Charakterisierung der hydrologischhydrogeologischen Potentiale im Gebiet von Tikaré, Provinz Bam, Burkina Faso (Westafrika) (English shop)

ein Modellbeispiel für Wasserressourcenentwicklung und Management in der südlichen Sahel-Zone

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Die Ressource Wasser ist essentiell für das Leben. Aus diesem Grund war die Menschheit
stets bemüht natürliche Wässer zu gewinnen und zu nutzen (ASADI et al. 2007). Der Umgang
mit der Ressource zeigt aber auch, dass dieses wichtigste Lebensmittel durch die anthropogene
Verschmutzung bedroht ist (EFE 2002). Der sichere Umgang mit der Ressource Wasser in
ariden Ländern erfordert jedoch eine Verbesserung der Kenntnisse der Oberflächen- und Grundwasserpotentiale,
in Hinsicht Wassergenese, Qualität und Quantität. Um dazu beizutragen, hat
sich die vorliegende Untersuchung mit der Untersuchung mit der hydrologischen und hydrogeologischen
Charakterisierung im Gebiet von Tikaré im Norden Burkina Fasos beschäftigt. Dabei
wurden Lineationen und Lineationsdichtegebiete mittels Fernerkundung (Nutzung ASTERDaten
im VNIR-Bereich mit ERDAS Imagine und ArcGIS) ausgewertet. Dazu wurden eine qualitative
Untersuchung des Stausees von Tikaré und der Bohrungen und Brunnen durch 3 Feldkampagnen,
2 Probennahmen zur hydrochemischen Charakterisierung und für die Isotopensignaturen
von Wasserstoff und Sauerstoff durchgeführt. Dabei wurden 22 Brunnen, 2 Bohrungen und
7 Proben aus Oberflächenwässern (Flüsse und Seen) beprobt. Die Haupt-Ionen wurden mit der
Ionen-Chromatographie (IC), Spurenelemente durch ICP-MS (Massenspektrometrie mit induktiv
gekoppeltem Plasma) und ASS (Atomabsorptionsspektroskopie) analysiert. Die Bestimmung der
stabilen Isotope Sauerstoff (18O) und Wasserstoff (2H) wurde mittels der Equilibrierung analysiert.
Das regionale Kluft- und Störungsnetz weist bevorzugte Orientierungen von 30-70°, und
von 140-160° auf. Die Ausdehnungen der verschiedenen Lineationen reichen von 800 bis 12000
m. An Hand der Analyse des regionalen Kluft- und Störungsnetzes konnten vier Zonen ausgehalten
werden, die gleichzeitig Grundwasserpotentialgebiete darstellen. Die Zonen liegen im Nordosten,
Südosten, Südwesten und Zentrum des Arbeitsgebietes. Sie weise jeweilig die folgenden
Bohrungserfolgsquoten auf: 60%, 100%, 82% und 63%. In den vier ausgehaltenen Zonen erfolgte
bis zu Beginn dieser Untersuchungen keine Bohrung. Die Nutzung dieser Gebiete könnten die
Erfolgsquoten der Bohrungen im Arbeitsgebiet positiv beeinflussen.
Der Stausee von Tikaré weist in seinem Bett eine Reihe von Mängeln, wie z.B. Klüfte,
Störungen, Steinbrüche und Erosionsbereiche auf. Folgen sind ein erhöhter Wasserverlust durch
Infiltration in den Lateritgrundwasserleiter und das oberflächige Ausstreichen des Lateritgrundwasserleiters.
Die Staumauer zeigt Erscheinungen einer Rieselnerosion von Regenwässern. Der
schnelle Verlust des in der Regenzeit gespeicherten Wassers wurde bestätigt durch a) die progressive
Anreicherung der schweren Wasserstoffisotope (2H V-SMOW) im Abstrom des
Grundwassers, b) den versumpften Abstrombereich des Dammes und den gleichen Wasserstand
in Brunnen (abstrom) und im Staubecken und c) den täglich gemessenen (6 cm) hohen Wasserverlust
(im Vergleich der 2 cm/Tag der bilanzierten Verdunstungswerten). Um eine Sanierung
der Stausee zu ermöglichen und zugleich Wasser für die sozio-ökonomische Entwicklung der
Bevölkerung zu steigern, sind eine Abdichtung des Staubettes und der Bau einer wasserdichten
Staumauer zu empfehlen.
Die Grundwässer in den Brunnen sind mit Werten für die elektrische Leitfähigkeit zwischen
90 und 131 S/cm gering mineralisiert. Die untersuchten Hauptkat- und anionen sind
Mg2+, Ca2+, Na+, K+, NO3-, SO42- Cl- und HCO3- . Die Ca2+-Ionen und HCO3 -Ionen
weisen die höchsten Konzentrationen sowohl in der Trockenzeit als auch in der Regenzeit auf.
