Hydrogeology of the basement complex terrain in the Zaria-Kaduna Area (Nigeria)
DOI: https://doi.org/10.23689/fidgeo-6540
Abstract
Das Untersuchungsgebiet befindet sich im Grundgebirgskomplex des zentralen Bereiches Nordnigerias. Seine Gesamtfläche beträgt ca. 4007 km2. Das Klima ist tropisch mit einer durchschnittlichen jährlichen Niederschlagsrate von ca. 950 mm. Das Gebiet ist unterlagert von magmatischen und metamorphen Gesteinen (hauptsächlich Granite, Gneise, Schiefer, Migmatite, Diorite und Granadiorite). Ziel der Untersuchung ist die Einschätzung des hydrogeologischen Potentials des Untersuchungsgebietes durch Auswertung von Luftbildern und hydrologischen, geophysikalischen sowie Pumpversuchs- und Isotopendaten. Das Grundgebirge ist von einer Verwitterungsschicht bedeckt, die einen Poregrundwasserleiter bildet. Die Verwitterungsschicht zeigt eine wechselnde lithologische Ausbildung, die von lateritischen Böden über Ton, Grobsand bis hin zu geklüftetem Grundgebirge reicht. Die Mächtigkeit dieser Deckschicht schwankt von ein bis über fünfzig Meter. Das Grundwasser befindet sich in strukturellen Einheiten, die durch Zonen bevorzugter Verwitterung angelegt sind. Der Weg der Grundwasserbewegung ist kurz, er beschränkt sich auf den Bereich, der durch das topographische Gefälle zwischen Oberflächenwasserscheide und Vorfluter gebildet wird. In diesem Bereich sind halbgespannte bis ungespannte Druckbedingungen zu beobachten. Die hydraulische Durchlässigkeit schwankt von unter 1 m/d bis 2.7 m/d. Die Transmissivität liegt, basierend auf unterschiedlichen Auswerteverfahren, zwischen 1 m2/d und über 100 m2/d. Brunnenergiebigkeiten von bis zu 1.5 l/s sind selten, im allgemeinen können jedoch 0.4 l/s Förderung gewährleistet werden. Für den häuslichen Bedarf steht im allgemein genügend Grundwasser zur Verfügung, dabei ist eine regionale Überbelastung der Grundwasserresourcen innerhalb eines Einzugsgebietes eines Flüsses unwahrscheinlich, da die an sich schon niedrigen Durchlässigkeiten räumlich anisotrop vorliegen. Das Grundwasser ist süß, weich, mitunter leicht sauer und enthält wenig gelöste Stoffe. Untersuchungen an den stabilen Isotopen D und 18O zeigen, daß Grundwasser ausschließlich während der Regenzeit durch infiltrierende Niederschläge gebildet wird. Die jährliche Grundwasserneubildungsrate kann aufgrund von Auswertungen der Trockenwetterfallinien der Flüsse Tubo und Galma und aufgrund von Bilanzierungen des Wasserkreislaufes auf 2 bis 5 % des Niederschlages berechnet werden. Die Grundwasserentnahme ist klein im Vergleich zum Grundwasserspeichervolumen. Verunreinigungen und Verschmutzungen des Grundwasserleiters sind bislang gering.
The area of study lies in the basement terrains of the central part of northern Nigeria; its areal coverage is about 4007 km2 The climate is tropical with an average annual rainfall of about 950 mm. The area is underlain by igneous and metamorphic rocks (mainly granites, gneisses, schists, migmatites, diorites, and granodiorites). The aim of the study is to assess the hydrogeological potential of the terrain using areal photo interpretation, hydrological, geophysical, pumping test, hydrochemical and isotopic data. The fresh basement is covered by a mantle of weathered material which is a composite intergranular aquifer with varying lithology from the lateritic topsoil through clay, coarse sand, and fractured basement rock to fresh bedrock; its thickness varies from less than 1 meter to more than 50 meters. Groundwater occurs in compartments due to preferential weathering effects. The path of groundwater movement is short, and is restricted to the zone underlying the gross topographic slope extending from the surface divide to the stream. Semiconfined and unconfined conditions obtain here. The hydraulic conductivity is variable and is between less than 1 m/day and 2.7 m/day. Transmissivity values obtained using various methods vary from about 1.0 m2/ day to over 100 m2/day. Well yield as high as 1.5 l/s is rare; a safe or sustained yield of 0.40 l/s is common. An adequate domestic supply is commonly available; but a regional overdevelopment of groundwater throughout a river basin is unlikely, because the permeability which is usually low is erratically distributed. The water is fresh, soft, sometimes slightly acidic with low dissolved mineral constituents. Investigations with stable isotopes (D and 18O) show that the source of recharge is solely from the seasonal rainfall which infiltrates through fractures as rapid recharge and through the weathered overburden as diffuse recharge. Annual groundwater recharge calculated from analysis of baseflow recession from hydrographs of rivers Tubo and Galma and water balance calculation show that about 2 to 5 per cent of annual rainfall goes into recharge. The total volume of water extracted from the aquifer is low as compared to the water in storage; contamination and pollution of the aquifer is still minimal.