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Der 500 Kilometer lange Olifant River ist die Lebensader der südafrikanischen Provinz Limpopo. Hier versorgt er nicht nur unzählige Siedlungen mit Trinkwasser, sondern wird auch aufgestaut, um die vielen Felder und Obstplantagen zu bewässern sowie Kohlebergwerke und Kohlekraftwerke mit Kühl- und Prozesswasser zu beliefern. Die intensive landwirtschaftliche und industrielle Nutzung wirkt sich dabei negativ auf die Wasserqualität des Flusses aus.

Das Wassermanagement ist eines der drängendsten Probleme Südafrikas. Das weiß auch das Forschungsteam der RUB um Prof. Dr. Harro Stolpe und Doktorand Justin Wiggett vom Lehrstuhl für Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen sowie Dr. Christian Jolk vom Zentrum für Umweltressourcenmanagement. Die Wissenschaftler haben ein auf Geodaten basierendes Informationssystem (GIS) entwickelt, welches das Wasserressourcenmanagement in Südafrika verbessern und unterstützen soll. „Ziel ist es, Planern und Entscheidern im südafrikanischen Wassersektor ein einfaches Werkzeug an die Hand zu geben, mit dem sie Entscheidungen auf einer breiten, fundierten Datenbasis treffen können“, erklärt Projektleiter Jolk.

Seit 2017 arbeiten die Bauingenieure und Umweltplaner der RUB in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekt „Integrated Water Governance Support System“. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern aus Deutschland und Südafrika entwickeln sie Instrumente und Lösungen, die zur Bewertung der Wasserqualität vor Ort beitragen können. Nun sind die Forschungen abgeschlossen.

Methode zur Bewertung des Verschmutzungsrisikos

Die Forscher der RUB griffen in ihrem Teilprojekt auf eine von ihnen bereits in Vietnam erprobte Methode der GIS-basierten Kontaminationsrisikobewertung zurück. Diese berücksichtigt sowohl die Verfügbarkeit, Nutzung und Ökologie von Wasserressourcen als auch die verschiedenen Kontaminationspfade der landwirtschaftlichen und industriellen Landnutzung: Wo versickern potenziell Schadstoffe in das Grundwasser? In welchen Regionen gelangen Düngemittel und Pestizide über erosive Prozesse in die Oberflächengewässer? Wo werden Abwässer direkt in das Oberflächenwasser eingeleitet?

Bewässerungslandwirtschaft: Schadstoffe gelangen über verschiedene Wege in das Grund- und Oberflächenwasser des Olifant Rivers.

© Christian Jolk

Das Bochumer Forscherteam arbeitete dabei eng mit den südafrikanischen Interessengruppen, wie dem Ministerium für Wasser und Abwasser, dem Krüger-Nationalpark, Nichtregierungsorganisationen, Bergbaubetrieben, regionalen Behörden und Wissenschaftspartnern, zusammen. Anhand der vor Ort bereitgestellten Geodaten konnten die RUB-Wissenschaftler das Kontaminationsrisiko einzelner Regionen um den Olifant-Fluss errechnen und kartieren. In Feldversuchen glichen sie die GIS-Daten mit der Realität ab.

Feldversuche, wo Krokodile lauern

Zudem erstellten die Bauingenieure im Rahmen des Projektes ein hydrodynamisches Fließgewässermodell, um das Abflussverhalten, und damit die zeitliche und räumliche Schadstoffverteilung, im unteren Olifant-Flusseinzugsgebiet zu simulieren. Hierzu waren Messungen zur Bestimmung von sogenannten Fließgewässerquerschnitten notwendig. Die Versuche waren nicht ganz ungefährlich, denn in den Gewässern des Olifants treiben sich wilde Tiere herum. „Den Krokodilen und Flusspferden wollten wir nur ungern in die Quere kommen“, erzählt Jolk.

Um Abflussmenge, Pegelstand und Strömungsgeschwindigkeit der Gewässer zu ermitteln, bedienen sich die RUB-Forscher unterschiedlicher Messmethoden und Instrumente (Drohne, Sonar, Echolot).

© Christian Jolk

Die Ergebnisse der Risikoanalyse und der hydrodynamischen Simulation haben nun Einzug in über 60 wasserwirtschaftliche Planungskarten gefunden, aus denen zielgenaue, konkrete Maßnahmen abgeleitet werden können: Wo liegen die Hochrisikogebiete? Wo sollte der Gewässerschutz höchste Priorität genießen? Und wo das Monitoring optimiert werden?

Wasserwirtschaftliche Planungskarten ermöglichen effizientes Eingreifen

Das Kartenmaterial steht den südafrikanischen Partnern aus dem Wassersektor ab sofort über ein Web-GIS-System zur Verfügung. Dort lassen sich auch die Fachinformationen – Daten, Diagramme, Satellitenbilder, Karten –  der anderen Partner des Verbundvorhabens kompakt und gebündelt einsehen. Eine Übertragung der Methoden auf weitere Flusseinzugsgebiete mit Wassermanagementproblemen ist von südafrikanischer Seite sehr erwünscht. Dort hofft man auch, dass die Ergebnisse die Gründung von Flussgebietsorganisationen auf nationaler Ebene unterstützen.

Der Olifant fließt auf seiner Reise durch den Krüger-Nationalpark, bevor er in den Indischen Ozean mündet. „Alle Schadstoffe landen über kurz oder lang im Park“, so Projektleiter Jolk.

© Christian Jolk

Das Team der RUB wird, sobald es wieder möglich ist, nach Südafrika reisen, um zu sehen, wie das System vor Ort implementiert wird. „Eigentlich war die Reise für dieses Jahr geplant. Dann kam die Pandemie. Wir möchten sicherstellen, dass alle Beteiligten vor Ort gut informiert und geschult sind, und dass unser System einen Beitrag zum Wasserqualitätsmanagement vor Ort leistet“, so Jolk.