Geophysikalische und multikriterielle Entscheidungsverfahren zur Abgrenzung des Grundwasserspotenzials in Küstengebieten: Eine Studie aus Port Sudan

Warum das Auffinden verborgenen Wassers hier wichtig ist

In großen Teilen des Ostsudans gibt es kaum Regen, Flüsse führen die meiste Zeit des Jahres kein Wasser, und infolge von Konflikten zieht eine wachsende Zahl von Menschen in die Städte. Port Sudan, eine schnell wachsende Küstenstadt am Roten Meer, ist inzwischen stark auf unterirdisches Wasser angewiesen zum Trinken, Kochen und für die Industrie. Dieses Wasser liegt jedoch meist in Klüften von Hartgestein und in schmalen Bändern aus Sand und Kies, was seine Auffindung allein durch Bohren schwierig und teuer macht. Die vorliegende Studie zeigt, wie Satellitenmessungen des Erdschwerefelds in Kombination mit gezielter Kartierung und Entscheidungswerkzeugen die vielversprechendsten Stellen für die Suche nach neuen Brunnen in und um Port Sudan aufzeigen können.

Die Herausforderung von Wasser in einer trockenen Küstenstadt

Port Sudan liegt zwischen den steilen Red Sea Hills im Westen und einer flachen Küstenebene im Osten. Mit nur etwa 200 Millimetern Niederschlag pro Jahr und sehr hoher Verdunstung ist Oberflächenwasser nahezu nicht vorhanden. Die Bevölkerung ist auf Grundwasser in zwei Haupttypen von unterirdischen Speichern angewiesen: flache alluviale Ablagerungen aus Sand und Kies entlang trockener Flussbetten (Wadis) und der Küstenebene sowie tiefere, gebrochene Grundgebirgsgesteine aus altem, hartem kristallinem Material. Die flachen Aquiferen können gute Mengen an Frischwasser liefern, sind jedoch anfällig für das Eindringen von Salzwasser vom Meer. Die gebrochenen Gesteine, die weiter im Inland häufiger vorkommen, enthalten weniger Wasser und lassen sich nur schwer vorhersagen, weil das Wasser auf enge Klüfte und verwitterte Zonen beschränkt ist.

Mit Schwerefeldmessungen unterirdische Strukturen erkennen

Viele der Brüche und Klüfte, die das Grundwasser steuern, liegen tief unter der Oberfläche und hinterlassen keine sichtbaren Spuren, die Satelliten oder Feldkartierer leicht erkennen könnten. Um sie aufzudecken, nutzten die Forschenden Satelliten-Schwerefelddaten, die winzige Veränderungen in der Erdanziehung infolge unterschiedlicher Gesteinsdichten erfassen. Nach Korrekturen für Geländeeffekte trennten sie tiefe, glatte Hintergrundtrends von flacheren, schärferen Anomalien, die mit lokalen Strukturen verknüpft sind. Durch Anwendung mehrerer Kantendetektionsfilter und einer Technik namens Euler‑Devolution konnten sie Netzwerke verborgener Brüche und Verwerfungen nachzeichnen und deren Tiefen abschätzen. Das Ergebnis war eine detaillierte Karte von Lineamenten — langen, schmalen Zonen, in denen Gestein gebrochen ist und die potenziell besser Wasser speichern und leiten können.

Bewertung der Faktoren, die bestimmen, wo sich Wasser sammeln kann

Allein die Schwerefelddaten geben keinen Aufschluss darüber, wie viel Wasser ein Gebiet halten kann, daher kombinierten die Autor:innen diese mit weiteren Faktoren, die die Grundwasserneubildung beeinflussen. Mit einer Methode namens Analytic Hierarchy Process fragten sie: Welche Merkmale sind am wichtigsten für die Bildung eines nutzbaren Aquifers? Die Geologie erwies sich als der entscheidende Faktor, insbesondere dicke alluviale Ablagerungen mit hoher Porosität und Durchlässigkeit. Niederschlagsmuster, Klufendichte, die Anordnung von Bachläufen, Landnutzung und Hangneigung wurden ebenfalls gewichtet und kartiert. Sanfte Hänge und geringe Bachdichte wurden positiv bewertet, weil sie mehr Regenwasser das Einsickern in den Boden erlauben statt das Abschwemmen. Baumbestandene Flächen galten als günstiger als versiegelte städtische Bereiche, die Wasser schnell ableiten. Jeder Faktor erhielt ein numerisches Gewicht und wurde zu einem einzigen Index kombiniert, der die Landschaft in niedriges, mittleres oder hohes Grundwasserspotenzial einteilt.

Überprüfung der Karte anhand von realen Untergrunddaten

Um die Vertrauenswürdigkeit ihrer Karte zu prüfen, verglichen die Forschenden sie mit zweidimensionalen Modellen des Untergrunds, die aus denselben Schwerefelddaten abgeleitet und durch Informationen aus lokalen Bohrungen gestützt wurden. Diese Modelle zeigten, wie dick die alluvialen Schichten sind und wie die Oberfläche des harten Grundgebirges unter ihnen steigt und fällt. Dort, wo die neue Karte ein hohes Grundwasserspotenzial vorhersagte — hauptsächlich in den östlichen Küstenebenen und entlang großer Wadis — zeigte die Schwereinversion tiefe, bruchbegrenzte Becken, die mit Sand und Kies bis zu mehr als 25 Metern Dicke gefüllt sind und sich ideal zur Wasserspeicherung eignen. Im Gegensatz dazu korrespondierten westliche Gebiete mit niedrigem Potenzial mit dünner oder fehlender Sedimentbedeckung über zerklüftetem Grundgebirge, was auf kleine, unzuverlässige Vorkommen hinweist, die auf Klüfte beschränkt sind.

Was das für künftige Brunnen und Planung bedeutet

Für Nichtfachleute ist die Kernbotschaft: Es ist möglich, eine verlässliche, stadtweite Grundwasser‑Prospektionskarte zu erstellen, ohne Hunderte Testbohrungen durchführen zu müssen. Durch die Kombination von Satellitenschwerefelddaten, Basis‑Karten und einer transparenten Gewichtung dessen, was einen guten Aquifer ausmacht, zeigt diese Studie, wo weitere, detailliertere Feldarbeiten und Bohrungen rund um Port Sudan konzentriert werden sollten. Die Zonen mit hohem Potenzial in den alluvialen Ebenen sind die besten Primärziele, während Grundgebietsbereiche im Westen zwar lokal Wasservorkommen halten können, aber sorgfältigere, standortspezifische Prüfungen erfordern. Der Ansatz ist kosteneffizient, wiederholbar und für andere trockene Küstenregionen mit ähnlichem Wasserdruck geeignet und hilft Planern, von Vermutungen zu einer evidenzbasierten Grundwasserentwicklung überzugehen.

Zitation: Mohammed, M.A.A., Daoud, A.M.A., Kazem, M.M. et al. Geophysical and multi-criteria decision methods for delineating groundwater potential in coastal terrains: a study from Port Sudan. Sci Rep 16, 5497 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35127-y

Schlüsselwörter: Grundwasser, Port Sudan, Schwerefeldkartierung, Grundwasserleiter, Wasserknappheit