Wasserhaushalt im Einzugsgebiet des Tschadsees –Herausforderungen der Modellanwendung eines gekoppelten Oberflächen- und Grundwassermodells auf regionaler Skala

Christoph Neukum1, Jörg Schulla2, Sara Vassolo1
1 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
2 Hydrology Software Consulting, Zürich

2.4 in Wasserquantitäts- und qualitätsmodellierung auf regionaler Skale - Herausforderungen und neue Ansätze

Das Tschadseebecken im zentralen Teil der Sahelzone und südlich der Sahara gelegen, ist mit einer Ausdehnung von etwa 2.381.000 km² eines der größten abflusslosen intramontanen Becken Afrikas. Der mittlere Jahresniederschlag variiert zwischen 1500 mm/a im Süden und weniger als 100 mm/a im Norden. Die potentielle Evapotranspiration liegt bei über 2000 mm/a im Zentrum des Beckens. Die wichtigsten Zuflüsse des Tschadsees sind der Chari mit seinem Nebenfluss Logone und der Komadougou-Yobe. Die große Variabilität der Abflussmengen zusammen mit einem Mangel an Oberflächenwasser in großen Teilen des Beckens machen Grundwasser zur wichtigsten Quelle der Wasserversorgung. Es ist jedoch wenig über den mengenmäßigen Zustand des Grundwassers der Region sowie über dessen Neubildung bekannt.

Um die Grundwasserneubildung und deren Dynamik zu quantifizieren, ist ein Wasserhaushaltsmodell in WaSim für das Einzugsgebiet des Tschadsees aufgesetzt, für den Zeitraum 1962-1977 kalibriert und für die Periode 1992 – 2008 validiert worden. Die Herausforderungen der gekoppelten Modellierung des Oberflächen- und Grundwassers sind insbesondere die Größer des Modellgebiets, das geringe Relief der Erdoberfläche, die Implementierung der stellenweise ausgedehnten Überschwemmungsflächen der Zuflüsse, die Berücksichtigung wechselnder Ex- und Infiltrationsverhältnisse entlang der Hauptzuflüsse des Tschadsees und die begrenzte Datendichte zur Parametrisierung, Kalibrierung und Validierung des Modells. 

Im Ergebnis der Kalibrierung und Validierung liegt ein Modell vor, mit welchem der Hauptzufluss des Tschadsees, der River Chari am Pegel N'Djamena, mit recht guter Qualität modelliert werden kann. Auch die Wasserstände im Tschadsee selbst werden mit diesem Modell gut wiedergegeben. Da während der Validierungszeit die Qualität der verfügbaren monatlichen Niederschlagsdaten ab dem Jahr 2000/2001 bis 2007 deutlich schlechter ist als während der Kalibrierung, sind die modellierten Abflüsse und Seewasserstände für diesen Zeitraum geringer als beobachtet. Die Implementierung von reanalysierten Tagesdaten des Niederschlags hat zu einer wesentlichen Verbesserung sowohl des Kalibrierungs- als auch des Validierungsergebnisses geführt.

Zusammenfassend zeigt das Modell, dass in weiten Bereichen des Einzugsgebiets in den Jahren 1962 bis 1977 keine Grundwasserneubildung stattfindet. In Gebieten mit flachem Grundwasserflurabstand kommt es durch den kapillaren Aufstieg zur Grundwasserzehrung. In Bereichen entlang der Hauptzuflüsse und des Sees werden Neubildungsraten bis 140 mm berechnet.