location, moving bedforms redistribute deposited clay and shift the location of hyporheic inflow as the bedforms propagate downstream. Additionally, clay deposition patterns change according to the concentration of clay in the overlying surface water. HEF reduction was slower in moving than in stationary bed conditions, but did not vary significantly with surface water clay concentration. These experimental results represent unique observations of the effects of clay deposition on hyporheic exchange dynamics under mobile bed conditions. These results are important for understanding the multi-scale complexity of hyporheic exchange in rivers. 17

18 Soil clogging following application of organic and mineral suspension: Effect of intermittent and continuous flooding regimes Olami, T. (1), Weisbrod, N. (1) and Arye, G. (2) 1. Department of Environmental Hydrology and Microbiology, Zuckerberg Institute for Water Research, Ben Gurion University of the Negev, Israel 2. French Associates Institute for Agriculture and Biotechnology of Drylands, Jacob Blaustein Institutes for Desert Research, Ben Gurion University of the Negev, Israel Clogging of porous media is expressed as deterioration in its hydraulic conductivity and impairs wastewater infiltration facilities and other water reclamation systems. Clogging might derive from biological, chemical or physical processes in the soil. The main objective of this study was to quantify the physical retention characteristics of organic versus mineral suspended particle. The influence of two applications regimes was examined: (i) intermittent application with a constant flux and (ii) continuous application with a constant water head. The experiments were conducted on model sand columns consisting of coarse or fine sand. Suspensions of organic particles were prepared from dried sewage sludge. Mineral suspensions contained suspended kaolinite clay. The suspensions contained respiratory inhibitor, and were prepared with similar volumetric concentration and particle size distribution range. The results demonstrated that organic suspension causes a pronounced to severe reduction of the hydraulic conductivity in both coarse and fine sand, comparing to mineral suspension. In fine sand columns, similar clogging patterns were observed for both application regimes, although continuous application resulted in pronounced accumulation of particles at the soil surface. In coarse sand columns, intermittent application caused a substantial reduction in hydraulic conductivity, comparing to the continuous application. Different assumptions were made as for the causes of the observed results. The severe clogging following application of organic particles suspension could arise from large particles present in the organic suspension, or alternatively from particles adhesion resulting from strong attractive colloidal forces, while kaolinite particles experience repulsive colloidal forces. Resting time during intermittent application in coarse sand columns could allow particles settlement in the pores. Accumulation of particles at the soil surface of fine sand can arise from sedimentation and/or compaction of the soil profile under continuous application regime. In summary, this study implies a great difference in the physical retention characteristics of mineral and organic particles, expressed by the reduction in hydraulic conductivity. Between the two application regimes, intermittent application seemed to result in particle retention 18

19 deeper within the soil profile in fine sand and a more efficient filtration of particles in coarse sand. 19

20 Calibration of 36 Cl dating with the use of 81 Kr ages in the deep aquifers of the Negev Desert Ram, R. (1), Purtschert, R. (2), Yechieli, Y. (3), Burg, A. (3), Adar, E. (1), Vockenhuber, C. (4), Yokochi, R. (5), Zappala, J.C. (6), Mueller, P. (6), Lu, Z-T. (7) and Jiang, W. (7) 1. Zuckerberg Institute for Water Research, Ben-Gurion University of the Negev, Israel 2. Climate and Environmental Physics, University of Bern, Switzerland 3. The Geological Survey of Israel, Jerusalem, Israel 4. Laboratory of Ion Beam Physics, ETH Zürich, Switzerland 5. Department of the Geophysical Sciences, The University of Chicago, IL, USA 6. Physics Division, Argonne National Laboratory, Lemont, IL, USA 7. School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China, Anhui, China Very low 14 C activities (half-life of 5,730 years) were measured in the Kurnub Group aquifer in different studies, and were used to estimate groundwater ages of a few tens of thousands of years. Recent studies indicated for the problematics of using low 14 C activities for dating, and raised the need to combine other long-term dating methods. Only a few radioactive tracers have a dating range beyond the 14 C dating limits. The present study combines two of these tracers, including 81 Kr and 36 Cl (half-lives of 229,000 and 301,000 years, respectively). The krypton noble gas has ideal properties as an age tracer, but requires special equipment for the gas sampling, processing and analysis. In contrast, sampling for 36 Cl is simple, and requires less than 1 liter of water. Furthermore, sample preparation for accelerator mass spectrometry is straight forward, and analysis is much cheaper. Yet, in order to translate 36 Cl/Cl ratio into tracer age, the meteoric and the subsurfacial Cl - and 36 Cl/Cl inputs must be evaluated. In most cases, it is not possible to differentiate between the two Cl - sources, whereas in our study, the simultaneous measured 81 Kr ages allow the estimation of these components, and consequently, the calculation of corrected 36 Cl ages. Old 81 Kr ages of kyr were calculated in the confined parts of the Kurnub Group aquifer. Initial 36 Cl/Cl was determined based on analysis of young, shallower groundwater in the basin. Expected meteoric Cl - input (Cli) was computed for each groundwater sample independently by solving the 36 Cl mass balance with the use of 81 Kr ages as the time parameter. Computed Cli was found to be correlated with the δ 18 O distribution in groundwater, implying for different input under differ environmental conditions. Hence, the system was simplified to represent a mixture of two water types, and initial parameters were assigned differentially for the age calculation based on δ 18 O mixing ratios. Corrected 36 Cl ages are in better agreement with 81 Kr ages than uncorrected ages. We conclude that after calibration with 81 Kr, 36 Cl can be used as 20

