Hydrogeological investigations in the upper Ouémé catchment in Benin, West Africa

The scope of this PhD thesis was the hydrogeological conceptualisation of the Upper Ouémé river catchment in Benin. The study area exceeds 14,500 km**2 and is underlain by a crystalline basement. At this setting the typical sequence of aquifers - a regolith aquifer at the top and a fractured bedrock aquifer at the bottom - is encountered, which is found in basement areas all over Africa and elsewhere in the world. The chosen regional approach revealed important information about the hydrochemistry and hydrogeology of this catchment. Based on the regional conceptual model a numerical groundwater flow model was designed. The numerical model was used to estimate the impact of climate change on the regional groundwater resources. This study was realised within the framework of the German interdisciplinary research project IMPETUS (English translation: "Integrated approach to the efficient management of scarce water resources in West Africa"), which is jointly managed by the German universities of Bonn and Cologne. Since the year 2000 the Upper Ouémé catchment was the principal target for investigations into the relevant processes of the regional water cycle. A first study from 2000 to 2003 (Fass, 2004, http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hbz:5n-03849) focused on the hydrogeology of a small local catchment (~30 km**2). In the course of this thesis five field campaigns were underdone from the year 2004 to 2006. In the beginning of 2004 a groundwater monitoring net was installed based on 12 automatic data loggers. Manual piezometric measurements and the sampling of groundwater and surface water were realised for each campaign throughout the whole study area. Water samples were analysed for major ions, for a choice of heavy metals and for their composition by deuterium, oxygen-18 and tritium. The numerical model was performed with FEFLOW. The hydraulic and hydrochemical characteristics were described for the regolith aquifer and the bedrock aquifer. The regolith aquifer plays the role of the groundwater stock with low conductivity while the fractures of the bedrock may conduct water relatively fast towards extraction points. Flow in fractures of the bedrock depends on the connectivity of the fracture network which might be of local to subregional importance. Stable isotopes in combination with hydrochemistry proved that recharge occurs on catchment scale and exclusively by precipitation. Influx of groundwater from distant areas along dominant structures like the Kandi fault or from the Atacora mountain chain is excluded. The analysis of tritium in groundwater from different depths revealed the interesting fact of the strongly rising groundwater ages. Bedrock groundwater may possibly be much older than 50 years. Equilibrium phases of the silicate weathering products kaolinite and montmorillonite showed that the deeper part of the regolith aquifer and the bedrock aquifer feature either stagnant or less mobile groundwater while the shallow aquifer level is influenced by seasonal groundwater table fluctuations. The hydrochemical data characterised this zone by the progressive change of the hydrochemical facies of recently infiltrated rainwater on its flow path into deeper parts of the aquifers. Surprisingly it was found out that seasonal influences on groundwater hydrochemistry are minor, mainly because they affect only the groundwater levels close to the surface. The transfer of the hydrogeological features of the Upper Ouémé catchment into a regional numerical model demanded a strong simplification. Groundwater tables are a reprint of the general surface morphology. Pumping or other types of groundwater extraction would have only very local impact on the available groundwater resources. It was possible to integrate IMPETUS scenario data into the groundwater model. As a result it was shown that the impact of climate change on the groundwater resources until the year 2025 under the given conditions will be negligible due to the little share of precipitation needed for recharge and the low water needs for domestic use. Reason for concern is the groundwater quality on water points in the vicinity of settlements because of contamination by human activities as shown for the village of Dogué. Nitrate concentrations achieved in many places already alerting levels. Health risks from fluoride or heavy metals were excluded for the Upper Ouémé area.

Evaluación de la contaminación de acuíferos producida por actividades de saneamiento y re-uso de efluentes en el norte de la provincia de Mendoza

En la zona norte de la provincia de Mendoza se desarrollan actividades que pueden afectar la calidad natural del agua subterránea: disposición y re-uso de efluentes industriales para riego agrícola, utilización de fertilizantes, saneamiento in-situ, fugas de redes de alcantarillado, etc. En esta región, surcada superficialmente por los ríos Mendoza y Tunuyán, la sedimentación cuaternaria determinó la formación de dos grandes unidades hidrogeológicas: acuíferos libres (sector de conos aluviales), y acuífero freático superior y acuíferos subyacentes confinados y/o semiconfinados. El área de estudio se encuentra ubicada en esta última unidad hidrogeológica donde se ha detectado contaminación de acuíferos por nitratos. El objetivo de este trabajo es identificar el origen de la contaminación, utilizando metodología hidroquímica mediante la evaluación de diversos parámetros físicoquímicos y biológicos, y técnicas isotópicas para corroborar la procedencia del agua subterránea y el origen de los nitratos. Los resultados obtenidos muestran que la presencia de nitratos en los acuíferos semiconfinado y confinado no proviene de la influencia del acuífero libre suprayacente, afectado por el re-uso de efluentes, sino que se relaciona con el ingreso de flujo horizontal de aguas subterráneas contaminadas provenientes del área del Gran Mendoza, debido a las pérdidas en las redes de alcantarillado y obras de saneamiento in situ.

Comportamiento del nivel freático en el área bajo riego del tercio inferior del Río Atuel

En este trabajo se evalúa el comportamiento del nivel freático (NF) en un área de regadío de 75.774 ha ubicadas en el tercio inferior de la cuenca del río Atuel, departamentos de General Alvear y San Rafael en la provincia de Mendoza, y su vinculación con: las pérdidas que se producen en la red de canales, las prácticas de riego y los escurrimientos sub-superficiales de zonas más elevadas. En la zona existe una red de 193 freatímetros en la que se han registrado lecturas de niveles freáticos desde 1980 a 2008, en distintas estaciones del año. El área de estudio se dividió en cuatro sub-zonas, cada una de ellas abastecida por un canal matriz de riego. La serie existente de lecturas de NF permitió elaborar planos estacionales de isohipsas e isobatas medias. Se definieron indicadores de factor de reacción freática (FRF) y de eficiencia del sistema (IES); además, se elaboraron planos de isolíneas y tablas de salinidad (conductividad eléctrica) media del agua subterránea. El análisis de los registros recopilados muestra la dirección del flujo de agua subterránea "noroeste-sureste", isohipsas con un gradiente medio de 1,54 m.Km-1 y nivel freático (NF) con una profundidad mínima media de 1.31 m. La evidencia de zonas de recarga de agua subterránea posibilita, junto a los otros planos, una rápida identificación de zonas vulnerables al ascenso del NF. El FRF permitió establecer que se incorpora al área cultivada de Alvear-Bowen un volumen de 3,7 veces más agua que la requerida por los cultivos y que el IES es del 27%. En primavera, el riego representa el 66% del volumen incorporado a la zona mientras que las precipitaciones representan el 34 % y la superficie con NF de hasta 1,0 m de profundidad es 4,8 veces mayor al promedio del área afectada en las demás estaciones. Los resultados brindan una fuente de información actualizada para la planificación del uso del suelo en la zona, para la operación del sistema de riego y para la implementación y priorización de planes de mejora en la infraestructura.