TZ Namibia: Grundwassermanagement im Norden Namibias

Beitrag zum Projekt:

• Namibia - Grundwasser für den Norden Namibias (CEB), Phase II
• Namibia - Grundwassererkundung für den Norden Namibias (Phase I)
• Namibia - Grundwassermanagement im Norden Namibias
• Namibia - Prospecting of groundwater in Northern Namibia (CEB) (Phase I)

Hintergrund:
Der Zugang zu sicherem Süßwasser ist der größte limitierende Faktor für die wirtschaftliche und soziale Entwicklung Namibias. Oberflächenwasser wird hauptsächlich nur in vier ganzjährig wasserführenden Flüssen an den nördlichen und südlichen Grenzen des Landes angetroffen. Daher spielt das Grundwasser in Namibia, wie in den meisten ariden Ländern, eine entscheidende Rolle für die Versorgung weiter Regionen.

Das Cuvelai-Etosha-Becken (CEB) liegt im zentral-nördlichen Teil des Landes. Es erstreckt sich nordwärts nach Süd-Angola und stellt, ausgedehnt über eine Fläche von ca. 100.000 km², das größte Aquifer-System im nördlichen Teil Namibias dar. Aufgrund der unmittelbaren Nähe dieses Gebietes zu Angola und weiterer günstiger Bedingungen entwickelt sich das CEB schnell. Während das Land insgesamt derzeit ein Bevölkerungswachstum von rund 1,6 % pro Jahr aufweist, beläuft sich die jährliche Wachstumsrate im Cuvelai-Etosha-Becken auf 2,8 % pro Jahr. In der Tat lebt die Hälfte der Bevölkerung des Landes im CEB. Zurzeit wird der größte Teil der Bevölkerung im CEB durch ein Rohrleitungssystem mit Trinkwasser versorgt, das Wasser aus dem Kunene Fluss, genauer gesagt vom Calueque Staudamm in Angola, in das Becken leitet. Periodisch auftretende Dürren und Überschwemmungen sowie Bevölkerungswachstum führen zu einer steigenden Nachfrage und setzen die vorhandenen Wasserressourcen unter Druck.

Lage des Cuvelai-Etosha-Beckens (CEB) Quelle: BGR

Zwischen 2007 und 2014 konnte das Projekt Grundwasseruntersuchungen im Norden Namibias ein weitläufiges, mehrschichtiges Grundwassersystem, das Ohangwena-Grundwasser-System (OGS), mit seinen Hauptgrundwasserleitern KOH-1 und KOH-2 identifizieren und abgrenzen. Das OGS ist ein sehr ergiebiges Aquifersystem mit einem enormen Volumen an gespeichertem Trinkwasser. Die Menge des gespeicherten Grundwassers im KOH-2-Aquifer auf der namibischen Seite wird sehr konservativ auf 20 Milliarden m³ berechnet.

Projekt:
Im Rahmen der technischen Zusammenarbeit zwischen Namibia und Deutschland leistet die Bundesregierung durch die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) finanzielle und technische Unterstützung für das Projekt Grundwassermanagement im Norden Namibias. Das Projekt begann im Jahr 2014 als Folgeprojekt des Grundwassererkundungsvorhabens, das zwischen 2007 und 2014 durchgeführt wurde.

Die Abteilung für Wasser und Forstwirtschaft (DWAF) des Ministeriums für Landwirtschaft, Wasser und Forst (MAWF) soll in die Lage versetzt werden, grundlegende Informationen über das Grundwasserpotenzial, den Schutz und die nachhaltige Nutzung des Ohangwena-Grundwasser-Systems (OGS) namibischen Entscheidungsträgern zur Verfügung zu stellen. Auf dieser Grundlage sollen drei Hauptziele erreicht werden:

• Ein verbessertes Monitoring-System für das Ohangwena-Grundwasser-System (OGS) ist etabliert.
• Das Potenzial des Ohangwena-Grundwasser-Systems (OGS) ist bestimmt.
• Die Kapazitäten der Institutionen, die an der nachhaltigen Bewirtschaftung und dem Schutz des OGS beteiligt sind, sind aufgebaut. Dazu gehört die Weiterentwicklung und Umsetzung des nationalen Grundwasser-Informationssystems GROWAS II zur Verbesserung und Unterstützung von Managementverfahren und Entscheidungsprozessen.