21 an independent age tracer for the Kurnub Group aquifer, and possibly for other aquifers in the region. 21

22 Optical sensor for real-time and direct measure of nitrate in soil solution Yeshno, E. (1), Arnon, S. (2) and Dahan, O. (1) 1. Department of Hydrology & Microbiology, Zuckerberg Institute for Water Research, Blaustein Institutes for Desert Research, Ben Gurion University of the Negev, Israel 2. Electrical and Computer Engineering Department, Ben-Gurion University of the Negev. Lack of real-time information on nutrient availability in agricultural soils inherently leads to excess application of fertilizers in order to avoid nutrient deficiency and crop reduction. As a result, nitrate which is a soluble, stable and mobile component of fertilizers, is leached below the root zone through the unsaturated zone, to the water-table and eventually pollute groundwater. Rising nitrate concentration in phreatic aquifers underlying agriculture fields is recognized as a worldwide environmental problem that contribute to water scarcity on a global scale. Accordingly, development of technology that is capable to carry in-situ continuous measurement of nitrate in soils is essential for optimizing fertilizers application and prevention of water resources contamination by nitrate. Here we present a conceptual approach for monitoring system that is designed to enable in-situ and continuous measurement of nitrate concentration in soil. The monitoring system is based on absorbance spectroscopy techniques for direct determine of nitrate concentration in soil porewater without pretreatment such as filtration, dilution, or reagent supplementation. A new calibration procedure was developed to improve measurement accuracy while eliminating the typical interference for measurement that is caused by soil water chemical constituents such as dissolve organic matter. The calibration procedure had been tested in four field sites, over a course of two years and proven as an effective tool for nitrate analysis in untreated soil. Combining an optical flow cell with soil pore water sampling apparatus enabled implementation of the monitoring technique in a series of column experiments. The system provided an outstanding and explicit data which revealed for the first time the complexities of the temporal variation in nitrate concentration in the soil with response to different irrigation cycles and crop growing phase. Such real-time measurements of nitrate levels in soils can supply crucial information for optimizing fertilizers application and increasing agricultural yield while reducing the potential threat for groundwater contamination by down leaching of nitrate from the soil. 22

23 A numerical study of the role of aquifer flow in the dissolution of CO 2 Tsinober, A. (1), Shavit, U. (2) and Rosenzweig, R. (3) 1. Civil and Environmental Engineering, Technion 2. Geological survey of Israel The storage of carbon dioxide (CO 2 ) in deep saline aquifers is regarded as a promising technology for the reduction of greenhouse gas emissions. One of the most important mechanisms immobilizing the CO 2 is its dissolution in the aquifer's brine. When the CO 2 is dissolved, it slightly increases the density of the brine, which results in unstable conditions that lead to the development of dense fingers. In the vast majority of previous studies that investigated the processes of CO 2 dissolution, natural groundwater flow and the associated hydrodynamic dispersion were neglected. Analytical and numerical studies suggest that hydrodynamic dispersion and groundwater flow decrease the rate CO 2 of CO 2 dissolution. A recent study, conducted by our research group, involved a series of experiments in a quasi-twodimensional bead pack with horizontal flow, using a CO 2 analogue. The results of the study display a good agreement with previous studies regarding the effect of horizontal flow on finger morphology. However, in contradiction to findings of the former studies, no significant dependence of the dissolution rate on the horizontal flow velocity was observed. The main objective of the presented study is to explain the discrepancies between the literature and the experimental study by providing insight into the dissolution mechanisms via numerical simulations. To do that, a representative numerical model was set up and the two-component equations describing the analogue-water system of were solved. The simulations were able to reproduce the convective fingers observed in the experiments and displayed the same trends found in the experimentally-measured dissolution flux. 23

