BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

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TZ Namibia: Grundwassererkundung in Oshivelo, in Ost-Caprivi und in Omaheke

Beitrag zum Projekt:

Übersichtskarte von Namibia mit Lage der UntersuchungsgebieteÜbersichtskarte von Namibia Quelle: BGR

Problemstellung:
Namibia, mit einer Landesfläche von ca. 825 000 km² rund 2,5 mal so groß wie Deutschland und mit rund 2 Millionen Einwohnern eines der am dünnsten besiedelten Länder des Kontinents, liegt in der trockensten Region des südlichen Afrika. Die Hälfte des Landes gilt als arid. Es herrscht häufig Wassermangel, denn die Niederschläge fallen räumlich und zeitlich sehr ungleichmäßig. Zur Verbesserung der Wasserversorgung bat die namibische Regierung die Bundesregierung um Unterstützung. Das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) beauftragte daraufhin die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) mit der Durchführung eines Projektes zur Grundwassererkundung im Rahmen der Technischen Zusammenarbeit. Namibischer Projektpartner der BGR war das Department of Water Affairs (DWA) im Ministry of Agriculture, Water and Forestry (MAWF).

Ziel des Projektes war die Erkundung von Grundwasservorkommen in drei Gebieten im Norden und Nordosten von Namibia (Abbildung1), in denen aktuell ein starker Wasserbedarf herrscht:

Der Hubschrauber D-HBGR mit Sonde beim Start zur Grundwassererkundung im Nordosten NamibiasBGR-Hubschrauber mit Sonde Quelle: BGR

Aufbau der Untersuchungen:
Bereits im Jahr 1999 wurde durch einen externen Consultant eine Studie durchgeführt, in der der damalige Kenntnisstand zu den geplanten Untersuchungsgebieten zusammengetragen wurde (BIWAC, 1999). Eine Analyse der tektonischen und geologischen Großstrukturen anhand von Satellitenbildern führte dann zu Beginn des Projektes zur Einengung der Messgebiete. Zur Untersuchung der potentiellen Grundwasserleiter setzte die BGR Widerstandssondierungen sowohl vom Hubschrauber als auch vom Boden ein. Während die Messungen aus der Luft flächendeckende, detaillierte Informationen bis in Tiefen von ca. 80 m lieferten, ergaben die Messungen am Boden punktförmige Aussagen bis zu einer Tiefe von ca. 400 m. Die Widerstandssondierungen am Boden wurden an eine Privatfirma vergeben, die Messungen vom Hubschrauber aus führte die BGR-Arbeitsgruppe für Aerogeophysik von Oktober 2002 bis März 2003 eigenständig durch.

Die Ergebnisse der Messungen wurden im Zeitraum April bis November 2004 mit Testbohrungen überprüft. Pumpversuche lieferten Aussagen zur Ergiebigkeit der nachgewiesenen Grundwasservorkommen, mit Isotopenanalysen an Wasserproben wurde Fragen zur Herkunft und zum Alter des Grundwassers nachgegangen. Alle Informationen flossen schließlich in hydrogeologischen Konzeptmodellen zusammen. Diese Modellvorstellungen zur Genese und Hydraulik der Wasservorkommen bilden die Basis für eine sinnvolle Steuerung der Wasserentnahmen zur Sicherstellung einer nachhaltigen Nutzung.

Untersuchungsergebnisse:
Arbeitsgebiet 1 – Oshivelo:
Oshivelo liegt östlich der Etoscha-Pfanne, einer abflusslosen Senke am Südrand des Cuvelai-Beckens (Abbildung 2). Südlich des Gebietes liegen die Otavi Mountains, die als eines der wesentlichen Grundwasserneubildungsgebiete im Norden Namibias angesehen werden. Da angenommen wird, dass ein Großteil des Grundwassers von dort aus nach Norden hin abströmt, sollte vom Projekt geprüft werden, wo die Erschließungsmöglichkeiten im Arbeitsgebiet am günstigsten sind. Hauptziel war dabei der Oshivelo Artesian Aquifer (KOV2). Bei Vorhandensein ausreichender Mengen süßen Grundwassers wäre auch ein Transfer von dort aus in den Norden Namibias (Owamboland), wo der Wasserbedarf am größten ist, möglich. Denn die Wasserversorgung beruht dort derzeit weitgehend auf Oberflächenwasser, das aus dem Kunene, dem Grenzfluss zu Angola, herangeführt wird. Die namibische Regierung strebt aber eine größere Unabhängigkeit von dieser Ressource an, da es sich um international geteilte Ressourcen handelt und die Wasserversorgung in Krisenzeiten möglicherweise nicht gesichert ist.