Geologie und geologische Entwicklung des Cuvelai-Etosha-Beckens:
Das Cuvelai-Etosha-Becken (CEB) ist ein ausgedehnetes Sedimentbecken, das Teil des weitaus größeren Kalahari-Beckens ist und Teile von Angola, Namibia, Sambia, Botswana und Südafrika umfasst.

Grundgebirge: Die Plattformkarbonate der neoproterozoischen Otavi-Gruppe sind die tiefsten Gesteine, die im CEB angetroffen werden. Diese werden von der Vorlandbecken-Molasse der Mulden-Gruppe überlagert, die sich während der Kollision des neoproterozoischen Damara-Gebirgszuges im Süden und dem Kaoko-Gürtel im Westen gebildet hatte - als Teil der Kontinentbildung, die den Superkontinent Gondwana formte. Die Gebirgsbildung faltete die Gesteine der Otavi- und Mulden-Gruppe entlang der südlichen und westlichen Ränder des CEB. Die CEB-Architektur ist also ein Überbleibsel dieser spät-neoproterozoischen Orogenese. Die gefalteten Plattformkarbonate bilden heute die witterungsbeständigen, erhöhten Ränder des Beckens.

Ausdehnung der Kalahari-Sedimente Quelle: BGR

Auf etwa 200 Millionen Jahre paläozoischer Erosion folgte ab Ende des Karbon bis zum Jura die Ablagerung der Karoo-Supergruppe. Die Basis der Karoo-Folge befindet sich heutzutage 800 bis 900 m unterhalb der Geländeoberfläche. Dies deutet darauf hin, dass das CEB schon gegen Ende des Karbon ein großes Becken darstellte. Die maximale Mächtigkeit der Karoo-Folge beträgt rund 360 m. Geringmächtige Karoo-Basalte schließen die Ablagerung im Osten ab (MILLER, 2008).

Die afrikanische Landoberfläche wurde in der Kreidezeit durch intensive Erosion aufgrund von extrem humiden Klimabedingungen geprägt. Starke Niederschläge bildeten tief eingeschnittene Flusstäler im Inneren des südlichen Afrikas, in denen die Kalahari-Abfolge abgelagert wurde. Man muss davon ausgehen, dass Erosionsprozesse das CEB weiter vertieft haben und somit am Ende der Kreidezeit ein 400 bis 500 m tiefes Becken mit den erhöhten prä-Karoo Rändern im Süden, Westen und Norden des Beckens entstand.

Die Kalahari-Gruppe: Innerhalb des CEB besteht die Kalahari-Gruppe aus vier sich überlagerndenen Formationen; von der Basis aufwärts: die Ombalantu-, die Beiseb-, die Olukonda- und die Andoni-Formation. Die fünfte Einheit, die Etosha-Calcrete-Formation bildet eine etwa 80 km breite Rampe im inneren, südlichen Rand des CEB. Dabei handelt es sich um Grundwasser-Calcretes, entstanden durch unzählige Quellen, die der verkarsteten Otavi-Formation von den erhöhten Beckenrändern entspringen. Die Ablagerung der Kalahari-Formation setzte sich im Tertiär fort und reicht bis in die Gegenwart (MILLER, 2008).