24 The effect of sea state on the rate of Fresh Groundwater Discharge in the Hanikra sea cave Strauch, S. (1), Silverman, J. (2) and Asfur, M. (1) 1. Faculty of Marine Sciences, Ruppin Academic Center 2. Israel Oceanographic & Limnological Research (IOLR) The Fresh component of Submarine Groundwater Discharge (FSGD) has been shown to be an important source of nutrients, dissolved inorganic carbon (DIC), total alkalinity (TA) and anthropogenic pollutants to coastal waters, worldwide and along the Mediterranean coast of Israel. The loads of these components are dependent on the rate of FSGD, which has been shown to be strongly modulated by the hydraulic head as well as tidal and wave pumping. Previous studies have estimated changes in FSGD due to tidal and wave pumping based on variations in Radium concentrations in coastal waters and estimates of their residence time. In order to make better assessments of the impacts of local pollution, global scale processes such warming, acidification and atmospheric inputs of pollutants on the biogeochemical cycles of nutrients and carbon and inorganic pollutants in coastal waters it is necessary to constrain their temporally and spatially varying inputs from FSGD. In this study we are investigating the effect of sea state on the rate of FSGD in the Rosh Hanikra sea cave by comparing the rate and composition of groundwater discharged from a spring above sea level and the gradients of Salinity, Temperature, TA, DIC, ph, major ions (Na, Mg, Ca, K, Mn and Sr) and dissolved nutrients (SiO2, NOx and PO4) from the back of the sea cave to its entrance. These measurements have been conducted at least once a month since November 2018, before and after rain events and under different sea state conditions. Our preliminary results show a positive correlation between sea state and sea cave gradients, and a negative correlation between sea state and spring discharge rate. The results already demonstrate the amplification of FSGD by wave pumping action. 24

25 השפעתן של שיטות לשימור קרקע על נגר עילי ותפוקות סחף באגן נחל חרוד, ישראל בקין, נ. )1(, לרון, י. )1(, אגוזי, ר. )2( 1. המחלקה לגיאוגרפיה ופיתוח סביבתי, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב, באר שבע 2. התחנה לחקר הסחף, משרד החקלאות ופיתוח הכפר, בית דגן בישראל, עמק חרוד הינו מבין האזורים בהם סחיפת קרקע מאזורים חקלאיים ע"י מים היא האינטנסיבית ביותר. שיטות לשימור קרקע מיושמות בשטחים חקלאיים בישראל וברחבי העולם מזה עשורים רבים. למרות זאת, יש פער במידע כמותי אודות יעילותן, במיוחד בקנה מידה אגני ואזורי. מטרתו של המחקר הינה לקמט את השפעתן של שיטות לשימור קרקע על קצבי סחיפת קרקע, ספיקות ויחסי גשם/נגר, בקנה מידה אגני. שיטת המחקר המרכזית היא השוואה בין אגנית, בין שני יובלים שכנים של נחל חרוד אשר שטחם )3~ קמ"ר( ברובו חקלאי. הראשון, אגן שקדים, בו יושמו שיטות לשימור קרקע ולטיוב קרקע. השני, אגן שונם, אשר ברוב שטחו מיושם ממשק עיבוד קרקע שמרני של גידול יחיד )מונוקולטורה( ומעט שיטות לשימור קרקע. במוצא שניהם, נמדדות ספיקות מים וריכוזי מרחפים בתחנות הידרומטריות מכוילות. תחנה הידרומטרית נוספת ממוקמת בנחל חרוד ומנקזת כשני שליש משטח אגנו. מהירות זרימת המים נמדדת בזמן אירוע גשם במספר שיטות לכיול נתוני הספיקה. בכל תחנה, ריכוזי המרחפים נמדדים ע"י חיישן עכירות ומכוילים דינמית ע"י מאות דגימות מדוגם מים אוטומטי וידני. בכדי לקמט ולתאר את הגורמים המאיצים ומווסתים סחיפת קרקע בתוך האגנים, בוצעו גיחות רחפן חוזרות. המידע מעובד בפוטוגרמטריה אוטומטית (SfM) לשריגי גבהים ומפות שינויים אנכיים (DoD( בדיוק אנכי של סנטימטרים בודדים וברזולוציה מרחבית גבוהה מ- 1 ס"מ. ב- 4 שנות המחקר מופו בפוטוגרמטריה אוטומטית התפתחות ערוץ סחיפה כתוצאה מפריצתו של אמצעי שימור קרקע הנדסי והתחתרות תשתית נחל שקדים שנבעה מאי השערת אזור חיץ ( Buffer )zone סביב רצועת הנחל. כמו כן, אינדקס NDVI מחושב מתוך צילומי לווין במהלך עונת הגשם על מנת לקשור בין ההשתנות העיתית בכיסוי הקרקע לבין המידע האגני מהתחנות ההידרומטריות. בעונה הגשומה 2016/17, תפוקת הסחף מאגן נחל שונם הייתה גבוהה פי 2.5 מאשר באגן שקדים ועמדה על לעומת 889 טון/קמ"ר בהתאמה. תפוקות אלו מקבילות לסחיפה ממוצעת של 1.8 מ"מ קרקע בשונם ו מ"מ קרקע בשקדים והן תפוקות הסחף האגניות הגבוהות ביותר שנמדדו בישראל. לפי ניתוח חלקי של עונות הגשם ו עולה כי ריכוזי המרחפים, תפוקות הסחף, עובי הסחיפה הממוצעת וספיקות המים הסגוליות גבוהים באגן שונם, בו יושמו מעט שיטות לשימור קרקע, מאשר בשקדים, בו יושמו שיטות לשימור קרקע, באופן שאינו מובהק סטטיסטית. מקדמי הנגר באגן נחל שונם גבוהים גם הם מאשר בנחל שקדים, במרבית אירועי הזרימה ומגיעים בשיאם לכ- 14%. 25