Groundwater potential to supply population demand within the Kompienga dam basin in Burkina Faso

Abstract

Groundwater recharge is constrained by various factors with rainfall playing a key role. The Kompienga dam basin located in southeastern Burkina Faso displays semi-arid climatic conditions with rainfall occurring five months per year. The average long-term (1959-2005) mean annual rainfall amounted to 830.2 mm with high temporal and spatial variability. During the year, evaporation always exceeds rainfall, except for a few months in the rainy season when recharge can take place in the basin. In addition, the crystalline rocks of granites and amphibolites mainly underlying the basin have a poor water storage capacity. Therefore, groundwater recharge in the basin is estimated to be as low as 43.9 mm, which represents 5.3% of the rainfall in 2005 for a potential groundwater volume of 259.5 million m³. The estimation based on the water balance method, the chloride mass balance method and the water table fluctuation method shows that the basin recharge is mostly through matrix flow with considerable spatial variability based on soil textures, crystalline rock fracturing, land-use/land-cover and topography. Thus, preferential flow processes are dominant in the basin recharge in the southwestern part around Tanyélé, where the chloride concentration in the groundwater is about that in rainwater.<br /> Annual recharge in the basin is determined by an annual rainfall threshold ranging between 314.3 mm and 336.6 mm reached during the first two to three months of the rains. This relationship provided the equation for deriving annual groundwater recharge in the basin. According to Eddy correlation measurements, actual evaporation in the basin depletes the aquifers at an average rate of 0.6 mm per day during the dry season. This situation contributes to the reduction of the groundwater resources and limits the possibilities of developing these resources to improve the population's livelihoods. <br /> The basin population in 2005 was 270 000 inhabitants living in 15 departments in 5 provinces, and water withdrawal was estimated at an average rate of 76 l/c/d (including livestock watering) in the dry season period. This represents 5 million m³ of water, making up 2 % of the annual recharge to the aquifers. In anticipation of decreasing rainfall and increasing population in the Kompienga dam basin, scenarios of recharges against withdrawals show that the annual recharge will support the demand for water till 2030 at a supply rate of 25 l/c/d from 1260 functional boreholes operating 12 hours per day at an average unit yield of 1 m³ per hour. The nationally formulated norm for rural water provision of 20 l/c/d was found to respond to basic needs only, and 35 l/c/d is considered the required supply rate especially from March to May when the water demand is highest. Therefore, the revision of the national norm and policy target for rural water supply is recommended.

<strong>Grundwasserpotential zur Versorgung der Bevölkerung im Kompienga Staudammbecken in Burkina Faso</strong><br /> Grundwasseranreicherung wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, wobei dem Niederschlag eine Schlüsselrolle zukommt. Das Kompienga Staudammbecken im süd-östlichen Teil Burkina Fasos weist mit seinen durchschnittlich fünf Regenmonaten pro Jahr und einem mittleren Jahresniederschlag (1959-2005) von 830,2 mm bei hoher zeitlicher und räumlicher Varianz. Im Laufe des Jahres übersteigt dort die Evaporation die Niederschlagsmengen, mit Ausnahme von wenigen Monaten während der Regenzeit, in denen die Grundwasseranreicherung im Becken stattfinden kann. Zudem haben die kristallinischen Granite und Amphibolite, die sich unter dem Becken befinden, nur eine geringe Speicherfähigkeit. Die Schätzung der Grundwasseranreicherung für das Becken ergibt darum einen niedrigen Wert von 5,3 % der jährlichen Niederschlagsmenge im Jahr 2005 für ein potenzielles Grundwasservolumen von 259,5 Mio. m³. Die auf der Wasserbilanz-Methode, der Chlorid-Mengenbilanz-Methode und der Grundwasserspiegel-Fluktuationsmethode basierende Schätzung zeigt, dass die Anreicherung hauptsächlich über <i>matrix flow</i> gespeist wird, mit einer hohen räumlichen Varianz je nach Bodenbeschaffenheit, Vorkommen von Frakturen im kristallinischen Gestein, Landnutzung und -bedeckung sowie Topografie. Dementsprechend dominieren <i>preferential flow</i> Prozesse im süd-westlichen Teil nahe Tanyélé, wo die Chloridkonzentration des Grundwassers ungefähr der des Niederschlagswassers entspricht.<br /> Die jährliche Anreicherung im Becken wird durch den jährlichen Niederschlag (314,3 mm bis 336,6 mm), der während der ersten zwei bis drei Regenmonate erreicht wird, bestimmt. Den <i>Eddy correlation</i> Messungen zufolge führt die aktuelle Evaporation während der Trockenzeit zu einer Abnahme des in den Aquiferen gespeicherten Grundwassers um einem durchschnittlichen Wert von 0,6 mm pro Tag und damit zur Reduzierung der Grundwasserressourcen. Hierdurch sind die Möglichkeiten, diese Ressourcen zu entwickeln und so zu einer Verbesserung der Lebensgrundlage der Bevölkerung beizutragen, begrenzt.<br /> Im Jahr 2005 lebten die 270 000 Bewohner des Beckens in fünfzehn Distrikten bzw. fünf Provinzen, und ihre Wasserentnahme in der Trockenzeit entsprach ca. 76 l/c/d (einschließlich Wasser für das Vieh). Das entspricht 5 Mio. m³ Wasser und 2 % der jährlichen Grundwasseranreicherungsmenge. Vergleichende Szenarien auf der Grundlage der zu erwartenden geringeren Niederschläge und steigendenden Bevölkerungszahlen im Kompienga Staudammbecken zeigen, dass die jährliche Grundwasseranreicherung ausreichen wird, um den Wasserbedarf bis 2030 bei einer Versorgung mit Wasser von 25 l/c/d durch 1260 funktionale Bohrlöcher im 12-stündigen Betrieb bei einer Pumprate von 1 m³ pro Stunde zu decken. Die auf nationaler Ebene formulierte Norm von 20 l/c/d für ländliche Gebiete kann lediglich die Grundversorgung sicherstellen, da tatsächlich 35 l/c/d benötigt werden, insbesondere in der Zeit von März bis Mai, wenn der Wasserbedarf am höchsten ist. Daraus ergibt sich die Empfehlung, die nationale Norm und politische Zielvorgabe für die ländliche Versorgung zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.