Der Cubango Megafan und das Ohangwena-Grundwasser-System (OGS):
Der symmetrische, nord-süd-ausgerichtete Cubango Megafan (Großfächer) überlagert die Grenze zwischen Namibia und Angola und bildet den oberen Teil der Füllung der tertiären Kalahari-Gruppe des östlichen Teils des tiefen CEB. Dieser Megafan, rund 350 km lang und 300 km breit, wurde vom Paläo-Cubango-Okavango-Fluss gebildet.

Der Cubango Megafan besteht aus den beiden oberen Formationen der Kalahari-Gruppe, der Olukonda- und der Andoni-Formation. Die jüngste der Bohrungen, die im Zuge des derzeitigen Grundwassererkundungsprogramms abgeteuft wurde, die WW 203302, brachte eine Kernbohrung über 400 m Länge hervor und enthüllt neue Informationen über diese beiden oberen Formationen.

Reliefkarte des Cuvelai-Etosha-Beckens (CEB) Quelle: BGR

Drei Aquifere, die als Kalahari-Ohangwena-Aquifere (KOH) bezeichnet werden, treten im Cubango Megafan auf. Der oberste, nicht durchgehende, schwebende Grundwasserleiter tritt in den äolischen Sanden auf. Er wird im ganzen CEB gefunden und wird mit KOH-0 bezeichnet. Der KOH-0 stellt eine wichtige Quelle für die Trinkwasserverorgung der lokalen Bevölkerung dar, die Erträge sind jedoch begrenzt und es existieren nur wenige Information über diesen Grundwasserleiter. Entsprechend ist er kein Ziel für eine großflächige Erschließung. Der Obere Ohangwena-Aquifer (KOH-1) liegt zwischen 60 und 160 m unter GOK in unverfestigten und teilweise zementierten Sanden der Andoni-Formation. Der KOH-1 ist ein gespanntes bis halbgespanntes Aquifer-System, dessen Wasser in Richtung der Etosha-Mulde zunehmend brackisch wird. Die Ausdehnung des KOH-1 ist an die Form des Cubango Megafan gekoppelt.

Anzeichen für einen tiefen Süßwasser-Aquifer - den Unteren Ohangwena-Aquifer (KOH-2) - wurden zuerst von BITTNER beschrieben, der eine Tiefbohrung (WW 37070) für das DWAF niederbrachte und in einer Tiefe von 190 m auf Süßwasser stieß. Transiente elektromagnetische Untersuchungen (TEM), gefolgt von weiteren Explorationsbohrungen führten sukzessive zur Kenntniss der Ausdehnung dieses bisher unbekannten Aquifers (LINDENMAIER et al., 2014).

Das Potenzial des Ohangwena-Grundwasser-Systems (OGS): Bohrkampagnen zwischen 2009 und 2014 konnten die Existenz und die räumliche Ausdehnung des KOH-2-Aquifers in der Ohangwena-Region verifizieren. Von 2011 bis 2014 wurden zusätzliche Beobachtungsmessstellen gebohrt, um die Ausdehnung des Süßwassers zu bestimmen und um ein Grundwasserbeobachtungsmeßnetz einzurichten.

Geologischer Schnitt Quelle: BGR

Die geologische Situation der KOH-1- und KOH-2-Aquifere wurde in ein konzeptionelles hydrogeologisches Modell umgesetzt. Umfangreiche Bohrungen, hydraulische Prüfungen, Berechnungen zur Grundwasserneubildung, Wasserstands- und Wasserqualitäts-Monitorings liefern die Informationen, um das konzeptionelle Modell zu parametrisieren und ein numerisches Grundwassermodell zu entwickeln. Das Modell wird als Entscheidungshilfe für die Planung von Grundwasserentnahmeszenarien verwendet. Mehrere Entnahmeszenarien werden simuliert und die Auswirkungen auf die Grundwasservorkommen visualisiert.

