Original paper

Erkundung und Bewirtschaftung von präkambrischen Karstaquiferen im südlichen Afrika

[Exploration and Utilisation of Pre-Cambrian Karst Aquifers in Southern Africa]

Keller, Siegfried; Von Hoyer, Michael

Kurzfassung

In verkarsteten präkambrischen Dolomiten in Sambia, Simbabwe und Botswana sind Grundwasservorkommen vorhanden, die für die lokale Wasserversorgung von Bedeutung sind. In den drei Gebieten ist ein flacher Karst bis zu einer Tiefe von 150 m ausgebildet. Die Lösungsverwitterung setzt vorzugsweise auf Trennfugen zwischen unterschiedlichen lithologischen Einheiten an (z. B. Dolomit/Hornstein, Dolomit/Quarzit, Dolomit/Kalk) und auf Kluft- und Störungszonen in NE--SW und N--S-Richtung, welche rezent reaktiviert und damit geöffnet sind. Drei Verkarstungsphasen lassen sich unterscheiden: Prä-Karoo, Tertiär, Pleistozän. Die ermittelten Aquiferparameter sind typisch für Kluftgrundwasserleiter, bei denen Lösungsprozesse selektiv Trennfugen und Spalten erweitert haben. Freie Grundwasserspiegel herrschen vor, gespannte Wasserspiegel treten nur lokal auf. Beim Bohrpunktansatz zur Grundwassererschließung hat sich eine Kombination von Methoden bewährt: geologisch-karstmorphologische Kartierung, unterstützt durch Satelliten- und Luftbilddaten, Analyse der Strukturgeologie und Widerstandsgeoelektrik. Mit verschiedenen Methoden wurde die Grundwasserneubildung näherungsweise bestimmt. Es zeigt sich in den drei Regionen eine deutliche Abhängigkeit der Neubildung von den Niederschlagsverhältnissen und von den Infiltrationscharakteristika der Karstflächen. Wenn der jahreszeitliche Niederschlag einen lokal spezifischen Wert nicht erreicht, dann findet keine Grundwasserneubildung statt. Konzentrierte Versickerung (z. B. in Erosionsrinnen, an Talhängen, in Flußbetten) erzeugt beträchtlich mehr Neubildung als diffuse Versickerung in bodenüberdeckten Karstflächen.

Abstract

In Zambia, Zimbabwe and Botswana precambrian dolomites form karst aquifers with groundwater resources important for local water supply. In the three areas a shallow karst is developed to a depth of 150 m. The dissolution weathering acts preferably on planes separating different lithological units (e. g. dolomite/chert, dolomite/quartzite, dolomite/limestone) and on fractures and fault zones that have been recativated in recent time and are therefore open. Three phases of karstification are distinguished: Pre-Karoo, Tertiary, Pleistocene. The aquifer parameters obtained are typical for fracture aquifers with dissolution enlarged joints and fractures. Free water table conditions prevail; confined conditions occur locally. A combination of methods has proved successful with borehole siting for groundwater development: geological-karstmorphological mapping supported by satellite and air photo data, analysis of the structural geology and resistivity geophysics. Groundwater recharge has been estimated employing various methods. In all three regions recharge is clearly controlled by precipitation conditions and the infiltration characteristics of the karst land surface. If seasonal precipitation does not reach a locally specific amount, no groundwater recharge occurs. Concentrated infiltration (e. g. in erosion gullies, along valley slopes, in river beds) generates considerably more recharge than diffuse infiltration over soil covered karst areas.

Keywords

Precambriandolomitesaquiferpalaeokarstjointfractureprospectingaerial and satellite photosfield studiesgroundwater rechargewater supplyexploitation SambiaZimbabweBotswana