Blick auf die Otavi Mountains aus der LuftBlick auf die Otavi Mountains aus der Luft Quelle: BGR

Bereits bei früheren Untersuchungen seit Mitte der 1980er Jahre war der KOV2-Aquifer als ein hochergiebiger, Süßwasser führender Grundwasserleiter im Gebiet um die Ortschaft Oshivelo entdeckt worden. Die Ausdehnung dieses Aquifers war allerdings nur unzureichend bekannt (BIWAC, 1999). Wegen der nur unzureichenden Datenbasis konnte das Erschließungspotential dieses Aquifers nicht ausreichend genau ermittelt werden. Die vom Projekt durchgeführten geophysikalischen Messungen ließen vermuten, dass das Verbreitungsgebiet des Aquifers sich wesentlich weiter nach Osten ausdehnt als bislang angenommen wurde. Auf der Basis der geophysikalischen Messungen (FIELITZ et al., 2004; SIEMON et al., 2005a) wurden daher Bohrlokationen angesetzt.

Die Bohrungen konnten die vermutete Ausdehnung jedoch nicht bestätigen. Grund hierfür ist der komplizierte geologische Aufbau des Gebietes, das im Übergangsbereich zwischen verschiedenen Ablagerungsbedingungen liegt: äolisch (Längsdünen im Nordteil, in der Kalahari), fluviatil (im Bereich des zeitweise Wasser führenden Flusses Oruamba Owambo) und chemisch (Kalkkrusten, im Südteil). Die Verzahnung dieser verschiedenen Ablagerungsbereiche und das Nebeneinander von siltig-sandigen und kalkigen Ablagerungen führte somit zu einer Fehlinterpretation der geophysikalischen Messungen.

Das Verbreitungsgebiet des KOV2-Aquifers erstreckt sich nach neuer Kenntnislage nur bis etwa 25 km östlich der Ortschaft Oshivelo. Hohe Transmissivitäten sind nur in einem engen Streifen vorhanden, was darauf hindeutet, dass der KOV2-Aquifer seinen Zustrom aus tieferen Schichten etwa in diesem Bereich erhalten muss (Abbildung 3). Der Grundwassergleichenplan (Abbildung 4) lässt vermuten, dass der KOV2-Aquifer seinen Zustrom aus dem Otavi Dolomit Aquifer (DO) erhält, da diese Einheit im südlich gelegenen Grundwasserneubildungsgebiet, den Otavi Mountains, an der Oberfläche ansteht. Möglicherweise ist dieser bis über 1000 m mächtige Aquifer aufgefaltet und kommt im Bereich des Omuramba Owambo in einer Antiklinalstruktur nahe an die Oberfläche, so dass es in diesem Bereich vermutlich eine hydraulische Verbindung mit dem KOV2-Aquifer gibt (Abbildung 5).

Der unter dem KOV2-Aquifer im Projektgebiet angetroffene Karoo Sandstein Aquifer (KR) führt im Norden Salzwasser, während er südlich des Omuramba Owambo Süßwasser enthält. Da vermutlich auch eine hydraulische Verbindung zwischen Oshivelo Artesian Aquifer und Karoo Sandstein Aquifer besteht, könnte es bei einer Erschließung des KOV2-Aquifers zur Salzwasserintrusion in den KOV2-Aquifer kommen. Am günstigsten für die Erschließung des KOV2-Aquifers ist daher wahrscheinlich das Gebiet südlich des Omuramba Owambo. Es wurde angeregt, mittels Seismikprofilen und über eine Tiefbohrung auf die vermutete Hochlage des Otavi Dolomits zu untersuchen, ob sich dieser evtl. auch direkt erschließen lässt. Die Nutzung des Grundwassers wird vor allem im nördlichen Bereich durch stark erhöhte Fluoridgehalte eingeschränkt und macht oftmals eine Behandlung erforderlich (Abbildung 6). Das Erschließungspotential des KOV2-Aquifers liegt bei etwa 5 Millionen m³ pro Jahr (MCM/a). Wegen des hohen Risikos einer Salzwasserintrusion sollte momentan die Förderung aber 2,5 MCM/a nicht überschreiten. Die Datenbasis für diese Schätzung ist derzeit noch recht schwach und sollte vor einer Erschließung des Aquifers verbessert werden.