Die Ergebnisse zeigen ein großes Potenzial des unteren Ohangwena-Aquifers für eine regionale Wasserversorgung. Die Menge des gespeicherten Grundwassers im KOH-2-Aquifer auf der namibischen Seite ist sehr konservativ auf 20 Milliarden m³ berechnet. Die Grundwasserneubildung des KOH-2 ist stark abhängig vom Niederschlag im angolanischen Hochland des CEB. Generell ist die Neubildung mit Raten von 0,5 bis 5 Millionen m³ pro Jahr gering.

In Zusammenarbeit mit dem Wasserversorger Namibia Water Corporation Ltd (NamWater) wurde ein Plan für die Wasserentnahme und -versorgung aus dem KOH-2 entwickelt. Zurzeit werden drei zusätzliche Bohrungen für eine verbesserte Versorgung abgeteuft.

Hydrochemie und Wasserqualität: Obwohl die Wasserqualität des KOH-2-Aquifers grundsätzlich gut ist, zeigen Grundwasserproben, dass in einigen Bereichen eine Aufbereitung notwendig ist. Der Fluoridgehalt ist der am meisten limitierende Faktor für die direkte Versorgung der Haushalte aus dem Grundwasservorkommen. In rund 50 % der entnommenen Proben übersteigt Fluorid den namibischen Grenzwert von 3 mg/l um einen Faktor von 1,5 bis 3.

Nutzungsmöglichkeit von Grundwasser für die Viehzucht Quelle: BGR

Fluoridkonzentrationen im Grundwasser Quelle: BGR

Die Kationen- und die Anionen-Dreiecke der KOH-1- und KOH-2-Grundwasserproben zeigen einen allmählichen Übergang zwischen Erdalkali-Karbonat (CaHCO₃) und Alkali-Karbonat (NaHCO₃) Typen. Dies verdeutlicht, dass der Kationenaustausch einen der dominierenden Prozesse in beiden Grundwasserleitern darstellt. Mit der zunehmender Nähe zu den angrenzenden salzhaltigen Grundwasserleitern im Zentrum des CEB und südlich des OGS wird das Grundwasser brackig bis salzig und ist in dieser Gegend nicht zur Nutzung für Trinkwasserzwecke geeignet.

Grundwasserhöhengleichen und -fließrichtung Quelle: BGR

Grundwasser-Monitoring: Die in das OGS gebohrten Explorationsbohrungen sind mit Wasser- und Temperaturaufzeichnungsgeräten ausgestattet. Derzeit werden diese Parameter in dreißig Bohrlöchern in allen drei Grundwasserleitern kontinuierlich protokolliert. Der Wasserstand in einem Aquifer ändert sich in der Regel. Dürren, saisonale Fluktuationen des Niederschlags und Grundwasserentnahmen beeinflussen die Höhe des Grundwasserspiegels. Die Kenntnis der Wasserstandsschwankungen gibt Aufschluss über Veränderungen des Wasserspeichers und gibt Hinweise, ob es im System zu Grundwasserneubildung kommt.

Für das zukünftige Management der OGS-Ressourcen werden die Informationen in Echtzeit über ein telemetrisches Monitoring-Netzwerk an das DWAF in Windhoek übermittelt. Es ist geplant, dass das System Mitte 2017 in Betrieb gehen wird.

Das Nationale Grundwasser-Informationssystem GROWAS II:
Eine weitere bedeutende Aktivität des Projektes ist der Abschluss und die Umsetzung des Nationalen Grundwasser-Informationssystems GROWAS II.

Screenshot eines Moduls von GROWAS II Quelle: BGR

Eine detaillierte Workflow-Analyse ergab 2010, dass die aktuelle Datenbank keine wesentlichen Funktionen für die Verwaltung von grundwasserrelevanten Daten enthält. Da die Analyse des alten Systems unklare Datenoperationsverfahren als eine Hauptfehlerquelle anzeigte, war eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit für die neue Datenbank besonders wichtig. Direkt für die Bedürfnisse der namibischen Wasserbehörden entwickelt, verfügt GROWAS II unter anderem über eine GIS-basierte grafische Benutzeroberfläche (GUI) mit einer Vielzahl von Abfragefunktionen, ein modulares System einschließlich Zeitreihenwerkzeugen, hydrochemische Auswertetools, Lizenzen für die Grundwasserentnahme-Anwendung und Grundwasserstatus-Berichtsfunktionen.

