Groundwater Modeling in Kadiridimba Catchment

Abstract

Rapid population growth, climate variability, and limited hydrogeological data create
uncertainty for groundwater decisions in Rwanda. Kadiridimba catchment was selected as a
case study to develop a groundwater model, test what can be concluded under these
constraints, and identify the measurements that most strengthen confidence in the results and
assumptions. The aim was to develop and evaluate a steady state groundwater model as a
practical step toward elevating the knowledge in the region, not to deliver final predictions.
A clear GIS to FEFLOW workflow was applied. National datasets were combined with a
small set of borehole logs and targeted field checks. Eleven steady-state simulations explored
model sensitivity by varying hydraulic conductivity, recharge, river and seepage conductance,
boundary heads, and deep lateral in and outflow. These trials showed that the catchment water
balance can be brought close to equilibrium, but simulated groundwater levels still differ
substantially from observations because the present model structure does not yet capture the
real system. This indicates that uncertainty in geometry and layer continuity is larger than
uncertainty in local parameter values, and that calibration is at this stage more preferable in a
focused and well-monitored subcatchment than for the entire catchment.
The study contributes a transparent and repeatable workflow that makes data gaps visible and
sets priorities for improvement. Recommended actions are to centralise and quality control
existing datasets, expand continuous groundwater level monitoring and borehole logging,
better constrain recharge and boundary conditions including possible cross basin exchange.

Popular Abstract (Swedish)

Tillgången till grundvatten varierar inom Kadiridimba i östra Rwanda och felplacerade borrningar kan bli dyra. Examensarbetet samlar brunnsobservationer, uppgifter från handpumpar, kart- och höjddata samt tidigare underlag. Utifrån detta byggs en konceptuell och numerisk beskrivning av grundvattenförhållandena som kan användas i planering.
Modellen använder fyra geologiska enheter: ett ytligt lerlager ovan gnejs. Gnejsen delas i två zoner, vittrad gnejs nära markytan och sprickig gnejs på djupet. Dessa enheter förs över till ett lagervis numeriskt ramverk som, av enkelhetsskäl, sträcker sig tvärs över avrinningsområdet i breddled. Modelleringen genomförs som stabiliseringsförsök i flera omgångar. Efter varje körning justeras inställningar som återbildning från nederbörd, hydrauliska egenskaper och gränser mot omgivningen för att se vad som styr mest.
Målet är att peka ut vilka antaganden som främst påverkar vattenbalans och nivåer samt vilka mätningar som ger störst nytta framåt. Resultaten visar att hur mycket av regnet som verkligen fyller på grundvattnet har stor betydelse för nivåerna. Även gränserna mot områdena runtom påverkar nivåbilden i hela dalen tydligt. Tillsammans förklarar dessa två faktorer mer av skillnaderna i modellens resultat än andra ändringar som testats. Brunnsobservationer används som kontrollpunkter i tolkningen.
Studien rekommenderar därför enkla, regelbundna mätningar som ger störst information per insats: återkommande avläsningar av vattennivå i utvalda observationsbrunnar, bättre uppskattning av hur stor del av nederbörden som infiltrerar samt fortsatt insamling av pumpdata från handpumpar. Sådan grunddata minskar osäkerheter och gör framtida analyser mer träffsäkra.
Modellen är ett stöd för tolkning och prioritering, inte en exakt prognos. Förenklingar, till exempel kontinuerliga lager i breddled och generaliserade parameterzoner, gör modellen hanterbar men innebär att lokala variationer inte alltid syns. Det övergripande resultatet är ett underlag som kan användas för att planera kompletterande mätningar och för att strukturera fortsatta utredningar inför framtida borrningar och vattenförsörjning i Kadiridimba.

• author: Österlund, Filip and Wolters, Jakob
• supervisor: Gerhard Barmen; Erik Nilsson; Emmanuel Ngendahayo
• organization: Division of Engineering Geology; Division of Water Resources Engineering; Civil Engineering (M.Sc.Eng.)
• alternative title: Grundvattenmodellering i Kadiridimba avrinningsområde
• course: VTGM05 20251
• year: 2025
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: groundwater modeling, Kadiridimba catchment, Rwanda, FEFLOW, conceptual model, fractured aquifer, recharge, boundary conditions, data scarcity, hydrogeology
• other publication id: LUTVDG(TVTG-5194)/1-48/(2025))
• other publication id: LUTVDG(TVVR25-5012)/1-48(2025))
• language: English
• additional info: Examiner: Jan-Erik Rosberg
• id: 9216423
• date added to LUP: 2026-01-07 13:40:13
• date last changed: 2026-01-07 13:40:13