Arbeitsgebiet 2 – Ost-Caprivi:
Dieses Arbeitsgebiet liegt im äußersten Nordosten Namibias, im Westen und Osten eingerahmt von den Flüssen Kwando und Sambesi (Abbildung 7) und hat eine Einwohnerzahl von rund 100.000. Die Wasserversorgung insbesondere im zentralen und südlichen Bereich des Gebietes ist schwierig, da dort in Bohrungen bislang nur Brack- oder Salzwasser angetroffen wurde. Es war daher zu prüfen, ob Süßwasser in ausreichender Menge und akzeptabler Qualität in größeren Tiefen vorhanden ist und genutzt werden kann.

Wassergefüllte Verdunstungspfannen im Ost-CapriviVerdunstungspfannen im Ost-Caprivi Quelle: BGR

Die Interpretation von Satellitenbildern und digitalem Geländemodell (basierend auf SRTM-Daten) zeigt, dass das Projektgebiet einen tektonischen Graben darstellt, den Caprivi-Graben (Abbildung 8a Abbildung 8b). Die Lage der Untersuchungsgebiete ist in Abbildung 9 dargestellt. Der bislang ausschließlich untersuchte oberflächennahe Grundwasserleiter weist in weiten Teilen des Untersuchungsgebietes Ost-Caprivi brackisches Grundwasser auf. Daher beruht die Wasserversorgung im Osten und entlang der Straße Kongola - Katima Mulilo (Golden Highway) auf Oberflächenwasser des Sambesi und des Kwando, das über Pipelines verteilt wird (Abbildung 10).

Die hubschrauberelektromagnetischen Untersuchungen hatten bestätigt, dass im südlichen Teil des Ost-Caprivi keine Aussichten bestehen, süßes Grundwasser im oberflächennahen Bereich zu erschließen. Daher wurden transientenelektromagnetische (TEM) Untersuchungen durchgeführt, um Aussagen über den geologischen Aufbau und die Widerstandsverteilung im tieferen Bereich des Aquifersystems zu ermöglichen. Die Messungen ließen vermuten, dass der tiefere Bereich des Aquifersystems im nördlichen und zentralen Bereich Süßwasser enthält, woraufhin hier sechs Bohrungen abgeteuft wurden. Diese bestätigten die Hypothese und deuten darauf hin, dass in weiten Teilen des Ost-Caprivis ein ähnlicher Aufbau des Aquifersystems vorhanden sein dürfte (Abbildung 11). Unter einem etwa 100 bis 115 m mächtigen oberen Aquifer (Oberer Kalahari Aquifer), der weitgehend aus fein- bis mittelkörnigen Sanden besteht, befindet sich ein 15 bis 25 m mächtiger toniger Aquitard (Oberer Kalahari Aquitard); darunter wurde ein 60 bis > 125 m mächtiger unterer Aquifer (Unterer Kalahari Aquifer) erbohrt, der ebenfalls aus weitgehend fein- bis mittelkörnigem Sand besteht. Unter dem Unteren Kalahari Aquifer wurde in drei Bohrungen Karoo-Basalt angetroffen. Es konnte erstmals im Ost-Caprivi nachgewiesen werden, dass dieser dort möglicherweise flächenhaft verbreitet ist.

Im Südwestteil des Ost-Caprivi ist Basalt aber möglicherweise nicht vorhanden oder folgt erst in größerer Tiefe, so dass es hier ein hydraulisches Fenster zwischen Unterem Kalahari Aquifer und darunter zu vermutendem Karoo Sandstein Aquifer geben könnte (Abbildung 12). Der untere Aquifer weist in zwei Bohrungen einen um 14 m höheren hydraulischen Druck auf als der obere, d.h. es gibt eine aufwärts gerichtete Grundwasserströmung. Der Grundwasserabstrom verläuft im unteren Aquifer ähnlich wie im oberen (Abbildung 13), d.h. der Zustrom erfolgt aus Richtung des Kwando und von Norden her. Abflussmessungen am Kwando an den Stationen Kongola und Lianschulu ergaben einen Verlust von rund 175 MCM/a. Diese Tatsache und die Verteilung der δ18O und δD Werte (Abbildung 14) deuten darauf hin, dass erhebliche Mengen Oberflächenwassers aus dem Kwando in den Oberen Kalahari Aquifer und möglicherweise auch in den Unteren Kalahari Aquifer infiltrieren. Eine ähnliche Infiltration von Wasser des Sambesi ist auch im Bereich um die Stadt Katima Mulilo wahrscheinlich. Eine tiefe Bohrung nahe Kongola soll nachweisen, ob es dort eine hydraulische Verbindung zwischen Oberem und Unterem Kalahari Aquifer gibt. Die Grundwasserneubildung im oberen Aquifer ist im zentralen Teil des Ost-Caprivi weitgehend vernachlässigbar gering, wie sich auch aus den Verweilzeiten (14C-Werte) des Grundwassers und den Tritiumgehalten ablesen lässt. Das Erschließungspotential des Oberen Kalahari Aquifers kann derzeit noch nicht quantifiziert werden.