Die Qualitätskontrolle wird durch verschiedene Maßnahmen wie die Pflege-Option ("fosterage") gesichert, die die Eingabe von Daten in einem temporären Status mit eingeschränktem Zugriff ermöglicht, bis sie von erfahrenen Experten freigegeben werden, die schnelle und direkte Interaktion mit Google Earth, um Standorte zu verifizieren und den umfangreichen Einsatz von Nachschlage-Tabellen sowie beschreibende Schlüssel in Übereinstimmung mit anderen regionalen Geo-Datenbanken. Desweiteren können Dateneingaben nach ihrer geschätzten Zuverlässigkeit mit Ampelfarben markiert werden. Diese Maßnahmen sollen sicherstellen, dass in Zukunft nur qualitativ hochwertige Daten in der Datenbank gespeichert werden. Zukünftige Entwicklungsschritte sind die praktischen Tests der einzelnen Module im täglichen Einsatz, die Integration in oder der Austausch mit anderen Informationssystemen und die Verbesserung von älteren vorhandenen Daten so weit dies möglich ist.

Bewusstseinsbildung:
Die Bewusstseinsbildung für das Grundwasser-Management zählt zu den Hauptaufgaben des Projekts. Deshalb wurden Materialien entwickelt, die das Verständnis für die Projektziele und für die Bedeutung des Grundwassers als wesentliche Ressource für die Lebensgrundlagen im Norden Namibias erhöhen.

Der englischsprachige pädagogische Comic und der Comic-Film "Die unglaublichen Abenteuer von H2O und seinen Freunden" erklären der jungen Generation den hydrologischen Kreislauf, Grundwasser-Erkundungsstrategien und den Grundwasserschutz im Kontext des südlichen Afrikas.

"OMEVA" ist gemeinschaftlich erstellter Film von erfahrenen Dokumentarfilmern und jungen Filmemachern aus Ohangwena, einer der am stärksten von Dürre betroffenen Region Namibias. Der Film verbindet die persönlichen Erfahrungen der jungen Filmemacher mit Geschichten rund um das Thema Wasser in ihrer Region.

Partner:

• Department of Water and Forestry (DWAF), Ministry of Agriculture, Water and Forestry, Namibia
• Namibia Water Corporation Ltd (NamWater)

Literatur:

Projektberichte

• LINDENMAIER, F., DILL, H.G., DOHRMANN, R., FENNER, J., GERSDORF, U., KAUFHOLD, S., KRINGEL, R., LUDWIG, R., MILLER, R.G., NICK, A., NOELL, U. & WALZER, A. (2012): Results of Analysis from Drill Holes on the Cubango Megafan. - Technical report prepared for the Kalahari Research Project "Development and Dating of Duricrusts as Base for a Paleogeographic and Hydrogeological Model of the Cuvelai-Etosha Basin in North Namibia". 50 p.; Hannover. (PDF, 2 MB)
• LINDENMAIER, F. & CHRISTELIS, G. (2011): Executive Summary: Groundwater for the North of Namibia, Phase I. Technical Report Vol. I of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany.
• LINDENMAIER, F. & CHRISTELIS, G. (2011): Groundwater for the North of Namibia: Summary Report of Activities of Phase I - Exploration of Ohangwena II Aquifer and Preliminary Isotope Study. Technical Report Vol. I a of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany.
• LINDENMAIER, F. & CHRISTELIS, G. (2011): Kalahari Research Project: Results of Sample Investigation of Mud Rotary and Cored Drill Holes on the Cubango Megafan. Technical Report Vol. I b of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany.
• LINDENMAIER, F. & LOHE, C. (2011): Hydrogeological Modeling Course September 2011. Technical Report Vol. II a of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany.
• LOHE, C. (2012): Summary Report on the Hydro-Census carried out for the Groundwater Resources in the Northern Namibian Part of the Cuvelai-Etosha Basin. Technical Report Vol. I c of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany. (PDF, 527 KB)
• LOHE, C., LINDENMAIER, F. & MILLER, R. McG. (2013): Drill-Log Interpretation and Evaluation of Drillings KOH I and KOH II Aquifer, Ohangwena Region, Cuvelai-Etosha Basin. Technical Note No. 1 of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany.
• SCHILDKNECHT, F. (2012): Groundwater Exploration with TEM-soundings in the Cuvelai-Etosha Basin. Technical Report Vol. I d of Technical Cooperation Project “Groundwater for the North of Namibia”, prepared by Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), Namibia & Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), Germany.

