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Concepts and Models for the Characterization of the West Gedaref Hydrogeologic System, Sudan
Mirghani, Muna
Das Ziel der Forschungsarbeit war es, Konzepte und Techniken anzuwenden, die mit wenigen Daten eine Beschreibung des Grundwassersystems im Gebiet West Gedaref im Sudan ermöglichen und dieses zu verstehen. Um Schätzungen der lokalen hydraulischen Eigenschaften und die hydrogeologischen Bedingungen zu Erfassen, wurden klassische quantitative Methoden der Hydrogeologie angewendet. Um den Grundwasserleiter räumlich zu beschreiben, wurden Modelle benutzt, bei denen die Konfiguration der heterogenen hydraulischen Parameter T und S, der hydraulische Grundwasserstand sowie die Grundwasserneubildungs-kinetik des Grundwasserleiters variiert wurden.. Nach den deterministischen und stochastischen Annäherungen wurde ein Begriffsrahmen für die Analyse definiert. Im Gegenteil zum Konzept der eindeutigen Parameter, wurden geostatistische Methoden angewandt die auf der Zufallsfunktionskonzeption basieren, das mehrfache Realisierungen erlaubt. Die Zufallsfunktionshypothese ließ die Kennzeichnung des heterogenen Transmissivitätsfeldes, als wesentlicher Eingabebestandteil zum Flussmodell zu. Mit dieser Annahme wurde ein numerischer Simulator für die finiten Elemente benutzt, um die quasi dreidimensionalen Fließparameter zu kalibrieren. die aus stationären und instationären Messungen für eine vorläufige wasserwirtschaftliche Planung gewonnen wurden. Die Resultate der invertierten und der direkten Lösung des Fließmodells zeigen, dass geostatistische Methoden, die Heterogenität des Grundwasserleiters innerhalb des gerichteten Bereiches darstellen können. Die Transmissivitätsverteilung zeigt die beträchtliche räumliche Heterogenität an, die vermutlich durch die komplizierten tektonische Strukturen verursacht werden. Die mittlere Transmissivität erstreckt sich von 0,0003 m2/s bis 0,002 m2/s, mit einem regionalen Mittelwert von 0,0004 m2/s. Der durchschnittliche Speicherkoeffizient wird auf 0,002 geschätzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Grundwasserneubildung des Sandsteingrundwasserleiters Azaza-Abu Naga die vertikale Zusickerung und der Zufluss vom östlichen Basaltgrundwasserleiter ist. Das angenommene Fließmodell führt zu einem maximal sicheren Ergebnis von 10.000 m3/d (bei geschätzten 18% Grundwasserneubildung für das Gedaref-Becken) aus dem mittleren Sandsteingrundwasserleiter von Azaza-Abu Naga. Diese Menge wird teils durch vertikales Zusickern (ungefähr 4000 m3/d) und teils von den Grenzzuflüssen gebildet. Bei weiterer Nutzung des Grundwassers aus dem limitierten System wird erwartet, dass ein freier Grundwasserleiter entsteht. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die vorteilhaftesten Bereiche für die Entwicklung der Grundwasserentnahme im West Gedaref das Azaza, Abu Naga und der Bereich um die Senke des Allaya-Wadisystems sind.
The purpose of this research was to apply concepts and techniques, which with limited data lead to a better understanding of the west Gedaref groundwater system. Classical quantitative hydrogeology has been used to provide local estimates of hydraulic properties and averages of hydrogeologic conditions. Then conceptual models are used to allow spatial characterization of aquifer properties, namely: the aquifer configuration, the heterogeneous hydraulic parameters T and S, the hydraulic head as well as the recharge rate. Following deterministic and stochastic approaches a conceptual framework for analysis was defined. Contrary to the concept of unique model parameters, geostatistical methods are based on the random function concept where multiple realizations exist. The random function hypothesis allowed for the characterization of the heterogeneous transmissivity field, an important input to the flow model. Based on the adopted assumptions a finite element numerical simulator was used to calibrate quasi three dimensional flow parameters conditioned against steady and transient head measurements and a tentative water budget estimate. The results of the inverse solution and the forward solution of the flow model showed the ability of geostatistics to identify aquifer heterogeneity within the targeted range. The transmissivity distribution indicates considerable spatial heterogeneity probably caused by the complex tectonic structural pattern in the area. The mean transmissivity ranges between 0.0003 to 0.002 m2/s, with a regional average of 0.0004 m2/s. The average storativity is estimated at 0.002. The study results showed that the main source of recharge to the Azaza-Abu Naga sandstone aquifer is the vertical leakage and underflow from eastern basalt aquifer. The adopted flow model lead to a maximum safe yield of 10,000 m3/d (around 18% of the potential recharge estimated for the Gedaref basin) from the Azaza Abu Naga middle sandstone aquifer. This amount is partly drawn from vertical leakage (about 4,000 m3/d), and partly from boundary inflows. Additional development is expected to jeopardize the limited aquifer storage and convert the flow into unconfined conditions. The study indicated that the most favorable areas for the development of groundwater in the west Gedaref are the Azaza, Abu Naga and the area around the valley of Al-Laya wadi system.