Arbeitsgebiet 3 – Omaheke:
In der Region Omaheke im Nordosten Namibias an der Grenze zu Botswana wurde ein tektonischer Graben, der sogenannte Eiseb-Graben, zur genaueren Untersuchung ausgewählt, da hier günstige Voraussetzungen zur Erschließung süßen Grundwassers vermutet wurden (Abbildung 15). Die Region ist Teil eines staatlichen Programms zur Wiederansiedlung von Mitgliedern des Stammes der Herero. Eine Unterstützung dieser Bemühungen wurde von der deutschen Regierung zugesagt.

Der Eiseb-Graben ist die westlichste Fortsetzung der Linyanti-Gomare Fault. Seine Existenz wurde bereits Mitte der 1970er Jahre vermutet (SCHOLZ et al., 1976). Seine horizontale und vertikale Ausdehnung konnte aber erst durch dieses Projekt nachgewiesen werden. Das Gebiet des vermuteten Grabens wurde mit Widerstandssondierungen am Boden (TEM) systematisch untersucht. Die Messungen bestätigten die Interpretation der Satellitenbilder: Die anhand der Bilder lokalisierten Grabenränder zeichneten sich exakt in der Widerstandsverteilung des Untergrundes ab (Abbildung 16). Die Interpretation der Daten deutete darauf hin, dass der Graben nach Norden und Süden durch Gesteine hohen Widerstandes (Gneise) begrenzt ist (Abbildung 17) und dass außerhalb des Grabens die Chancen Grundwasser zu finden sehr gering sind. Dies bestätigen sämtliche bislang abgeteuften Bohrungen. Auch im Graben hatten frühere Bohrungen nur relativ geringe Ergiebigkeiten von zwischen 1 und 3 m³/h erbracht.

Vorstellung der Projektergebnisse vor lokalen Vertretern in GobabisVorstellung der Projektergebnisse Quelle: BGR

In einer ersten Bohrkampagne wurden 4 Bohrungen abgeteuft. Zwei davon zielten auf den Nordrand des Grabens, eine auf den Zentralteil und eine auf den Südrand. Der im Norden vorhandene, tief abgesenkte Grabenbereich (Rinne mit einer vermutlich mehr als 400 m mächtigen Füllung) konnte durch die Bohrungen nachgewiesen werden. Eine Bohrung übertrifft mit einer empfohlenen Entnahmemenge von ca. 120 m³/h alle Erwartungen. Diese traf grobkörnige, Wasser führende Lagen in größerer Tiefe an. Mit Hilfe der Bohrung im Zentralteil konnte nachgewiesen werden, dass dieser Bereich in größeren Tiefen tonig ist. Die Bohrung am Südrand konnte das Vorhandensein einer weiteren Rinne dort nicht nachweisen. In einer zweiten TEM- und Bohrkampagne wurde die Lage der Rinne am Nordrand des Grabens bestätigt. Packertests, die an zwei Bohrungen durchgeführt wurden, zeigen, dass Grundwasserzutritte überwiegend aus dem Bereich unterhalb 200-250 m erfolgen. Das Erschließungspotential in der Rinnenstruktur wird bislang auf etwa 0,7 MCM/a geschätzt. Der Mechanismus der Grundwasserneubildung ist aber noch nicht hinreichend bekannt.

Das im Eiseb-Graben nachgewiesene Grundwasservorkommen kann dazu genutzt werden, die Wasserversorgung der lokalen Bevölkerung zu verbessern, deren Haupterwerb auf Viehwirtschaft basiert. Da einerseits die Grundwasserneubildung und andererseits die Weidekapazität der Omaheke-Steppe sehr gering sind, ist ein verantwortungsvolles Wassermanagement von größter Bedeutung. Da die Anzahl von Rindern, die jetzt mit Wasser versorgt werden könnten, bei weitem die Weidekapazität in der Kalahari überschreitet, ist die Gefahr einer Wüstenbildung durch Überweidung immens groß. Zur Sensibilisierung der lokalen Behörden und Entscheidungsträger und zur Erläuterung der Zusammenhänge wurde eine Reihe von Informationsveranstaltungen durchgeführt.

Literatur:

Kontakt:

    
Dr. Georg Houben
Tel.: +49-(0)511-643-2373
Homepage: www.bgr.bund.de/houben

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