Hydrogeology of Dongola area, Northern Sudan

Abstract

Das Arbeitsgebiet im Raum Dongola im nördlichen Sudan stellt den nördlichen Teil des "Blue Nile – Main Nile" Grundwassersystems dar. Das Gebiet umfaßt eine Fläche von ca. 70 000 km . Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen die Beziehungen zum nördlich angrenzenden Nubischen Aquifersystem, die Interaktion zwischen Grundwasser und Nilwasser und die paläokl imati sehe Entwicklung im Spätpleistozän und Holozän. Diese Schwerpunkte werden anhand geologischer, hydrogeologischer, hydrochemischer und isotopenhydrologischer Methoden untersucht. Der Grundwasserkörper ist im Norden, Westen und Osten überwiegend von Grundgebirgsaufbrüchen begrenzt, die stellenweise von geringmächtigen Sedimenten bedeckt werden. Im Süden liegt keine geologische Begrenzung vor. Der Grundwasserlei ter besteht aus Oberkretazischen, klastischen Sedimenten, die in zwei Formationen zu gliedern sind: die Wadi Howar Formation im Liegenden und die Kababish Formation im Hangenden. Die Wadi Howar Formation besteht hauptsächlich aus grob- bis mittel körnigen Sandsteinen, während die Kababish Formation zum großen Teil durch Siltsteine, Tonsteine und feinkörnige Sandsteine gekennzeichnet ist. Die durchschnittliche Mächtigkeit dieser Sedimentfolge liegt bei etwa 300-400 m. Die mittlere Durchlässigkeit der Wadi Howar Formation beträgt 1,7 x 10-4 m/sec, die der Kababish Formation ist etwa zwei Größenordnungen kleiner. Das Grundwasser ist meist ungespannt; halbgespannte bis gespannte Bedingungen liegen nur untergeordnet vor. Isotopenuntersuchungen zeigen, daß das Grundwasser während spätpleistozäner und holozäner Feuchtphasen autochthon gebildet wurde. Zumischungen von Nilwasser sind qualitativ belegt, wobei der Grad der Zumischung mit der Entfernung vom Niltal sehr stark abnimmt. Rezente Grundwasserneubildung durch örtliche Niederschläge ist nicht nachzuweisen. Ein Grundwasserzustrom aus regenreichen Gebieten im Süden ist hydraulisch gegeben, er wird auf 2,35 x 108 m3 /a geschätzt. Eine Zunahme der Grundwasseralter in Richtung der nordwärts angenommenen regionalen Grundwasserbewegung konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Aufgrund hydraulischer, hydrochemischer und isotopenhydrologischer Untersuchungen ist belegt, daß das Grundwasser im Bereich Dongola westwärts der wenige 10er Kilometer westlich des Nils gelegenenen Qaab Depression zuströmt. Hier stellt also nicht der Nil, sondern diese Depression das Haupt-Discharge-Gebiet dar.

The study area lies in the Dongola area, northern Sudan, and represents the northernmost part of the Blue Nile - Main Nile groundwater system. It covers an area of about 70 000 km2. The main objectives of the present study are to clarify: 1. the hydrogeological relationship between the Blue Nile - Main Nile groundwater basin and the Nubian Aquifer System, 2. the interaction between groundwater and Nile water, and 3. the palaeocl imatic development in Late Pleistocene and Holocene. These problems were treated with help of geological, hydrogeological, hydrochemical and isotope hydrological methods. The groundwater body under consideration is delimited by impervious basement rocks from the north, west and east. These rocks are partially covered by thin sediments. No geological boundary seems to be present in the south. The groundwater-bearing formation is composed of Upper Cretaceous sedimentary rocks, which can be subdivided into two formations: the Wadi Howar Formation overlain by the Kababish Formation. The Wadi Howar Formation is predominantly composed of weakly-consolidated coarse- to medium-grained sandstone, while the Kababish Formation is mainly characterized by siltstone, mudstone and fine-grained sandstone. The average thickness of both formations is about 300-400 m. The mean hydraulic conductivity of the Wadi Howar Formation is about 1.7 X 10-4 m/sec, and that of the Kababish Formation is about two orders of magnitude lower. The groundwater is largely unconfined. Semi-confined to confined conditions occur only locally. Investigations with environmental isotopes have shown that the groundwater was largely autochthonically formed during the humid periods of Late Pleistocene and Holocene. Admixtures from Nile water were qualitatively verified, and the results of the various tests demonstrated that the degree of mixing decreases very rapidly with the distance from the Nile valley. Recent groundwater formed by local rains could not be detected. Groundwater influx from the rain-rich regions in the south is hydraulically traceable; it is estimated to be in the order of 2.35 X 108 m3 /year. Increase of groundwater age in the direction of groundwater flow remains to be examined. The hydraulical, hydrochemical and isotope hydrological data in the area around Dongola clearly verify the westward movement of groundwater toward the Qaab depression, which represents the major discharge site in that area.