This dissertation describes the hydrology of the Sudd swamps in southern Sudan, comprising a hydrologic investigation and evaluation of its water balance. The study improves historical interpretations and unveils so far unknown conditions and interdependencies in the swamp and floodplain system, considering the area morphology, vegetation dynamics, water balance, flow conditions and hydrodynamic processes in the system. The assessment is based on field works carried out in the swamps over a three year period between 2004 and 2006 as well as historical and remote sensing data.
Interdependencies between morphology and hydrology are described considering the effect of ground slopes and morphological features on spill and flooding of the seasonally flooded grasslands. Bathymetric depth profiles and cross sectional depth and flow distributions have been established for the Sudds inland delta and the question of spill into the Bahr el Ghazal basin has been assessed. Vegetation dynamics in the swamp have been described and quantified assessing the extent of changes in the channel and lagoon system of the Sudd using Landsat satellite images for water body delineation. Changes in-between years and as well compared to Lake Victoria outflow data have been established and quantified; correlation was found for the largely water level dependent lagoon system. Variations in the channel system were interpreted to happen in a certain pattern but the extent of changes could not be correlated to the outflow data as they are influenced by additional, here not considered factors like wind drift and channel blockages by vegetation.
The water balances of the floodplains, while controlled by river levels, were found to be dependent on a complex interaction between soil, vegetation, topography and seasonal trends in rainfall and evapotranspiration. Based on field measurements, these components have been assessed in detail and evaluated regarding their function in the seasonal cycle of flooding and drying. An analysis of the soil and evapotranspiration conditions as well as the interaction with vegetation and meteorological conditions using field and laboratory experiments was conducted. Sources, processes, flow directions and the fate of the floodwaters on both the river fed seasonal floodplains and the rainfed grasslands have been established showing that river spill is responsible for area flooding while no return flow occurs and drying is caused by evapotranspiration alone. Additionally it was found that rainfall can only cause temporary flooding in extreme events.
To obtain missing flow data for important but ungauged locations, methods have been established to derive these, combining upstream flows from Lake Albert and torrential runoff derived from the Collaborative Historical African Rainfall Model (CHARM) rainfall data in the catchment between Lake Albert and Mongalla. The results provide previously unavailable flow data at Mongalla, the entry to the Sudd swamp, with a high level of confidence; data which are essential for detailed hydrological assessments of the swamp system. In addition to evaluations based on measurements, a numerical hydrodynamic assessment has been carried out with the DHI MIKE21 model. The study has established water level gradients, flow directions and velocities in the swamp as well as on the seasonal floodplains.Diese Dissertation beschreibt die Hydrologie der Sudd Sümpfe im Süd-Sudan und besteht aus einer hydrologischen Untersuchung und Auswertung der Wasserbilanz. Die Arbeit verfeinert historische Interpretationen und beschreibt bisher unbekannte Bedingungen und Zusammenhänge in den Sumpf- und Überschwemmungsgebieten unter Berücksichtigung von Morphologie, Vegetationsdynamik, Wasserbilanz, Fließbedingungen, und hydrodynamischen Prozessen. Die Untersuchungen basieren auf dreijährigen Feldarbeiten von 2004 bis 2006 sowie historischen- und Fernerkundungsdaten.
Zusammenhänge zwischen der Morphologie und Hydrologie sind unter Berücksichtigung der Effekte von Gefälle und morphologischen Besonderheiten auf die Überflutungscharakteristik in den saisonal überfluteten Grassflächen beschrieben. Wassertiefenprofile, Querschnittstiefen und Fließprofile wurden für das Sudd Inland-Delta erstellt und die Frage nach Überlauf in das Bahr el Ghazal Becken untersucht. Die Vegetationsdynamik in den Sümpfen wurde durch Untersuchungen von Veränderungen des Kanal- und Lagunensystems beschrieben und quantifiziert; Die Untersuchungen basieren auf Landsat Satellitenbildern welche zur Feststellung von Veränderungen zwischen verschiedenen Jahren und im Vergleich zum Lake Victoria Ausfluss benutzt wurden. Eine Übereinstimmung für das hauptsächlich wasserspiegel¬abhängige Lagunensystem wurde gefunden. Bei Veränderungen im Kanalsystem konnte ein Änderungsmuster festgestellt werden, ein direkter Zusammenhang mit Änderungen des Lake Victoria Ausflusses wurde nicht gefunden, da noch andere, hier nicht untersuchte Faktoren wie Winddrift und Kanalblockaden durch Vegetation eine Rolle spielen.
Die Wasserbilanz der Überflutungsflächen ist, obwohl grundsätzlich abhängig von Fluss-Wasserständen, von komplexen Interaktionen zwischen Boden, Vegetation, Topographie, und saisonalen Trends von Niederschlag und Evapotranspiration bestimmt. Diese Komponenten wurden, basierend auf Feldmessungen, detailliert untersucht und bezüglich ihrer Funktion im saisonalen Überflutungs- und Trocknungskreislauf ausgewertet. Eine Analyse von Boden und Evapotranspiration und deren Interaktion mit der Vegetation und meteorologischen Bedingungen wurde unter Nutzung von Feld- und Laborexperimenten durchgeführt. Ursprung, Prozesse, Fließrichtungen und Verbleib des Wassers auf sowohl den saisonalen Überflutungs-flächen sowie den regengespeisten Grasebenen wurden festgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass Flusswasser für die Überflutungen verantwortlich ist und Flutwasser nicht ablaufen, sondern die Trocknung durch Evapotranspiration erfolgt. Es wurde des Weiteren festgestellt, dass auch extreme Niederschläge nur kurzfristige Überflutungen verursachen können.
Um Abflussdaten für wichtige, nicht gemessene Punkte zu erstellen, wurden Methoden zur Interpolation aus den Abflussdaten des flussaufwärts gelegenen Albert See Abflussdaten und Zuflüssen aus dem zwischen dem Albert See und Mongalla gelegenen Einzugsgebiet basierend auf CHARM (Collaborative Historical African Rainfall Model) entwickelt. Die Ergebnisse liefern neue Abflussdaten für das am Eingang der Sümpfe liegende Mongalla mit einem hohen Vertrauensniveau. Diese Daten sind für eine detaillierte hydrologische Untersuchung des Sumpfsystems unerlässlich. Zusätzlich zur Auswertung der Feldmessungen wurden numerisch-hydrodynamische Untersuchungen mit dem DHI MIKE21 Modell durchgeführt. Durch diese Studien wurden Wasserspiegelgradienten, Fließrichtungen und Strömungen in den Sümpfen und auf den saisonalen Überflutungsflächen berechnet