Paper

• DILL, H.G., KAUFHOLD, S., LINDENMAIER, F., DOHRMANN, R., LUDWIG, R. & BOTZ, R. (2013): Joint clay–heavy–light mineral analysis: a tool to investigate the hydrographic–hydraulic regime of Late Cenozoic deltaic inland fans under changing climatic conditions (Cuvelai-Etosha Basin, Namibia). Int. J. Earth Sci. 102(1): 265-304; doi: 10.1007/s00531-012-0770-7
• LINDENMAIER, F., MILLER, R., FENNER, J., CHRISTELIS, G., DILL, H.G., HIMMELSBACH, T., KAUFHOLD, S., LOHE, C., QUINGER, M., SCHILDKNECHT, F., SYMONS, G., WALZER, A. & WYK, van B. (2014): Structure and genesis of the Cubango Megafan in northern Namibia: implications for its hydrogeology. Hydrogeol. J. 22(6): 1307–1328; doi: 10.1007/s10040-014-1141-1

Vorträge / Poster

• LOHE, C. et al. (2012): Combination of user friendly Decision Support Systems with numerical solutions for groundwater flow and water balance for effective water resource management on basin scale in the Cuvelai-Etosha Basin, Namibia, 34th International Geological Congress, Brisbane, Australia.
• LOHE, C. et al. (2012): Hydro-chemical methods for the delineation of freshwater bodies and groundwater flow patterns in multilayered aquifer-systems. An example from Groundwater Systems in the Cuvelai-Etosha Basin, Namibia, 34th International Geological Congress, Brisbane, Australia.

Weitere Literatur

• CHRISTELIS, G. & STRUCKMEIER, W. (2011): Groundwater in Namibia - an Explanation to the Hydrogeological Map. - Unrevised 2nd edition of Technical Cooperation Project "HYMNAM", prepared by DWA, GSN, NAMWATER & BGR: 128 p., Windhoek. (PDF, 8 MB)
• MILLER, R. McG., PICKFORD, M. & SENUT, B. (2010): The Geology, Palaeontology and Evolution of the Etosha Pan, Namibia: Implications for Terminal Kalahari Deposition; South African Journal of Geology, Vol. 113.3: 307-334.
• MILLER, R. (2008): The Geology of Namibia - Volume 3 - Palaezoic to Cenozoic, 3. Ministry of Mines and Energy, Geological Survey, Windhoek.

Lernmaterialien für Jugendliche

• Comic "The Incredible Adventures of H2O & his Friends" (PDF, 11 MB)
• Poster "The Water Cycle" (PDF, 5 MB)
• Interactive poster "The Water Cycle" (PDF, 7 MB)

Filme

• Namibias Grundwasserschatz - Das SASSCAL-Projekt & Technische Zusammenarbeit (30 min)
• Namibia's New Groundwater Treasure - The Ohangwena II Aquifer (9 min)
• The Incredible Adventures of H2O & his Friends (4 min)
• Omeva - Water (45 min)