Die durchschnittlichen
Konzentrationen schwanken zwischen 9 und 14 mg/l für Ca2+und 4 mg/l bis 247
mg/l für HCO3 .Die angetroffenen Elementkonzentration lassen sich größenteils durch die Wasser-
Gesteinswechselwirkung im Grundwasserleiter erklären. Ausnahmen bilden NO3
, K+ und Cl, die zum Teil auf anthropogenen Quellen, wie aus Dunggräben, Latrinen und Auswaschen von
landwirtschaftlichen Flächen zurückzuführen sind. Die besten Ionenkorrelationen bilden SO4
und Mg2+ mit r  0,90, Mg2+ und Ca2+ mit r  0,95, Cl- und Na+ mit r  0,95. Für die Ionen Mg2+,
Ca2+ und SO4
2- konnte ebenfalls eine Korrelation mit der elektrischen Leitfähigkeit beobachtet
werden. Die Schwankungen der verschiedenen Elementkonzentrationen sind auf Verdünnungsund
Verdunstungsprozesse sowie auf Ionenadsorption- und Ionenaustauschprozesse zurückzuführen.
In Anlehnung an der Trinkwasserqualität der Weltgesundheitsorganisation (WHO) wurden
in zwei Brunnen den Grenzwert an Nitrat überschritten.
Bezüglich der Spurenelemente wurden 15 Elemente analysiert. Mn, Fe und Si sind dabei
die dominierenden mit mittleren Konzentrationen von 0,8 mg/l, 2 mg/l bis 7,5 mg/l. Das Spurenelement
Arsen (As), welches ein toxisches Element für die Menschen darstellt, zeigt allgemein
Konzentrationen von < 4 µg/l in den untersuchten Proben auf. Die besten Korrelationen ergeben
sich für Ni und Cr mit r  0,93 und für Ba und Rb mit r  0,81. Zwischen den Spurenelementen
und den Haupt-Ionen sind die besten Korrelationen zwischen SO4
2- und Sr (r  0,81), K+ und Rb(r  0,81), Mg2+ und Sr (r  0,97) und Ca2+ und Sr (r  0,90). Aus Sicht der Wasserqualität für
den menschlichen Verzehr sind die WHO-Standards nur für Fe in einigen Brunnen überschritten.
Die Grundwässer aus dem Arbeitsgebiet weisen Isotopenverhältnisse (V-SMOW) zwischen
3,34‰ und -4,47‰ in der Regenzeit und -3,31‰ und -4,58‰ in der Trockenzeit für 18O
auf. Die Verhältnisse für 2H variieren zwischen -18,6‰ und -29‰ in der Regenzeit und zwischen
-19,6‰ und -38,8‰ in der Trockenzeit. Die Daten deuten auf einen größeren Einfluss der
Verdunstung und der Neubildung über 2H gegenüber 18O. In den Oberflächenwässern treten
18O-Verhältnisse zwischen -2,3‰ und -7,5‰ in der Regenzeit und von +2‰ bis +14‰ in der
Trockenzeit auf. Die 2H Verhältnisse schwanken zwischen -24‰ und -57‰ in der Regenzeit
und +6‰ und +64 ‰ in der Trockenzeit. Die Ergebnisse der Verhältnisse in den Oberflächenwässern
lassen sich durch die Verdunstung in der Trockenzeit und durch die Neubildung in der
Regenzeit erklären.
Die Brunnen im Arbeitsgebiet erschließen den Lateritgrundwasserleiter in den Tiefen
zwischen 8 und 23 m. Die mittlere Wassersäule innerhalb der Brunnen liegt bei 3m in der Trockenzeit
und 10 m in der Regenzeit. Das deutet auf eine direkte und schnelle Infiltration des Regenwassers
in den Grundwasserleiter hin. Zur Vermeidung von anthropogenen Verunreinigungen
und Erosionen sollten Schutzgebiete um die Brunnen und eine Zementierung der Brunneninnenwände
ausgewiesen werden. Im Vergleich zu denen im Lateritgrundwasserleiter ausgebauten
Brunnen, sind die Bohrungen in dem Verwitterungs bzw. Kluftgrundwasserleiter mit 74
m Teufe deutlich tiefer. Innerhalb des ca. 39 m mächtigen Verwitterungs- bzw. Kluftgrundwasserleiter
liegt der statische Wasserstand bei 20 m und die Förderleistung beträgt an diesen Bohrungen
2,5 m³/h, was auf die schlechten Standortbedingungen zurückzuführen ist. Daraus zeigt
sich, dass im Vorfeld eines Brunnenbaus Untersuchungen für Grundwasserpotentialgebiete notwendig
sind.
Als Schlussfolgerungen kann man behaupten, dass das Arbeitsgebiet über ein großes Potential
für die Grundwasser- und Oberflächenwässernutzung verfügt. Diese Arbeit zeigt, dass für
den Ausbau Potentiale wissenschaftliche und technische Untersuchungen (geologisch, hydrogeologisch
und geotechnisch) benötigt werden. Diese sollten verhindern, dass Stauseen, die kein
Wasser behalten können und somit nicht ihre sozio-ökonomische Entwicklungsrolle der Bevölkerung
erfüllen, gebaut werden. Selbst wenn die Lage der Grundwasserqualität für die Trinkwasserversorgung
akzeptabel ist, müssen Schutzzonen (besonders um die Brunnen herum) definiert
werden, um punktuelle Verschmutzung zu verhindern.